Un electrón es una partícula subatómica con una carga eléctrica negativa que es igual, pero opuesta, a la carga positiva de un protón. Estas dos partículas, junto con los neutrones, forman átomos, con los protones y neutrones que residen en el núcleo, y los electrones en los orbitales circundantes, mantenidos en su lugar por la fuerza electromagnética. Están involucrados en enlaces químicos, pueden fluir a través de algunos materiales como una corriente eléctrica y son responsables de la solidez de los objetos sólidos. Las partículas tienen una masa diminuta, aproximadamente 1/1836 de la masa de un protón, y se cree que son fundamentales, es decir, no están formadas por componentes más pequeños.
Aunque a menudo es conveniente pensar en los electrones como partículas diminutas en forma de puntos, pueden, al igual que otras partículas subatómicas, a veces comportarse como ondas. Esto se conoce como dualidad onda-partícula. Dado que nadie puede ver realmente un electrón, incluso utilizando los instrumentos más potentes y sensibles disponibles, solo es posible construir modelos para tratar de explicar su comportamiento. En algunos casos, un modelo de «partículas» funciona mejor y en otros, un modelo de «ondas». Sin embargo, la mayoría de las veces, estas entidades se denominan partículas.
Electrones en la vida cotidiana
Los electrones juegan un papel fundamental en todo lo que los humanos experimentamos en el día a día. Su repulsión eléctrica mutua evita que los objetos sólidos se atraviesen entre sí, a pesar de que los átomos de los que están hechos los objetos son en su mayoría espacios vacíos. Estas partículas también son responsables de permitir que los átomos se unan para formar las moléculas que componen la Tierra y la vida misma. La civilización y la tecnología modernas dependen en gran medida de la electricidad, que implica el movimiento de electrones.
Átomos, elementos y moléculas
Las propiedades de los elementos químicos dependen de la cantidad de electrones que tengan y de su disposición dentro del átomo. Estos factores determinan cómo los átomos de un elemento se combinarán con otros átomos para formar moléculas. Cuando los átomos se combinan, lo hacen de tal manera que alcanzan un nivel más bajo de energía. Se puede pensar que los electrones están dispuestos en capas concéntricas, cada una con un número máximo que puede contener. Por lo general, el estado de energía más bajo se logra entre dos átomos cuando ambos pueden llenar sus capas más externas.
Hay dos formas principales en que los átomos pueden combinarse o formar un enlace químico entre sí. En el enlace iónico, un átomo dona uno o más electrones a otro átomo de un elemento diferente, normalmente de tal manera que ambos logran capas externas completas. Dado que un átomo normalmente tiene la misma cantidad de electrones que de protones, es eléctricamente neutro, pero perder o ganar algunos le dará una carga positiva o negativa, formando un ion. Un metal tenderá a donar electrones a un no metal para formar un compuesto iónico. La molécula se mantiene unida por la atracción eléctrica entre el metal cargado positivamente y el no metal cargado negativamente.
En un enlace covalente, que se forma entre los no metales, los átomos se combinan al compartir electrones para lograr un estado de menor energía, generalmente, nuevamente, al llenar sus capas externas. Por ejemplo, un átomo de carbono, que está a cuatro menos de una capa exterior completa, puede formar enlaces covalentes con cuatro átomos de hidrógeno, cada uno con un electrón corto, formando una molécula de metano (CH4). De esta manera, los cinco átomos comparten una capa completa. Los enlaces covalentes mantienen unidas las complejas moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.
Electricidad
El movimiento de electrones de un lugar a otro se manifiesta como electricidad. Esto puede tomar la forma de electricidad «estática», donde la fricción hace que estas partículas se muevan de un material a otro, dejando a ambos cargados eléctricamente y capaces de ejercer una atracción hacia otros objetos. Esto se documentó por primera vez en la antigua Grecia, cuando el efecto se produjo al frotar el ámbar con la piel. La palabra electrón, de hecho, proviene de la palabra griega para ámbar.
Un dispositivo llamado generador de Van de Graff utiliza este efecto para generar voltajes muy altos que pueden producir grandes chispas.
Sin embargo, la forma más familiar de electricidad es la corriente eléctrica que se suministra a los hogares y la industria para proporcionar luz y calor, y para alimentar varios dispositivos y procesos. Consiste en un flujo de electrones a través de un material adecuado, conocido como conductor. Los mejores conductores son los metales, porque sus electrones externos se mantienen sueltos y pueden moverse con facilidad. El movimiento de un conductor dentro de un campo magnético puede producir un flujo de electrones dentro de él, un efecto que se utiliza en la generación de electricidad a gran escala.
Historia
La idea de que la electricidad podría venir en unidades pequeñas e indivisibles había existido desde principios hasta mediados del siglo XIX, pero fue en 19 cuando el físico irlandés G. Johnstone Stoney utilizó por primera vez el término electrón para describir la unidad fundamental postulada de carga eléctrica negativa. . Tres años después, el físico británico JJ Thompson lo identificó como una partícula subatómica. No fue hasta 1894 que Robert Andrews Millikan, un físico experimental estadounidense, midió su carga mediante un ingenioso experimento bien conocido por los estudiantes de física. Suspendió gotas de aceite de varios tamaños en un campo eléctrico ajustable y calculó las cantidades de carga necesarias para evitar que cayeran por gravedad. Resultó que todos los valores eran múltiplos de la misma unidad diminuta, que era la carga de un solo electrón.