Qué es un electrón y para qué sirve

Un electrón es una partícula subatómica con carga negativa. Puede ser libre (no unido a ningún átomo) o ligado al núcleo de un átomo. Los electrones en átomos existen en capas esféricas de varios radios, que representan niveles de energía. Cuanto más grande sea la concha esférica, mayor será la energía contenida en el electrón.

Electrón – Qué es

Un electrón es una partícula pequeña, más pequeña que un átomo, con una carga eléctrica negativa, sin apenas masa. Es demasiado pequeño para ver incluso con un microscopio electrónico. Los electrones no están hechos de otra cosa; no puedes separarlos en algo más pequeño.

Electrón – Cómo funciona

En los conductores eléctricos, el flujo de corriente resulta del movimiento de electrones de átomo a átomo individualmente, y de polos eléctricos negativos a positivos en general. En los materiales semiconductores, la corriente también ocurre como un movimiento de electrones. Pero en algunos casos, es más ilustrativo visualizar la corriente como un movimiento de deficiencias de electrones de átomo a átomo.

Un átomo deficiente en electrones en un semiconductor se llama agujero. Los agujeros “se mueven” de polos eléctricos positivos a negativos en general.

La carga en un solo electrón se considera como la carga eléctrica de la unidad. Se le asigna polaridad negativa. La carga en un electrón es igual, pero opuesta, a la carga positiva en un protón o agujero. La cantidad de carga eléctrica generalmente no se mide en términos de carga en un solo electrón, porque esta es una carga extremadamente pequeña.

En cambio, la unidad estándar de la cantidad de carga eléctrica es el culombio, simbolizado por C, que representa aproximadamente 6,24 x 1018 electrones. La carga del electrón, simbolizada por e, es de aproximadamente 1.60 x 10-19 C. La masa de un electrón en reposo, simbolizado por mí, es aproximadamente de 9.11 x 10-31 kilogramos (kg). Los electrones que se mueven a una fracción apreciable de la velocidad de la luz, por ejemplo en un acelerador de partículas, tienen mayor masa debido a los efectos relativistas que se encuentran dentro de sus propiedades.

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Electrones – Origen

En el tiempo inmediatamente posterior al Big Bang, cuando el nuevo universo estaba lleno de fotones y bosones que circulaban por todas partes, algunos de los fotones se separaron en electrones y anti-electrones llamados positrones.

Entonces podrías pensar en un electrón como la mitad negativa de un fotón. La mayoría de estos electrones y positrones finalmente perdieron energía y volvieron a conectarse a los fotones, pero algunos de los positrones se perdieron en algún lugar, y sus electrones se quedaron solos.

Electrón – Características

Como con tantas cosas, depende de cómo lo mires. De alguna manera, ¡un electrón no ocupa espacio! Es solo un punto. En otras formas, un electrón es redondo, o al menos la energía eléctrica del electrón forma una esfera. Pero un electrón también puede ser una onda, con su energía dispersa de manera desigual. Dependiendo de en qué átomo se encuentre, o qué más esté sucediendo, esa onda de desigualdad puede tomar diferentes formas.

Los electrones eran incómodos por sí solos, por lo que se conectaron con algunos protones en la misma situación, y estos fueron los primeros átomos de hidrógeno.

Un átomo de hidrógeno tiene solo un protón y un electrón, pero pronto las estrellas comenzaron a formar átomos más complicados, con muchos protones y electrones, como oxígeno, carbono, azufre y hierro.

Electrones y proyectiles

Dentro de estos átomos más complicados, los electrones no se apresuran de ninguna manera. Permanecen dentro de áreas específicas del átomo, que llamamos conchas. Esta es la forma más fácil para que los átomos se mantengan unidos, así que eso es lo que hacen.

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Si hay más de dos electrones, tienen que comenzar una segunda coraza más lejos del centro. Ese segundo caparazón es más grande y puede contener ocho electrones. Los átomos de uranio, los átomos más grandes de la naturaleza, tienen 92 electrones y necesitan siete capas para contenerlos.

Electrones y moléculas

A menudo, un átomo se queda sin electrones cuando su capa más externa (lo que los científicos llaman caparazón de valencia) no está llena. Los átomos de oxígeno, por ejemplo, tienen ocho electrones. Llenan el caparazón interior con dos electrones, y luego solo hay seis electrones en el caparazón exterior, que tiene espacio para ocho electrones.

Electrones – Función

Los átomos de oxígeno se unen fácilmente con otros átomos, como el hidrógeno, que también tienen espacios en sus capas de valencia.

La molécula se vuelve más fuerte y más estable que cualquiera de los átomos individuales por sí misma. Cuando un átomo de oxígeno se combina con dos átomos de hidrógeno (H2O), forman moléculas de agua.

Otros átomos encuentran que es más fácil transferir sus electrones a otro átomo, en lugar de compartir el electrón. El sodio, por ejemplo, tiene un solo electrón solitario en su capa de valencia. Si pudiera deshacerse de ese único electrón, entonces podría deshacerse de ese caparazón, y el siguiente estaría lleno.

Pero el cloro tiene siete electrones en su capa de valencia, y necesita ocho para llenarlo. Entonces, cuando el sodio se acerca al cloro, los átomos de sodio dan su electrón extra a los átomos de cloro.

Podrías pensar que luego continuarían con sus propios asuntos. Pero los electrones aún se aferran a sus átomos originales también, por lo que los átomos de sodio y cloro forman una molécula llamada cloruro de sodio o sal.

Electrones y electricidad

La electricidad es electrones que se han soltado de su átomo. Eso puede suceder naturalmente, como en un rayo o un átomo de uranio en descomposición. O puede suceder cuando las personas lo hacen posible. En un cable de cobre, por ejemplo, los electrones fluyen de un átomo de cobre al siguiente, moviendo la energía a lo largo del cable a su tostadora.

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Los electrones tienen la masa más baja de cualquier leptón cargado (o partículas cargadas eléctricamente de cualquier tipo) y pertenecen a la primera generación de partículas fundamentales. La segunda y la tercera generación contienen leptones cargados, el muón y el tau, que son idénticos al electrón a cargo, el giro y las interacciones, pero son más masivos.

Los leptones se diferencian del otro constituyente básico de la materia, los quarks, por su falta de interacción fuerte. Todos los miembros del grupo lepton son fermiones, porque todos tienen un entero de spin medio; el electrón tiene spin

Electrones – Propiedades

La masa invariante de un electrón es aproximadamente 9.109 × 10-31 kilogramos, o 5.489 × 10-4 unidades de masa atómica. Las mediciones astronómicas muestran que la relación de masa de protón a electrón ha mantenido el mismo valor, según lo predicho por el Modelo Estándar, durante al menos la mitad de la edad de el universo.

Los electrones tienen una carga eléctrica de -1.602 × 10-19 culombios, que se usa como unidad de carga estándar para partículas subatómicas, y también se llama carga elemental. Esta carga elemental tiene una incertidumbre estándar relativa de 2.2 × 10-8.

La cuestión del radio del electrón es un problema desafiante de la física teórica moderna. La admisión de la hipótesis de un radio finito del electrón es incompatible con las premisas de la teoría de la relatividad. Por otro lado, un electrón puntual (radio cero) genera serias dificultades matemáticas debido a la autoenergía del electrón que tiende al infinito.