Elettrone

Descrizione

Gli elettroni hanno la più piccola carica elettrica. Questa carica elettrica è uguale a quella di un protone, ma ha il segno opposto. Per questo motivo, gli elettroni sono attratti dai protoni dei nuclei atomici e di solito formano gli atomi. Un elettrone ha una massa di circa 1/1836 volte un protone.

Un modo di pensare alla posizione degli elettroni in un atomo è immaginare che orbitino a distanze fisse dal nucleo. In questo modo, gli elettroni in un atomo esistono in un certo numero di gusci elettronici che circondano il nucleo centrale. Ad ogni guscio elettronico viene dato un numero 1, 2, 3, e così via, a partire da quello più vicino al nucleo (il guscio più interno). Ogni guscio può contenere un certo numero massimo di elettroni. La distribuzione degli elettroni nei vari gusci è chiamata disposizione elettronica (o forma elettronica). La disposizione elettronica può essere mostrata da una numerazione o da un diagramma elettronico. (Un modo diverso di pensare alla posizione degli elettroni è usare la meccanica quantistica per calcolare i loro orbitali atomici).

L'elettrone è uno dei tipi di particelle subatomiche chiamate leptoni. L'elettrone ha una carica elettrica negativa. L'elettrone ha un'altra proprietà, chiamata spin. Il suo valore di spin è 1/2, il che lo rende un fermione.

Mentre la maggior parte degli elettroni si trova negli atomi, altri si muovono indipendentemente nella materia, o insieme come raggi catodici nel vuoto. In alcuni superconduttori, gli elettroni si muovono in coppia. Quando gli elettroni scorrono, questo flusso è chiamato elettricità, o corrente elettrica.

Un oggetto può essere descritto come 'negativamente carico' se ci sono più elettroni che protoni in un oggetto, o 'positivamente carico' quando ci sono più protoni che elettroni. Gli elettroni possono muoversi da un oggetto all'altro quando vengono toccati. Possono essere attratti da un altro oggetto con carica opposta, o respinti quando entrambi hanno la stessa carica. Quando un oggetto è "messo a terra", gli elettroni dell'oggetto carico vanno nel terreno, rendendo l'oggetto neutro. Questo è ciò che fanno i parafulmini (parafulmini).

Reazioni chimiche

Gli elettroni nei loro gusci intorno a un atomo sono la base delle reazioni chimiche. I gusci esterni completi, con il massimo di elettroni, sono meno reattivi. I gusci esterni con meno elettroni del massimo sono reattivi. Il numero di elettroni negli atomi è la base della tavola periodica chimica.

Misurazione

La carica elettrica può essere misurata direttamente con un dispositivo chiamato elettrometro. La corrente elettrica può essere misurata direttamente con un galvanometro. La misura data da un galvanometro è diversa da quella data da un elettrometro. Oggi gli strumenti di laboratorio sono in grado di contenere e osservare i singoli elettroni.

Vedere un elettrone

In condizioni di laboratorio, le interazioni dei singoli elettroni possono essere osservate per mezzo di rivelatori di particelle, che permettono di misurare proprietà specifiche come energia, spin e carica. In un caso una trappola di Penning è stata usata per contenere un singolo elettrone per 10 mesi. Il momento magnetico dell'elettrone è stato misurato con una precisione di undici cifre, che, nel 1980, era una precisione maggiore che per qualsiasi altra costante fisica.

Le prime immagini video della distribuzione dell'energia di un elettrone sono state catturate da un team della Lund University in Svezia, nel febbraio 2008. Gli scienziati hanno usato lampi di luce estremamente brevi, chiamati impulsi attosecondi, che hanno permesso di osservare per la prima volta il movimento di un elettrone. Anche la distribuzione degli elettroni nei materiali solidi può essere visualizzata.

Antiparticella

L'antiparticella dell'elettrone è chiamata positrone. Questo è identico all'elettrone, ma porta cariche elettriche e altre cariche di segno opposto. Quando un elettrone si scontra con un positrone, possono disperdersi l'uno sull'altro o essere completamente annichiliti, producendo una coppia (o più) di fotoni di raggi gamma.

Il modello Niels Bohr dell'atomo. Tre gusci di elettroni intorno ad un nucleo, con un elettrone che si sposta dal secondo al primo livello e rilascia un fotone.

Storia della sua scoperta

Gli effetti degli elettroni erano conosciuti molto prima che si potesse spiegare. Gli antichi greci sapevano che strofinando l'ambra contro la pelliccia si attiravano piccoli oggetti. Ora sappiamo che lo sfregamento spoglia gli elettroni, e questo dà una carica elettrica all'ambra. Molti fisici hanno lavorato sull'elettrone. J.J. Thomson dimostrò che esisteva, nel 1897, ma un altro uomo gli diede il nome di 'elettrone'.

Il modello della nuvola di elettroni

Il modello vede gli elettroni come posizioni indeterminate in una nuvola diffusa intorno al nucleo dell'atomo.

Il principio di indeterminazione significa che una persona non può conoscere la posizione e il livello di energia di un elettrone allo stesso tempo. Questi stati potenziali formano una nuvola intorno all'atomo. Gli stati potenziali degli elettroni in un singolo atomo formano un'unica nuvola uniforme.

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