Que evidência nos revela que um dos elétrons de um átomo de ferro é idêntico a um dos elétrons de um átomo de cobre?
Passo 1
O enunciado pergunta qual evidência experimental mostra que um elétron retirado de um átomo de ferro é idêntico a um elétron de um átomo de cobre. O conteúdo aqui envolve a definição de partícula elementar em física e as medições de suas propriedades fundamentais (carga, massa, spin) em experimentos clássicos.
Passo 2
Em 1897 J. J. Thomson realizou experimentos com raios catódicos em tubos de descarga, variando o material do cátodo (ferro, cobre, alumínio etc.). Ele aplicava campos elétricos e magnéticos perpendiculares ao feixe e mediu o desvio dos raios para determinar a razão carga/masa do elétron. Independentemente do material do cátodo, obteve sempre
Isso indica que a carga por unidade de massa é a mesma para os elétrons emitidos de qualquer metal.
Passo 3
Em 1909 Robert Millikan fez o experimento da gota de óleo para medir diretamente a carga elementar
. Ele encontrou
valor que não depende da fonte dos elétrons (se vêm de ferro, cobre ou outro material).
Passo 4
Combinando
de Thomson e
de Millikan calcula-se sempre a mesma massa para o elétron,
O fato de carga, massa e spin (obtido em experimentos de espalhamento e ressonância magnética) serem idênticos mostra a indistinguibilidade dos elétrons.
Passo 5
Na mecânica quântica a condição de simetria de troca (estatística de Fermi–Dirac) e o Princípio de Exclusão de Pauli só fazem sentido se todos os elétrons forem objetos rigorosamente idênticos. A validade dessas previsões em átomos distintos reforça experimentalmente essa conclusão.
Resposta
A medida do mesmo valor de
em raios catódicos de diferentes metais (Thomson) e da mesma carga elementar
(Millikan), junto à confirmação da estatística de Fermi–Dirac e do Princípio de Exclusão de Pauli, revela que um elétron de ferro é idêntico a um elétron de cobre.