O electrão é a unidade fundamental de carga negativa do universo, acredita-se ser verdadeiramente fundamental, porque não pode ser dividido em partículas mais pequenas, e não tem estrutura detectável. O seu símbolo é normalmente e- ou β-.
Carga Electrónica
Todos os electrões transportam a carga elementar, que é -1,602 x 10-19 C.
Campos eléctricos e magnéticos
Como todas as cargas, a carga do electrão gera o seu próprio campo eléctrico.
Desde que o electrão está sempre em movimento, como qualquer carga em movimento, ele gera o seu próprio campo magnético.
Os átomos de cada elemento químico têm um número igual de electrões com carga negativa e prótons com carga positiva – são portanto electricamente neutros.
Massa
Os electrões têm uma massa minúscula: 9.109 x 10-31 kg (para quatro figuras significativas).
P>Even em comparação com protões, a massa do electrão é pequena: a razão massa protão:electrão é 1836 (para quatro figuras significativas).
Diametro
Pensa-se que o electrão não tem diâmetro nem volume. Pensa-se que é uma partícula pontual.
Localização e Espaço Ocupado
Em átomos, os electrões ocupam um volume de espaço centrado no núcleo. Os electrões movem-se dentro de um volume muito maior do que o núcleo ocupa.
- Por exemplo, o núcleo de um átomo de hidrogénio (um único próton) tem um diâmetro de 1,75 x 10-15 m.
- O diâmetro Bohr do átomo de hidrogénio, principalmente o espaço orbital dos electrões, é 1.06 x 10-10 m.
A diferença entre estes diâmetros é um factor de cerca de 60.000,
Electrões e Compostos
Níveis de energia do electrão e as suas interacções determinam o comportamento químico e a ligação das substâncias.Exemplos comuns disto são:
- aatos podem ionizar para formar compostos
- aatos podem formar compostos através da partilha de electrões em ligações covalentes
Partículas de Beta
Durante a fase beta radioactiva, um neutão decai para um protão.Isto é acompanhado pela ejecção a partir do núcleo de um antineutrino de electrões e de um electrão de energia muito elevada, conhecido como partícula beta, símbolo β-.
Electricidade e Magnetismo
Electricidade estática resulta do movimento de electrões de um corpo para outro: esta separação de carga eléctrica significa que um corpo está carregado positivamente e o outro negativamente.
Corrente eléctrica é o fluxo de carga eléctrica – geralmente electrões – embora possa ser iões. A condutividade eléctrica baseia-se na facilidade de movimento dos electrões.
Magnetismo resulta do movimento dos electrões.
Calor
Os electrões desempenham um papel importante na condução térmica.
A necessidade de Física Quântica
Em átomos, os electrões estão ligados ao núcleo por atracção electrostática.Na física clássica, os electrões devem perder energia e entrar em espiral no núcleo positivo. Se assim fosse, os átomos teriam uma vida muito limitada. A física clássica, portanto, não pode explicar a existência de átomos.
Na física quântica, os electrões só podem ocupar certos níveis de energia definidos e, em condições normais, não se combinarão com os protões no núcleo.(Os electrões combinam-se efectivamente com os protões nas condições extremas associadas às estrelas de neutrões.)
D dualidade onda-partícula
A física quântica estabeleceu o princípio da dualidade onda-partícula ou a onda matéria:as partículas podem comportar-se como ondas com velocidades, comprimentos de onda, amplitudes e frequências; e podem ser reflectidas, refractadas e difractadas.
A Equação de Broglie e Ondas de Electrão
O comprimento de onda das ondas de matéria pode ser calculado a partir da equação de Broglie:
onde: λ = comprimento de onda; h = constante de Planck; e p = momento.
Electrões têm comprimentos de onda e podem comportar-se como ondas.
A equação de Schrödinger
A equação de Schrödinger permite calcular a função de onda mecânica quântica de um electrão, Ψ, a ser calculada.
Com Ψ e Ψ2 obtemos três dos quatro números quânticos que caracterizam os electrões num átomo ou molécula e as formas e orientações dos orbitais dos electrões.
A equação de Dirac e a rotação de electrões
A equação de Dirac, uma equação da onda para electrões que viajam a velocidades próximas da velocidade da luz, produz naturalmente a propriedade mecânica quântica da rotação dos electrões.
Um electrão pode ter rotação de + ½ ou – ½. As partículas subatómicas que podem ter spin de + ½ ou – ½ são chamadas fermions.Ao contrário dos bósons, não há dois fermions que possam ocupar o mesmo estado quântico, pelo que estão sujeitos ao princípio de exclusão Pauli.
Os electrões são fermions e obedecem ao princípio de exclusão Pauli.
Números Quânticos
Todos os electrões num átomo são caracterizados por quatro números quânticos: n, l, ml, e ms.
- n: o número quântico principal
- l: o impulso angular orbital número quântico
- ml: o número quântico magnético
- ms: o número quântico spin
O princípio de exclusão Pauli diz que não há dois electrões num átomo que possam ter os mesmos quatro números quânticos: cada electrão deve existir num estado único.Os electrões em diferentes átomos satisfazem esta exigência, porque os átomos estão em locais diferentes no espaço.
Angular Momentum
Além de massa e carga, os electrões possuem momento angular.Isto vem em duas formas: momento angular orbital associado ao electrão que orbita o núcleo; e momento angular de spin, mencionado acima.
Difracção do electrão
Métodos de difracção do electrão para determinar as estruturas atómicas e moleculares dos sólidos dependem do comportamento de onda dos electrões.
Electromagnetismo
Fotões de luz visível são produzidos ou absorvidos quando os electrões saltam entre os níveis de energia permitidos dentro dos átomos.