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1定義

自由電子-內部結構模型圖

  自由電子-內部結構模型圖

自由電子(free electron),即離域電子,在化學中是指在分子中與某個特定原子或共價鍵無關的電子。主要是金屬導體中的自由電荷。

2簡介

不僅金屬導體中的自由電荷,半導體中的自由電荷及絕緣體中的微量自由電荷都屬於自由電子。自由電子的多寡會影響物質的導電性和導熱性,自由電子愈多,導電的能力愈強。大部分的金屬都有相當數量的自由電子,非金屬則相反。(但是亦有例外,如石墨。)
電子是受到原子核的吸引力而圍繞在原子核周圍做運動的。原子核的吸引力有強弱之分,當兩個不同的原子相接近時,在周圍具有一定條件下(例如溫度的升高),加快了核外電子的運動速度,使電子被吸引力更強的原子核吸引過去而脫離了原來的原子核形成了自由電子。另一種原因是受到外界條件影響(例如溫度的升高),使電子運動能力提高,由於原子核的吸引能力是在一定範圍內實現的,溫度提高了電子的動能而使其運動能力增加,在一定幾率上通過運動超出了原子核的吸引範圍,而使電子脫離了原子核的束縛形成了自由電子。前一種原因屬於化學變化,后一種應該屬於物理變化,因為沒有形成新物質,但是后一種自由電子的形成的過程正好是一個完整化學反應的中間反應環節

3拓展

單位體積導體中的自由電子數量即自由電子密度。銅的自由電子密度為8.5×10^28/m^3。各種金屬的自由電子密度有相同的數量級。n型半導體中的多數載流子是自由電子。
電子擺脫原子核的束縛后不會消失,可能會被其他原子俘獲而形成其他原子的核外電子。
金屬原子是由帶正電的離子和負電子組成。與非金屬原子一樣其整體不帶電。那麼金屬為什麼導電呢?因為金屬原子核對其最外層電子的吸引力弱,所以在金屬中有大量的自由電子(負電子)存在,在電勢差的作用下自由電子就會定向流動,形成電流。而非金屬正好相反,自由電子非常少,所以不善於導電(不過也有例外,比如石墨)。
自由電子:一般泛指在金屬中離原子核最遠的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動,這種電子叫做自由電子。
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