Química e eletromagnetismo: descobrindo o elétron

No final do século XIX, químicos e físicos estavam estudando a relação entre a eletricidade e a matéria. Eles colocavam correntes elétricas de alta voltagem através de tubos de vidro cheios de gases de baixa pressão (mercúrio, neônio, xenônio), em algo bem parecido com as luzes néon. A corrente elétrica era transportada de um eletrodo (catodo), através do gás e para o outro eletrodo (anodo) na forma de um feixe chamado de raios catódicos. Em 1897, o físico britânico J. J. Thomson conduziu uma série de experimentos e obteve os seguintes resultados:

• ele descobriu que, se o tubo fosse colocado dentro de um campo elétrico ou magnético, os raios catódicos podiam ser desviados ou movidos (é assim que o tubo de raios catódicos (TRC) de sua TV funciona);
• ao aplicar somente um campo elétrico, somente um campo magnético ou uma combinação de ambos, Thomson conseguiu medir a razão da carga elétrica pela massa dos raios catódicos;
• ele descobriu que a mesma razão da carga pela massa de raios catódicos era vista independentemente de qual material se encontrava no tubo ou do material de que era feito o catodo;

Thomson chegou às seguintes conclusões:

• os raios catódicos eram feitos de partículas minúsculas e com carga negativa, que ele chamou de elétrons;
• os elétrons deviam se originar do interior dos átomos do gás ou do eletrodo de metal;
• já que a razão da carga pela massa era a mesma para qualquer substância, os elétrons eram uma parte básica de todos os átomos;
• como a razão da carga pela massa do elétron era muito alta, o elétron deveria ser muito pequeno;

Posteriormente, um físico americano chamado Robert Milikan mediu a carga elétrica de um elétron. Com esses dois números (carga e razão da carga pela massa), os físicos calcularam a massa do elétron como 9,10 x 10^-28 gramas. Para compararmos, uma moeda de um centavo americano possui uma massa de 2,5 gramas, o que faz que 2,7 x 10²⁷ elétrons pesem tanto quanto um centavo.

Duas outras conclusões se originaram da descoberta do elétron:

• como o elétron tem carga negativa e os átomos são eletricamente neutros, deve haver uma carga positiva em algum lugar do átomo;
• como os elétrons são muito menores do que os átomos, deve haver outras partículas com maior massa no átomo;

A partir desses resultados, Thomson propôs um modelo do átomo que era semelhante a uma melancia. A parte vermelha era a carga positiva, ao passo que as sementes eram os elétrons.