Les électrons sont des particules subatomiques chargées négativement qui sont attirées sur une orbite autour du noyau chargé positivement d’un atome. Ils demeurent dans des endroits qui sont associés à des niveaux d’énergie appelés couches et sont ensuite organisés en sous-couches et orbitales dans chaque couche.
Les électrons se trouvent à des endroits précis à l’extérieur du noyau. La couche dans laquelle un électron réside indique le niveau d’énergie général de l’électron : ceux qui sont plus proches du noyau ont moins d’énergie, tandis que ceux qui sont plus éloignés ont plus d’énergie. La sous-couche décrit plus précisément la localisation et le niveau d’énergie de l’électron, et l’orbitale décrit la forme d’une zone de probabilité dans laquelle un électron orbite autour du noyau. Les électrons qui sont les plus proches du noyau ont la plus faible quantité d’énergie et, à mesure que la distance entre l’électron et le noyau augmente, il en va de même de la quantité d’énergie que l’électron transporte. Plus loin du noyau, il y a plus d’espace pour que les électrons orbitent de sorte que les couches externes peuvent contenir plus d’électrons que les couches internes. Les électrons les plus externes d’un atome résident dans la couche de valence et sont appelés les électrons de valence. Ces électrons forment des liaisons ioniques et covalentes avec d’autres atomes.
L’électron a été la première particule subatomique à être découverte. À la fin des années 1890, J. J. Thomson a effectué une série d’expériences à l’aide de tubes cathodiques qui ont conduit à la découverte de l’électron.
Un tube à rayons cathodiques est un tube en verre avec deux électrodes qui sont reliées à une source d’énergie fournissant de l’électricité. Un vide élimine la majeure partie de l’air à l’intérieur du tube et, lorsque la tension est appliquée à travers les électrodes, un faisceau de particules se déplace de l’électrode chargée négativement (cathode) à l’électrode chargée positivement (anode). L’anode a un petit trou de sorte que les rayons peuvent passer à travers. Un revêtement de phosphore à l’extrémité opposée du tube brille lorsque les rayons cathodiques le heurtent.
Thomson a dirigé le rayon cathodique entre deux plaques métalliques, l’une avec une charge positive et l’autre avec une charge négative, et il a mesuré la position du rayon à l’extrémité du tube. Lorsque le rayon est passé entre les deux plaques, il a été dévié de la plaque chargée négativement, se courbant dans la direction de la plaque chargée positivement. Puisque des charges identiques se repoussent et des charges opposées s’attirent, cela indiquait que les particules constituant le rayon cathodique possédaient une charge négative. D’autres expériences visant à calculer le rapport masse-charge des particules cathodiques ont révélé que la masse de chaque particule chargée négativement était minuscule, environ 1/2000 de la masse de tout atome connu. Thomson a donc conclu qu’il doit y avoir beaucoup d’électrons présents dans un atome donné. Plus tard, la découverte de protons et de neutrons allait expliquer la distribution de la masse et de la charge neutre globale présente dans un atome.
