Come abbiamo detto in precedenza, molti esperimenti relativi all’interazione tra elettricità e materia sono stati condotti osservando i fenomeni associati al passaggio della corrente elettrica nei gas rarefatti.

Il gas veniva racchiuso in un tubo trasparente, alle cui estremità erano fissate due placche metalliche, chiamate elettrodi. Una placca era collegata al polo negativo di un potente generatore elettrico e l’altra al polo positivo. La placca negativa fu chiamata catodo (‒) e la placca positiva anodo (+). Già prima del 1850 era noto il fatto che il flusso di elettricità in un gas abbastanza rarefatto (avente pressione di qualche centesimo di atmosfera) provoca emissione di luce.

Ulteriori osservazioni furono rese possibili grazie all’invenzione di una pompa capace di produrre un vuoto spinto e alla creazione di tubi di vetro di opportuna forma, chiamati tubi di Crookes (▶figura 2.4A) dal nome del fisico inglese William Crookes (1832-1919).

Quando la pressione del gas all’interno del tubo era dell’ordine di un milionesimo di atmosfera, non si aveva più emissione di luce, ma si osservava una macchia fluorescente sulla parete di vetro di fronte al catodo. Per spiegare questi fenomeni si ipotizzò che dal catodo venissero emessi raggi di natura ignota che, propagandosi in linea retta, andavano a colpire la parete di vetro rendendola fluorescente. Per definire la natura di questi raggi, a cui si diede il nome di raggi catodici (▶figura 2.4B),  furono avanzate numerose ipotesi. Fra queste, risultò vincente l’idea che i raggi catodici avessero natura corpuscolare. A tal proposito, von Helmholtz, un protagonista della ricerca scientifica ottocentesca, così si esprimeva: «Se accettiamo l’ipotesi che le sostanze elementari siano costituite da atomi, non possiamo non arrivare alla conclusione che anche l’elettricità, tanto positiva che negativa, sia formata di determinate porzioni elementari, che si comportano come se fossero atomi di elettricità».

L’effettiva natura dei raggi catodici fu svelata soltanto nel 1897, quando il fisico inglese Joseph J. Thomson, utilizzando i tubi di Crookes, riuscì a dimostrare che tale radiazione consisteva di particelle cariche negativamente (▶figura 2.5), a cui diede il nome di «portatrici di elettricità» e, in seguito, di elettroni. Riuscì anche a misurare il rapporto carica/massa di tali particelle e a dimostrare che il valore del rapporto non cambiava al variare del gas contenuto nel tubo. A partire da questi dati sperimentali oggi possiamo affermare che:

electrons Gli atomi di tutti gli elementi contengono le stesse particelle negative, chiamate elettroni.

 Quando vengono separati dagli atomi, gli elettroni sono tutti uguali tra loro,perciò il vero costituente fondamentale della materia è l’atomo.