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自由電子 じゆうでんしfree electron

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

自由電子
じゆうでんし
free electron

一様な電場磁場以外の力を受けずに運動する電子。特に金属中の伝導電子イオンからの力と他の電子からの力がほぼ打消し合っているため,原子の近くに束縛されず,動きやすい自由電子と考えられる場合が多い。これによって金属の電気伝導熱伝導のよいことが定性的に説明できる。導体の電気的性質を考えるときに有効な方法なので,これを導体の自由電子モデルという。実際の電子はイオンの周期的ポテンシャルを受けているため,エネルギー帯をつくり,ある運動量でエネルギーは不連続になっている。電子はフェルミ統計に従い,このエネルギー帯の下から順番に軌道を占める。金属では,電子はあるエネルギー帯の中途まで詰っていて普通の温度ではこの最高のエネルギー付近の電子だけが自由に動くため,自由電子の近似がよく成り立っていると考えられる。

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デジタル大辞泉の解説

じゆう‐でんし〔ジイウ‐〕【自由電子】

真空中や金属内部を自由に動いて、電気や熱の伝導役をする電子

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百科事典マイペディアの解説

自由電子【じゆうでんし】

原子内に束縛されず自由に運動する電子熱陰極から放出される熱電子,光電効果により生ずる光電子プラズマ中の遊離電子等も含まれるが,普通は金属内部に存在する自由電子をさすことが多い。
→関連項目キャリア電気伝導導体

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世界大百科事典 第2版の解説

じゆうでんし【自由電子 free electron】

真空中,または物質の内部を自由に運動している電子。とくに金属の伝導電子を自由電子と呼ぶことが多い。自由電子に対して,原子や分子などの中に束縛されて自由に運動できない電子は束縛電子bound electronと呼ばれる。物質中の自由電子の概念は,20世紀の初め,ドイツのドルーデPaul Karl Ludwig Drude(1863‐1906)とH.A.ローレンツが,金属の価電子が自由電子のガスとして存在すると考えると,金属の電気伝導,熱伝導,光学的性質などをおおよそ説明できることを示したのが最初である。

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大辞林 第三版の解説

じゆうでんし【自由電子】

特定の原子に束縛されずに、真空中または物質中を自由に運動できる電子。金属の電気伝導性・熱伝導性などの性質は、金属結晶中に自由電子が存在すると考えることによって説明される。 → 束縛電子

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

自由電子
じゆうでんし
free electron

金属の中で、自由に動き回る電子の総称。原子の中の電子は内殻電子と外殻電子とに区分されるが、一般に化学結合にあっては外殻電子が関与する。共有結合にあっては外殻電子のいくつかが電子雲の重なりをもち、イオン結合にあっては、一方の原子から他の原子へ電子を供与して、電子対をつくる。しかし、金属の場合は、特定の外殻電子が特定の原子から移動したり、対をつくることがなく、原子核の間に電子が漂っているように分布している。これを自由電子という。このため、金属に電場をかけると電流が検知される。金属の電導性、熱伝導性、展性、延性などは、自由電子模型によって説明される。[下沢 隆]

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世界大百科事典内の自由電子の言及

【化学結合】より

…イオン結合と共有結合については次節で述べるので,そのほかの結合について簡単に触れておく。 まず金属結合は金属内の金属元素イオンを相互に結びつけている結合で,金属内をほぼ自由に動く自由電子(最外殻電子に由来する)とイオンとの静電的な引力が主要な凝集力と考えられる。金属の特性,たとえば金属光沢,熱伝導率が良いこと,電気伝導度が大きいこと,熱容量やエントロピーが大きいことなどは,この自由電子の存在に起因している。…

【固体】より

…このようなしくみの結合を金属結合といい,金属物質はこの結合によってつくられる。金属ではこの動きやすい電子(自由電子と呼ぶ)のために,電気や熱がよく伝わり,光に対して金属光沢を示す。 このほか,結晶をつくる結合には,分子間力による結合と水素結合がある。…

※「自由電子」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

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