Gli elettroni

Gli elettroni

• Agente chimico responsabile della chimica atomica
• Responsabile dei legami chimici
• Gli elettroni si trovano sulla nube esterna che avvolge l’atomo
• Essi sono disposti su orbite diffuse su tutto lo spazio (orbitali)
• Carica negativa (-)
• Sono delle particelle e onde aventi carica negativa
• Gli elettroni hanno una massa molto più piccola di protoni e neutroni; il loro contributo alla massa totale dell’atomo è di fatto trascurabile, mentre non sono trascurabili dal punto di vista della carica

La scoperta degli elettroni

La migliore dimostrazione dell’esistenza degli elettroni fu fornita da esperimenti con tubi a raggi catodici:

Due elettrodi sono fissati in un tubo in vetro contenente un gas mantenuto a pressione molto bassa. Quando si applica una forte differenza di potenziale, si genera un passaggio di corrente elettrica nel sistema e il catodo (elettrodo negativo) emana una radiazione. I raggi viaggiano in linea retta verso l'anodo (elettrodo positivo) e generano una luminescenza sulla parete opposta al catodo. Un oggetto posto sulla traiettoria dei raggi produce un'ombra su uno schermo fluorescente di solfuro di zinco sistemato vicino all'anodo. L'ombra mostra che i raggi viaggiano dal catodo a carica negativa verso l'anodo a carica positiva. I raggi devono perciò avere carica negativa.

1897: J. J. Thomson

Nel 1897, J. J. Thomson (1856-1940) studiò queste particelle a carica negativa in maggiore dettaglio. Le chiamò elettroni, come suggerito nel 1891 da Stoney. Egli determinò il rapporto tra la carica (e) e la massa (m) dell’elettrone: e/m = 1.75882 × 10⁸ coulomb/grammo. Dopo che fu determinato il rapporto carica/massa dell’elettrone, si resero necessari ulteriori esperimenti per determinare il valore della massa o quello della carica in modo da poter calcolarne l’altro.

1909: Robert Millikan

Nel 1909, Robert Millikan (1868-1953) risolse il problema con l’esperimento della “goccia d’olio”, per mezzo del quale determinò la carica dell’elettrone:

Minuscole gocce d’olio sono prodotte da un nebulizzatore. La massa delle gocce può essere calcolata dal loro volume (ottenuto dalla misura al microscopio del raggio della goccia) nota la densità dell’olio. Alcune gocce cadono attraverso il foro presente nella piastra superiore. Irradiando con raggi X, parte di esse si carica negativamente. Se si aumenta la differenza di potenziale tra le piastre, la velocità di caduta delle gocce diminuisce, in quanto esse vengono attratte dalla piastra superiore (a carica positiva) e respinte da quella inferiore (a carica negativa). Ad un determinato valore di differenza di potenziale la forza elettrica (verso l’alto) e la forza di gravità (verso il basso) che agiscono sulla goccia, si bilanciano esattamente e la goccia rimane ferma in un dato punto. Conoscendo la massa della goccia e la differenza di potenziale applicata, è possibile calcolare la carica presente sulla goccia. Tutte le cariche misurate da Millikan risultarono essere un multiplo intero dello stesso numero; egli assunse che la carica più piccola fosse la carica di un singolo elettrone, cioè: -1.6 × 10^-19 C.

1886: Eugen Golstein

Nel 1886, Eugen Golstein (1850-1930) osservò che un tubo a raggi catodici genera anche un flusso di particelle a carica positiva che si muove verso il catodo; queste furono chiamate raggi canale perché capaci di passare attraverso dei fori praticati nell’elettrodo negativo. Un tubo a raggi catodici con il catodo perforato fu usato per produrre raggi canale.