Electró menor que l'àtom

2002/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

De la mà dels raigs X, la radioactivitat, la radiació del cos fosc... A la fi del segle XX la Física va rebre un enorme impuls i diversos experts van arribar a pensar que gairebé tot estava descobert. Però els historiografos veuen d'una altra manera la situació d'aquella època; la veritable revolució de la física que anava a venir en els pròxims anys (des del nostre punt de vista) i, per tant, el començament del nou segle s'ha situat en 1895. Dos anys després es va descobrir la primera partícula menor que l'àtom: l'electró.

Necessitats i necessitats

La matèria està formada per àtoms, és a dir, per components bàsics de la matèria indivisible. Indivisibles? Els científics no van dubtar en aquesta època: totes les coses estan formades per àtoms que no es poden dividir.

Aquesta idea no era una reflexió simple, sinó que molts científics, després d'una llarga recerca, van aconseguir dividir les substàncies en compostos i elements. A més, es van ordenar els elements en funció de les seves propietats químiques. El rus Dimitri Mendeleiev ‘va acabar’ aquesta obra i va cridar al resultat la taula periòdica. Mendeleiev no coneixia tots i cadascun dels elements i va reconèixer que hi havia forats incomplets, tal vegada la seva major aportació.

La taula periòdica és de gran utilitat ja que es tracta d'una classificació basada en propietats químiques. Però per què hi ha elements similars a uns altres? En què consisteix el secret? La resposta la van trobar els físics.

Efectes de color

Els experiments sobre l'electricitat eren habituals en la física d'aquell segle. Electricitat, tant estàtica com en corrent, XVIII. En el segle XIX es va començar a entendre; el famós experiment de l'estatunidenc Benjamin Franklin (cometa i clau) va servir per a explicar que els raigs són efectes elèctrics. L'electricitat va atreure l'atenció dels físics. Cent anys després, els experiments eren molt més sofisticats.

El britànic Michael Faraday va voler estudiar si l'electricitat es transmet o no al buit, però no va aconseguir el buit; faltava una bomba de gran potència. Però en 1855, el fabricant alemany de vidre Heinrich Geissler va construir una potent bomba de mercuri que va dissenyar un tub especial per a fer passar l'electricitat al buit, el tub de Geissler. El resultat va ser espectacular: en la part oposada a l'elèctrode negatiu es va produir una lluminositat verda.

L'experiment es va fer famós i la competència entre físics alemanys i britànics es va ressuscitar. En tots dos pobles es va donar una explicació al fenomen. A Alemanya, Eugen Goldstein va proposar que aquesta lluentor era una ona electromagnètica, inventada pel propi terme rac catòdic. A Anglaterra, el físic William Crookes, antic alumne de Faraday, va millorar la bomba de Geissler i va formar el tub de Crookes i repetió l'experiment. En opinió de Crookes, la claredat la produïen les partícules (i no les ones). Onda o partícula? Aquesta pregunta va seguir fins a la Segona Guerra Mundial sense resposta adequada.

Altres passos

Els alemanys Johann Wilhelm Hittorf i Julius Plücker van inventar experiments per a estudiar com es transmeten els raigs catòdics. El primer va poder demostrar que s'emet correctament, ja que en posar un sòlid en la via s'interromp la radiació. El segon va desviar els raigs per camps magnètics. Aquest efecte s'ha utilitzat per a la construcció de pantalles de televisió.

Les partícules carregades més petites que es coneixien fins llavors eren ions, àtoms en definitiva. Alguns físics van proposar que l'electricitat és transportada per unes partícules, però si això era cert, aquestes partícules no podien ser àtoms. L'alemany Herman Ludwig von Helmholtz va demostrar que la càrrega havia d'estar dividida en petites unitats dins de l'àtom.

Finalment, l'electró

L'irlandès George Johnstone Stoney va calcular la càrrega d'aquestes partícules i va obtenir un resultat bastant exacte. Els imants desvien fàcilment els raigs catòdics, la qual cosa presentava dues explicacions: eren partícules de gran càrrega o eren molt més lleugeres que l'àtom. Es va calcular la massa i es va comprovar que era 1.873 vegades més lleuger que l'àtom d'hidrogen. Ja es coneixien les característiques dels raigs catòdics, als quals Stoney els va donar el nom d'electrons, però no sabien què eren.

Finalment, la interpretació dels raigs catòdics va ser realitzada pel britànic Joseph John Thompson. Thompson pensava que els raigs catòdics són "corpuscles". En 1895, el francès Jean-Baptiste Perrin va descobrir que la seva càrrega és negativa. Thompson va aprendre dues coses importants en els experiments: que els camps elèctrics també desvien els raigs i es desplacen molt més lentament que la llum.

Els científics no van acceptar aquesta conclusió des del principi, però els següents experiments s'ajustaven a la idea de Thompson: l'electró és un component de l'àtom que li dóna una càrrega negativa. El 30 d'abril de 1897 es va notificar per primera vegada una partícula menor que l'àtom.