Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente. Junto con los neutrones y protones es una de las tres sub partículas que componen un átomo. Por este motivo también se la puede definir como una partícula subatómica. Forma parte del grupo de los leptones.
Pueden aparecer en estado libre (sin estar unidos a ningún átomo) o atados al núcleo de un átomo.
Para la medición de este tipo de partículas a menudo se utiliza la trampa de Penning.
Existen electrones en los átomos en capas esféricas de diversos radios. Estas capas esféricas representan los niveles de energía. Cuanto más grande sea el caparazón esférico, mayor será la energía contenida en esta partícula elemental.
Energía eléctrica
En los conductores eléctricos, los flujos de corriente son los electrones de los átomos que circulan de forma individual de un átomo a otro en la dirección del polo negativo al polo positivo del conductor eléctrico. Es lo que llamamos energía eléctrica o electricidad.
Pese a que suelen formar parte de los átomos, existen electrones que forman haces en el vacío o se trasladan de forma independiente por la materia.
En los materiales semiconductores, la corriente eléctrica también se produce mediante el movimiento de estas subpartículas.
Carga eléctrica del electrón
La carga de un electrón es de aproximadamente -1.602 x 10-19 culombios (C).
La unidad de carga eléctrica elemental es la carga eléctrica de un electrón. Esta carga elemental es la carga más pequeña que se encuentra en la naturaleza y se considera una cantidad fundamental en la física de partículas y la teoría electromagnética.
La carga eléctrica del electrón se considera negativa debido a una convención histórica y la carga de los protones (que es positiva) se definió en función de la carga de los electrones. Esta elección de signos ha sido ampliamente aceptada en la física y la electrónica.
La carga de un protón, que es otra sub partícula elemental, es igual en magnitud pero opuesta en signo a la carga del electrón.
Experimento de la gota de aceite de Millikan
El propósito del experimento de la gota de aceite de Robert Millikan y Harvey Fletcher fue determinar la carga de un solo electrón. Lo hicieron manteniendo una pequeña gota de aceite flotando entre dos placas de condensador.
Descubrieron que los valores medidos siempre eran múltiplos de la misma carga. Interpretaron esto como una carga en un solo electrón: 1,602 × 10−19 Coulomb.
En 1923 Millikan ganó el Premio Nobel de Física.
Masa del electrón
Su masa es aproximadamente de 9.11 x 10-31 kg.
Los electrones que se mueven a una fracción apreciable de la velocidad de la luz tienen una mayor masa a causa de los efectos relativistas. Es decir, la masa del electrón aumenta con la velocidad, de acuerdo con las predicciones de Albert Einstein.
Importancia de los electrones
Estas partículas subatómicas fundamentales desempeñan un papel esencial en diversos aspectos de la física, la química y la tecnología.
Su importancia radica en varios aspectos:
Electricidad y corriente eléctrica
Los electrones son portadores de carga eléctrica negativa, y son responsables de la electricidad y la corriente eléctrica. La corriente eléctrica es esencial en casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, desde la iluminación hasta la electrónica y la generación de energía.
Materiales conductores
Los materiales conductores permiten que los electrones se muevan libremente a través de ellos. Esto es crucial en la fabricación de cables eléctricos, componentes electrónicos y circuitos, lo que facilita la transmisión de energía y señales eléctricas.
Enlaces químicos
En química, estas partículas están involucradas en la formación de enlaces químicos entre átomos. La compartición y transferencia de electrones entre átomos es lo que permite la formación de moléculas y compuestos químicos, lo que es fundamental para la química y la vida misma.
Propiedades de los materiales
Los electrones determinan muchas propiedades de los materiales, como su conductividad eléctrica, conductividad térmica y propiedades magnéticas. Estas propiedades son esenciales en la fabricación de dispositivos electrónicos, materiales magnéticos y más.
Radiación y espectroscopia
En física, los electrones están involucrados en procesos de radiación, como la emisión y absorción de luz. La espectroscopia, que utiliza la interacción de electrones con la radiación electromagnética, se utiliza para analizar la composición de sustancias y entender fenómenos astronómicos.
Electrónica y tecnología
Los dispositivos electrónicos, como computadoras, teléfonos móviles, televisores y más, funcionan gracias a la manipulación de electrones. Los avances en electrónica han transformado la sociedad moderna y la tecnología.
Física de partículas
En física de partículas, los electrones son partículas fundamentales estudiadas en aceleradores de partículas. La comprensión de su comportamiento ha llevado al desarrollo de teorías fundamentales sobre la estructura de la materia y las interacciones fundamentales.
Historia y descubrimiento
El descubrimiento del electrón se atribuye principalmente a J.J. Thomson, un físico británico, a fines del siglo XIX. En 1897, Thomson realizó experimentos utilizando un tubo de rayos catódicos, un dispositivo que involucra corriente eléctrica y descargas en un vacío parcial.
Thomson observó que había partículas diminutas con carga eléctrica negativa que se desplazaban desde el cátodo hacia el ánodo dentro del tubo de rayos catódicos. Estas partículas fueron llamadas "electrones" por Thomson. Sus experimentos demostraron que los electrones eran constituyentes básicos de la materia y tenían una relación específica entre su carga y su masa, lo que reveló su existencia como partículas subatómicas.
El modelo atómico de Thomson es el primer modelo atómico en el que se menciona la existencia de los electrones en la composición de un átomo.
Este descubrimiento fue revolucionario y sentó las bases para una nueva comprensión de la estructura atómica y las interacciones eléctricas a nivel subatómico. Además, allanó el camino para desarrollos posteriores en física, química y tecnología, incluyendo la electrónica moderna y la teoría cuántica.