Electrão

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Referência : Ricardo Pinto, J., Pires Basto, F. (2011), WikiCiências, 2(05):0304
Autores: J. Ricardo Pinto, Fernando Pires Basto
Editor: Jorge Gonçalves



O electrão é uma partícula constituinte do átomo, com carga negativa igual a 1,602 176 487x10-19C (carga elementar) e com uma massa (em repouso) de 9,109 3897x10-31kg.[1,2]


No decurso de estudos sobre electrólise em 1874, o físico irlandês George Stoney (1826-1911) sugeriu a existência de «uma única quantidade definida de electricidade», a carga de um ião monovalente. Foi então capaz de estimar o valor dessa carga elementar e a partir das leis de electrólise de Faraday.[3] Em 1894, Stoney propôs o termo «electrão» para descrever essa carga elementar que considerou ser uma «unidade fundamental muito importante da electricidade».[4] As palavras «eléctrica» e «electricidade» são derivadas do latim ēlectrum, que deriva do termo grego êlectron para o âmbar, material com a propriedade «eléctrica» de atrair pequenos objectos depois de friccionado.[5]


Nos anos 1870, o químico e físico inglês Sir William Crookes (1832-1919) construiria o primeiro tubo de raios catódicos com gases rarefeitos e pôde mostrar que os raios luminosos que apareciam no tubo transmitiam energia e se deslocavam do cátodo para o ânodo. Além disso, ao aplicar um campo magnético, era capaz de deflectir os raios, mostrando que o feixe se comportava como tendo cargas negativas.[6,7,8] O físico alemão naturalizado britânico Arthur Schuster (1851-1934) desenvolveu as experiências de Crookes dispondo placas de metal paralelamente aos raios catódicos e aplicando uma diferença de potencial entre as placas e verificou que o campo eléctrico deflectia os raios para a placa carregada positivamente o que reforçava a ideia de que os raios transportavam uma carga negativa. Medindo a deflexão em função da diferença de potencial, Schuster foi capaz em 1890 de medir a razão massa/carga dos componentes dos raios.[7,8] Em 1897, Sir Joseph John Thomson (1856-1940) ao estudar as partículas emitidas nos tubos de raios catódicos, na Universidade de Cambridge, verificou que essa razão massa/carga e/m era independente do material do cátodo. Mostrou ainda que as partículas carregadas negativamente produzidas por materiais radioactivos, por materiais aquecidos e por materiais iluminados são universalmente as mesmas.[9] O nome de electrão foi então de novo proposto para essas partículas pelo físico e químico irlandês George F. Fitzgerald (1851-1901) e é agora aceite universalmente.[7]


Em 1900, o físico francês Henri Becquerel (1852-1908) provou que a radiação beta emitida pelo rádio era deflectida por um campo eléctrico e que a correspondente razão massa/carga era a mesma dos raios catódicos. Essa prova reforçou a ideia de os electrões existirem como componentes dos átomos.[10,11]


Deve notar-se que esta visão “corpuscular” veio a evoluir em 1923 com a proposta do físico francês Louis Victor de Broglie (1892-1987) de que todas as partículas exibem, em certas condições, um comportamento característico de ondas que leva à introdução dos fundamentos da Mecânica Quântica. Este comportamento ondulatório dos electrões veio a ser confirmado em 1927 pela observação experimental da difracção de um feixe de electrões quando atravessava uma lâmina de um cristal metálico pelo físico inglês George Paget Thomson (1892-1975), filho de J. J. Thomson. A experiência conduziu à aparição de um padrão de interferência como o que se obtém na difracção de outras ondas, como a luz, provando a dualidade onda corpúsculo postulada pela mecânica quântica em 1926 por De Broglie.[12,13]


Pensa-se que a maioria dos electrões que existem no Universo foram criados através do Big Bang,[14] embora também possam ter origem em decaimentos beta de isótopos radioactivos e em colisões que envolvem energias elevadas, como os raios cósmicos ao entrarem na atmosfera. Os electrões podem ser destruídos por interacção com com positrões (processo de aniquilação), ou absorvidos durante o processo de nucleossíntese que ocorre nas estrelas.


Os electrões têm um papel fundamental em diversos fenómenos físicos, tais como electricidade, magnetismo e condutividade térmica. Um electrão em movimento cria um campo magnético e é deflectido por um campo magnético externo. Quando um electrão é acelerado pode absorver ou libertar energia sob a forma de fotões.


Os electrões têm muitas aplicações, nomeadamente em tubos de raios catódicos, em microscópios electrónicos, em radioterapia, em lasers, em aceleradores de partículas e em processos de soldagem por radiação de electrões. A soldadura por raios de electrões em câmaras de baixa pressão desenvolvida a partir de 1958 pelo físico alemão Karl-Heinz Steigerwald (n. 1924), tal como o processo similar da soldadura por radiação laser, apresenta uma densidade de energia muito alta que proporciona a penetração profunda da soldadura e é um processo muito rápido e fácil de automatizar mas que requer equipamento dispendioso.[15,16,17,18]


Referências

1. IUPAC Gold Book: Elementary Charge, consultado em 20/04/2010.

2. IUPAC Gold Book: Electron Rest Mass, consultado em 20/04/2010.

3. John D. Barrow, J. Royal Astron. Soc. 24 (1983) 24–26.

4. George Johnstone Stoney, Philos Mag 38 (1894) 418–420.

5. Joseph T. Shipley, Dictionary of Word Origins, The Philosophical Library, 1945, p. 133.

6. Robert K. DeKosky, Ann. Sci. 40 (1983) 1-18, DOI:10.1080/00033798300200101

7. Henry M. Leicester, The Historical Background of Chemistry, Dover Publications: New York, 1971, ISBN: 0486610535.

8. Per F. Dahl, Flash of the Cathode Rays: A History of J J Thomson's Electron, CRC Press: London, 1997, ISBN: 0750304537.

9. J. J. Thomson, Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity, The Nobel Foundation, 1906.

10. . J. Buchwald, A. Warwick, Histories of the Electron: The Birth of Microphysics, The MIT Press: Boston, 2001, ISBN: 0262524244

11. William G. Myers, J. Nucl. Med. 17 (1976) 579–582.

12. The Nobel Prize in Physics 1929: Louis de Broglie, consultado em 20/04/2010.

13. The Nobel Prize in Physics 1937: Clinton Davisson, George Paget Thomson, consultado em 20/04/2010.

14. J. Silk, The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe, Third Edition, Macmillan: New York, 2000, ISBN:080507256X.

15. History of Electron Beam Technology, consultado em 20/04/2010.

16. Standardizing the Art of Electron Beam Welding, consultado em 20/04/2010.

17. Four Decades of Electron Beam Development at TWI, consultado em 20/04/2010.




Criada em 30 de Outubro de 2009
Revista em 10 de Maio de 2011
Aceite pelo editor em 17 de Maio de 2011