Elettrone
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| Elettrone | |
|---|---|
 Stima teorica della densità di elettroni per i primi orbitali dell'atomo di idrogeno |
|
| Composizione: | Particella elementare |
| Famiglia: | Fermione |
| Gruppo: | Leptone |
| Generazione: | Prima |
| Interazione: | Gravità, Elettromagnetica, Debole |
| Antiparticella: | Positrone |
| Teorizzata: | G. Johnstone Stoney (1874) |
| Scoperta: | J.J. Thomson (1897) |
| Simbolo: | e−, β− |
| Massa: | 9,109 382 6(16) · 10-31 kg[1]
1⁄1822.888 4849(8) u |
| Carica elettrica: | –1,602 176 53(14) · 10-19 C[2] |
| Spin: | ½ |
L'elettrone è una particella subatomica. Possiede una carica elettrica negativa di qe = 1,6 · 10-19 C (carica elementare), e una massa di circa 9,10 · 10-31 kg (0,511 MeV/c²).
L'elettrone viene comunemente rappresentato dal simbolo e-. L'antiparticella dell'elettrone è il positrone, che si differenzia solo per la carica elettrica positiva.
Gli atomi consistono di un nucleo (formato da protoni e neutroni) circondato da elettroni. La massa dell'elettrone è circa 1/1836 di quella di neutroni e protoni.
L'elettrone appartiene alla classe delle particelle subatomiche dette leptoni, che si ritiene siano componenti fondamentali della materia (ovvero non possono essere scomposte in particelle più piccole). L'elettrone ha spin semi-intero pari a 1/2, il che implica che è un fermione, ovvero, rispetta la statistica di Fermi-Dirac e il principio di esclusione di Pauli, non è quindi possibile avere più elettroni nello stesso stato.
Indice |
[modifica] Storia
Il termine elettrone proviene dal termine greco ήλεκτρον, il cui significato è ambra. Questo perché storicamente l'ambra ebbe un ruolo fondamentale nella scoperta dei fenomeni elettrici. Gli antichi Greci, ad esempio, erano a conoscenza del fatto che strofinandone un pezzo con un tessuto di lana, questo assumeva una carica elettrica che si manifestava sotto forma di una scintilla quando si avvicinava a particolari oggetti.
Fu il fisico irlandese George Stoney ad utilizzare per primo l'elettrone come unità fondamentale dell'elettrochimica (nel 1874), e fu il primo a dare il nome alla particella nel 1894.
Negli ultimi anni del 1800, erano numerosi fisici a sostenere la possibilità che l'elettricità fosse costituita da unità discrete, alle quali vennero conferiti vari nomi, ma delle quali non c'era ancora alcuna prova sperimentale convincente. La scoperta della natura di particella subatomica dell'elettrone fu fatta nel 1897 da J. J. Thomson all'interno del Laboratorio Cavendish dell'Università di Cambridge, mentre svolgeva esperimenti sul tubo catodico.
Nel 1860 William Crookes effettuò esperimenti con il tubo di Geissler: inserendovi due lamine metalliche e collegandole ad un generatore di corrente continua ad elevato potenziale (circa 30.000 V) scoprì che si generava una luce di colori diversi a seconda del gas utilizzato. Questa luce partiva dal catodo (polo negativo) e fluiva verso l'anodo (polo positivo). Dopo circa trent'anni di sperimentazione questi raggi vennero chiamati raggi catodici e si scoprirono essere formati da corpuscoli di materia capaci di muovere un mulinello posto sul loro cammino. La velocità varia a seconda del potenziale applicato agli elettrodi, hanno scarsa penetrazione e carica negativa.
J.J. Thomson nel 1895 constatò, lavorando sui raggi catodici, che applicando un campo magnetico ed elettrico, il rapporto tra la carica elettrica e la massa era uguale a 5,273 · 1017 unità elettrostatiche/g. Queste particelle furono chiamate elettroni.
Nel 1909 Robert Millikan calcolò la carica elettrica dell'elettrone con il famoso esperimento della goccia d'olio, che era pari a 4,803 × 10-10. Fu quindi possibile calcolare la massa dell'elettrone che era di 9,109 × 10-31 g.
[modifica] Classificazione
L'elettrone, come particella subatomica, appartiene alla classe dei leptoni.
In quanto particella elementare, l'elettrone ha una doppia natura: corpuscolare ed ondulatoria[3].
L'antiparticella dell'elettrone è il positrone, di carica uguale in modulo, ma di segno opposto. Lo scopritore del positrone, Carl David Anderson propose di cambiare il nome dell'elettrone in negatrone, lasciando il termine elettrone ad indicare una generica particella di carica non specificata.
[modifica] Proprietà e comportamento
L'elettrone ha una carica elettrica di −1.6021765 × 10−19 C, una massa pari a 9.11 × 10−31 kg (quest'ultimo valore corrisponde a 1/1837 della massa del protone). Il simbolo comunemente utilizzato per indicare l'elettrone è e−. La vita media dell'elettrone supera i 4.6x1026 anni.
Secondo i postulati della meccanica quantistica, è possibile rappresentare l'elettrone per mezzo di una funzione d'onda, dalla quale è possibile dedurre anche la probabilità di trovare tale particella in un volume infinitesimo dV. Tuttavia, in base al principio di indeterminazione di Heisenberg, non è possibile determinare con esattezza la posizione e la quantità di moto di un elettrone. Il principio afferma infatti che maggiore è la precisione con la quale si rileva la posizione, minore è la precisione con cui è possibile rilevare la quantità di moto, e viceversa.
[modifica] Utilizzi pratici
[modifica] Voci correlate
[modifica] Note
- ^ Tutte le masse sono valori del CODATA accessibili tramite la pagina del NIST sulla massa dell'elettrone. La versione frazionaria è l'inverso del valore decimale (con un'incertezza di 4.4 × 10–10)
- ^ La carica dell'elettrone è il negativo della carica elementare (che è la carica positiva del protone). Valori del CODATA accessibili tramite il NIST alla pagina carica elementare
- ^ È importante precisare che questa proprietà può essere esteso a tutta la materia grazie alla relazione di De Broglie,
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[modifica] Collegamenti esterni
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