Gli atomi sono fatti di protoni, neutroni ed elettroni. Di queste tre particelle, l’elettrone ha la massa più piccola. Ecco la definizione dell’elettrone, insieme all’origine della parola, alla storia e a fatti interessanti.
Definizione di elettrone
Un elettrone è una particella subatomica stabile con una carica elettrica negativa. Ogni elettrone porta un’unità di carica negativa (1,602 x 10-19 coulomb) e ha una massa molto piccola rispetto a quella di un neutrone o di un protone. La massa di un elettrone è 9,10938 x 10-31 kg. Questo è circa 1/1836 della massa di un protone.
Un simbolo comune per un elettrone è e-. L’antiparticella dell’elettrone, che porta una carica elettrica positiva, è chiamata positrone o antielettrone. Un positrone è indicato con il simbolo e+ o β+. Quando un elettrone e un positrone si scontrano, entrambe le particelle si annichilano e l’energia viene rilasciata sotto forma di raggi gamma.
Dove trovare gli elettroni
Gli elettroni si trovano liberi in natura (elettroni liberi) e legati negli atomi. Gli elettroni sono responsabili della componente negativa di un atomo. In un atomo, gli elettroni orbitano intorno al nucleo atomico a carica positiva.
Nei solidi, gli elettroni sono il mezzo principale per condurre la corrente. Questo perché i protoni sono legati al nucleo, quindi non sono mobili come gli elettroni. Nei liquidi, i portatori di corrente sono più spesso ioni. Le interazioni tra gli elettroni degli atomi e delle molecole producono reazioni chimiche. I legami chimici si formano quando gli elettroni sono condivisi tra gli atomi.
Storia e origine della parola
La possibilità degli elettroni fu prevista da Richard Laming (1838-1851), dal fisico irlandese G. Johnstone Stoney (1874) e da altri scienziati. Il termine “elettrone” fu suggerito per la prima volta da Stoney nel 1891, anche se l’elettrone non fu scoperto fino al 1897, dal fisico britannico J.J. Thomson.
Anche se la scienza degli elettroni risale ai secoli XIX e XX, le parole “elettrone” ed “elettricità” fanno risalire le loro origini agli antichi greci. L’antica parola greca per l’ambra era elektron. I greci notarono che strofinando la pelliccia con l’ambra, l’ambra attirava piccoli oggetti. Questa è la prima sperimentazione registrata con l’elettricità. Lo scienziato inglese William Gilbert coniò il termine “electricus” per riferirsi a questa proprietà attrattiva.
Fatti sugli elettroni
- Gli elettroni sono considerati un tipo di particella elementare perché non sono fatti di componenti più piccoli. Sono un tipo di particella appartenente alla famiglia dei leptoni e hanno la massa più piccola di qualsiasi leptone carico o altra particella carica.
- In meccanica quantistica, gli elettroni sono considerati identici tra loro perché nessuna proprietà fisica intrinseca può essere usata per distinguerli. Gli elettroni possono scambiarsi di posizione senza causare un cambiamento osservabile in un sistema.
- Protoni ed elettroni hanno cariche uguali, ma opposte. Gli elettroni sono attratti dalle particelle con carica positiva, come i protoni.
- Se una sostanza ha o meno una carica elettrica netta è determinata dall’equilibrio tra il numero di elettroni e la carica positiva dei nuclei atomici. Se ci sono più elettroni che cariche positive, un materiale è detto carico negativamente. Se c’è un eccesso di protoni, l’oggetto è considerato carico positivamente. Se il numero di elettroni e protoni è bilanciato, un materiale è detto elettricamente neutro.
- Gli elettroni in un metallo si comportano come se fossero elettroni liberi e possono muoversi per produrre un flusso netto di carica chiamato corrente elettrica. Quando gli elettroni (o i protoni) si muovono, si genera un campo magnetico.
- Gli elettroni hanno proprietà sia di particelle che di onde. Possono essere diffratti, come i fotoni, ma possono scontrarsi tra loro e con altre particelle, come l’altra materia.
- La teoria atomica descrive gli elettroni come circondanti il nucleo protone/neutrone di un atomo in gusci. Questi gusci sono regioni di probabilità. Alcuni sono sferici, ma esistono anche altre forme. Mentre è teoricamente possibile trovare un elettrone nel nucleo atomico, la più alta probabilità di trovarne uno è all’interno del suo guscio.
- Un elettrone ha uno spin o momento angolare intrinseco di 1/2.
- Gli scienziati sono in grado di isolare e intrappolare un singolo elettrone in un dispositivo chiamato trappola di Penning.
- Dall’esame di singoli elettroni, i ricercatori hanno scoperto che il raggio dell’elettrone più grande è 10-22 metri. Poiché gli elettroni sono molto piccoli, sono trattati come cariche puntiformi, che sono cariche elettriche senza dimensioni fisiche.
- La materia è molto più abbondante dell’antimateria nell’universo, ma un tempo potrebbe esserci stato un numero uguale di elettroni e positroni. Secondo la teoria del Big Bang, i fotoni hanno guadagnato abbastanza energia entro il primo millisecondo dell’esplosione per reagire tra loro e formare coppie elettrone-positrone. Queste coppie si sono annichilite a vicenda, emettendo fotoni. Per ragioni sconosciute, arrivò un momento in cui c’erano più elettroni che positroni e più protoni che antiprotoni. I protoni, i neutroni e gli elettroni superstiti cominciarono a reagire tra loro, formando gli atomi.
- Gli elettroni sono usati in molte applicazioni pratiche. Queste includono l’elettricità, i tubi a vuoto, i tubi fotomoltiplicatori, i tubi a raggi catodici, i fasci di particelle per la ricerca e la saldatura, e il laser a elettroni liberi.