elétron - Wikilingue - Encydia
| Elétron e− | |
|---|---|
 Representação em corte transversal do orbitais s, p e d do átomo de hidrógeno para os três primeiros números cuánticos. A intensidade da cor indica a densidade de probabilidade. | |
| Classificação | Partículas elementares |
| Família | Fermión |
| Grupo | Leptón |
| Geração | Primeira |
| Interacção | Gravidade, Electromagnetismo, Nuclear débil |
| Símbolo(s) | e− |
| Antipartícula | Positrón |
| Teorizada | Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) e outros. |
| Descoberta | J. J. Thomson (1897) |
| Massa | 9,10938215 × 10−31 kg 1/1822,88849 uma |
| Ónus eléctrico | -1,602176487 × 10−19 C |
| Momento magnético | −1.00115965218111 μB |
| Ónus de cor | - |
| Espín | ± 1/2 |
O elétron (do grego ἤλεκτρον, ámbar), comummente representado pelo símbolo: e−, é uma partícula subatómica de tipo fermiónico. Em um átomo os elétrons rodeiam o núcleo, composto unicamente de protones e neutrones.
Os elétrons têm uma massa pequena com respeito ao protón, e seu movimento gera corrente eléctrica, ainda que dependendo do tipo de elemento ou composto no que se gere, precisará mais ou menos energia para provocar esta corrente eléctrica. Estas partículas desempenham um papel primordial na química já que definem as atrações com outros átomos.
Conteúdo |
História e descoberta
A existência do elétron foi postulada pelo físico irlandês G. Johnstone Stoney como uma unidade de ónus no campo da electroquímica, e foi descoberto por Joseph John Thomson em 1897 no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge.
Influído pelo trabalho de Maxwell e a descoberta dos raios X, Thomson deduziu, enquanto estudava o comportamento dos raios catódicos no TRC, que existiam umas partículas com ónus negativo que denominou corpúsculos. Ainda que Stoney tinha proposto a existência do elétron, foi Thomson quem descobriu seu carácter de partícula fundamental; mas para confirmar sua existência era necessário medir suas propriedades, em particular o ónus eléctrico. Este objectivo foi atingido por Robert Millikan no célebre experimento da gota de azeite realizado em 1909 .
George Paget Thomson, filho de J. J. Thomson, demonstrou a natureza ondulatoria dos elétrons conseguindo observar seu difracción ao atravessar uma lâmina de metal. O experimento conduziu ao aparecimento de um padrão de interferência como o que se obtém na difracción de outras ondas, como a luz, provando a dualidad onda corpúsculo postulada pela mecânica cuántica em 1926 por De Broglie. Esta descoberta valeu-lhe a G. P. Thomson o Prêmio Nobel de Física de 1937 .
O espín do elétron observou-se por vez primeira no experimento de Stern e Gerlach. Seu ónus eléctrico pode medir-se directamente com um electrómetro e a corrente gerada por seu movimento, com um galvanómetro. Seis anos dantes das descobertas de Thomson, Stoney tinha proposto a existência destas partículas e, assumindo que tinham ónus eléctricas, as denominou elétrons. Posteriormente, outros cientistas demonstraram experimentalmente que o elétron tem uma massa 2000 vezes menor que o átomo de hidrógeno .
Classificação
O elétron é um tipo de partícula subatómica denominada leptón, e parece ser uma das partículas fundamentais (isto é, que não pode ser dividida em constituintes mais pequenos) de acordo com o modelo regular de partículas.
Como para qualquer partícula subatómica, a mecânica cuántica prediz um comportamento ondulatorio dos elétrons em certos casos, o mais famoso dos quais é o experimento de Young da dupla rendija no que se podem fazer interferir ondas de elétrons. Esta propriedade denomina-se dualidad onda corpúsculo.
Propriedades
O elétron tem um ónus eléctrico negativa de −1,6 × 10−19 coulombs e uma massa de 9,1 × 10-31 kg (0,51 MeV/c2), que é aproximadamente 1800 vezes menor que a massa do protón. O elétron tem momento angular intrínseco ou espín de 1/2 (em unidades de Planck). Dado que o espín é semientero os elétrons comportam-se como fermiones, isto é, colectivamente são descritos pela estatística de Fermi-Dirac.
Ainda que a maioria dos elétrons encontram-se fazendo parte dos átomos, há que se deslocam independentemente pela matéria ou juntos formando um faz de elétrons no vazio. Quando os elétrons que não fazem parte da estrutura do átomo se deslocam e há um fluxo neto deles em uma direcção, formam uma corrente eléctrica. Em alguns superconductores, os elétrons que geram a corrente eléctrica se movem em casal ou pares de Cooper.
A electricidade estática não é um fluxo de elétrons. É mais correcto definí-la como "ónus estático", e é causada por um corpo cujos átomos têm mais ou menos elétrons dos necessários para equilibrar o ónus positivos dos núcleos de seus átomos. Quando há um excesso de elétrons, se diz que o corpo está carregado negativamente. Quando há menos elétrons que protones o corpo está carregado positivamente. Se o número total de protones e elétrons é equivalente, o corpo está em um estado electricamente neutro.
Os elétrons e os positrones podem aniquilar-se mutuamente produzindo um fotón. De maneira inversa, um fotón de alta energia pode transformar em um elétron e um positrón.
O elétron é uma partícula elementar, o que significa que não tem uma subestrutura (ao menos os experimentos não a puderam encontrar). Por isso costuma se representar como um ponto, isto é, sem extensão espacial. No entanto, nas cercanias de um elétron podem medir-se variações em sua massa e seu ónus. Isto é um efeito comum a todas as partículas elementares: a partícula influi nas flutuações do vazio em seu vecindad, de forma que as propriedades observadas desde maior distância são a soma das propriedades da partícula mais as causadas pelo efeito do vazio que a rodeia.
Há uma constante física chamada Rádio clássico do elétron, com um valor de 2,8179 × 10−15 m. É preciso ter em conta que este é a rádio que se pode inferir a partir do ónus do elétron descrito desde o ponto de vista da electrodinámica clássica, não da mecânica cuántica. Portanto esta constante refere-se a um conceito defasado, ainda que útil para alguns cálculos.
Elétrons no Universo
Os cientistas acham que o número de elétrons existentes no universo conhecido é de ao menos 1079. Este número ascende a uma densidade média de ao redor de um elétron por metro cúbico de espaço.
Baseando no rádio clássico do elétron e assumindo um empacotado esférico denso, pode-se calcular que o número de elétrons que caberiam no universo observable é da ordem de 10130. Por suposto, este número é inclusive menos significativo que a próprio rádio clássico do elétron.
Elétrons na prática
Na vida quotidiana
A corrente eléctrica que fornece energia a nossos lares está originada por elétrons em movimento. O cano de raios catódicos de um televisor baseia-se em um faz de elétrons no vazio desviado mediante campos magnéticos que impacta em um ecrã fluorescente. Os semiconductores utilizados em dispositivos tais como os transistores
Na indústria e o laboratório
O microscopio electrónico, que utiliza fazes de elétrons em lugar de fotones , permite ampliar até 500.000 vezes os objectos. Os efeitos cuánticos do elétron são a base do microscopio de efeito túnel, que permite estudar a matéria a escala atómica. Faze-los de elétrons utilizam-se em soldas.
Os elétrons e a teoria
Na teoria relativista o elétron considerou-se uma partícula cuasipuntual, já que a consideração de que fosse pontual conduzia a diversas exclusividades. A teoria da rádio clássico do eléctrón tratava de explicar a massa do elétron como um efeito inercial da energia contida no campo gravitatorio do elétron. Dito rádio é uma quantidade finita de difícil interpretação, se o elétron não é pontual então quando é acelerado em um campo electromagnético umas partes do elétron deviam ser aceleradas em maior proporção que outras, ou começar a se mover dantes, o qual sugeria que a forma do elétron devia mudar, mas então a ideia de interpretar a massa como sócia ao campo não funcionava bem. Essa e outras inconsistencias como o efeito de influência causal do futuro na expressão da força[4] revelaram que os modelos não-cuánticos do elétron eram inadequados.
Na mecânica cuántica, um elétron em um campo electromagnético é descrito pela equação de Dirac, enquanto o comportamento colectivo dos elétrons vem descrito pela estatística de Fermi-Dirac. No modelo regular da física de partículas forma um doblete com o neutrino, dado que ambos interaccionan de forma débil. Na natureza existem ademais outros dois "elétrons em massa", o muón e o tauón, com propriedades similares ao mesmo ainda que no entanto são partículas diferentes, que têm uma curta existência e se desintegran muito rapidamente.
O equivalente ao elétron na antimateria, sua antipartícula, é o positrón, que tem a mesma quantidade de ónus eléctrica que o elétron mas positiva. O espín e a massa são iguais no elétron e o positrón. Quando um elétron e um positrón colisionan, tem lugar a aniquilación mútua, se originando duas fotones de raios gama com uma energia de 0,500 MeV a cada um.
Os elétrons são um elemento finque no electromagnetismo, uma teoria que é adequada desde um ponto de vista clássico, aplicável a sistemas macroscópicos.
Veja-se também
Referências
- ↑ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects, Cambridge University Press, p. 4. ISBN 0521035414.
- ↑ Freeman, Gordon R. (1999). «[Expressão errónea: operador < inesperado Triboelectricity and some associated phenomena]». Materials science and technology 15 (12): pp. 1454–1458.
- ↑ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). «[Expressão errónea: operador < inesperado Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials]». Journal of Electrostatics 67 (2–3): pp. 178–183. doi:.
- ↑ Abraham–Lorentz force
Outros enlaces
pnb:الیکٹران
