원자 안의 전자는 작은 행성이 아니다
원자에서 전자는 핵 주위의 특정한 양자 상태로 설명된다. 전자가 발견될 확률의 분포를 나타내는 오비탈은 행성이 지나가는 선 모양의 궤도와 다르다. 고전적인 원운동 그림은 일부 개념을 설명하는 모형일 뿐이다.
전자의 상태 사이에는 허용된 에너지 차이가 있다. 빛을 흡수하거나 방출하면서 상태가 바뀌면 원자마다 특징적인 스펙트럼이 나타난다. 이 성질은 물질을 분석하고 별의 조성을 연구하는 데 이용된다.
결합과 물질의 성질
원자들이 결합할 때는 전자의 상태와 분포가 달라진다. 특히 바깥쪽 전자는 어떤 결합이 가능한지와 화학 반응에 큰 영향을 준다. 원소의 주기적 성질 역시 전자 배치와 관련된다.
고체에서는 많은 원자가 함께 이루는 전자 상태를 살펴야 한다. 전자가 이동할 수 있는 상태와 에너지 간격의 차이는 도체, 반도체, 절연체의 성질을 이해하는 바탕이다.
전류 방향과 전자 이동 방향
금속 전선에서는 전자의 집단적인 이동이 전류에 기여한다. 관습적으로 정한 전류의 방향은 양전하가 이동하는 방향이므로, 음전하인 전자의 평균 이동 방향과 반대다.
모든 전류가 금속 속 전자의 흐름인 것은 아니다. 용액에서는 양이온과 음이온이 함께 전하를 옮길 수 있다. 전류라는 현상과 전자라는 특정 입자를 동일시하면 다른 매질의 전도를 설명하기 어렵다.
핵자와 구별되는 기본 입자
현재의 표준 모형에서 전자는 더 작은 구성 입자로 이루어진 것으로 다루지 않는다. 반면 양성자와 중성자는 쿼크와 글루온이 관여하는 내부 구조를 갖는 복합 입자다.
전자는 질량이 양성자보다 훨씬 작지만 전하의 절댓값은 같다. 중성 원자에서는 전자 수와 양성자 수가 같아 전체 전하가 상쇄된다. 전자를 잃거나 얻으면 이온이 되지만 원소의 종류가 곧바로 바뀌지는 않는다.