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Elettrone, particella subatomica stabile più leggera conosciuta. Porta una carica negativa di 1,602176634 × 10-19 coulomb, che è considerata l’unità di base della carica elettrica. La massa a riposo dell’elettrone è 9,1093837015 × 10-31 kg, che è solo 1/1,836 della massa di un protone. Un elettrone è quindi considerato quasi senza massa rispetto a un protone o a un neutrone, e la massa dell’elettrone non è inclusa nel calcolo del numero di massa di un atomo.
L’elettrone fu scoperto nel 1897 dal fisico inglese J.J. Thomson durante le indagini sui raggi catodici. La sua scoperta degli elettroni, che inizialmente chiamò corpuscoli, ebbe un ruolo fondamentale nel rivoluzionare la conoscenza della struttura atomica. In condizioni ordinarie gli elettroni sono legati ai nuclei carichi positivamente degli atomi dall’attrazione tra cariche elettriche opposte. In un atomo neutro il numero di elettroni è identico al numero di cariche positive sul nucleo. Qualsiasi atomo, tuttavia, può avere più o meno elettroni rispetto alle cariche positive e quindi essere complessivamente carico negativamente o positivamente; questi atomi carichi sono noti come ioni. Non tutti gli elettroni sono associati agli atomi; alcuni si trovano allo stato libero con gli ioni nella forma di materia nota come plasma.
In qualsiasi atomo, gli elettroni si muovono intorno al nucleo in una disposizione ordinata di orbitali, l’attrazione tra gli elettroni e il nucleo supera la repulsione tra gli elettroni che altrimenti li farebbe volare via. Questi orbitali sono organizzati in gusci concentrici che procedono verso l’esterno del nucleo con un numero crescente di sottogusci. Gli elettroni negli orbitali più vicini al nucleo sono tenuti più strettamente; quelli negli orbitali più esterni sono protetti dagli elettroni che intervengono e sono i più liberi dal nucleo. Quando gli elettroni si muovono all’interno di questa struttura, formano una nuvola diffusa di carica negativa che occupa quasi tutto il volume dell’atomo. La disposizione strutturale dettagliata degli elettroni all’interno di un atomo è chiamata configurazione elettronica dell’atomo. La configurazione elettronica determina non solo la dimensione di un atomo individuale, ma anche la natura chimica dell’atomo. La classificazione degli elementi all’interno di gruppi di elementi simili nella tavola periodica, per esempio, si basa sulla somiglianza delle loro strutture elettroniche.
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Nel campo della fisica delle particelle, ci sono due modi di classificare gli elettroni. L’elettrone è un fermione, un tipo di particella che prende il nome dalla statistica di Fermi-Dirac che descrive il suo comportamento. Tutti i fermioni sono caratterizzati da valori semintegrali del loro spin, dove lo spin corrisponde al momento angolare intrinseco della particella. Il concetto di spin è incorporato nell’equazione d’onda per l’elettrone formulata da P.A.M. Dirac. L’equazione d’onda di Dirac predice anche l’esistenza della controparte antimateria dell’elettrone, il positrone. All’interno del gruppo di fermioni delle particelle subatomiche, l’elettrone può essere ulteriormente classificato come leptone. Un leptone è una particella subatomica che reagisce solo alle forze elettromagnetiche, deboli e gravitazionali; non risponde alla forza forte a corto raggio che agisce tra i quark e lega protoni e neutroni nel nucleo atomico.