Todo lo que nos rodea en el planeta consiste en partículas pequeñas y escurridizas. Los electrones son uno de ellos. Su descubrimiento ocurrió hace relativamente poco tiempo. Y abrió nuevas ideas sobre la estructura del átomo, los mecanismos para transmitir electricidad y la estructura del mundo como un todo.
Cómo se dividió lo indivisible
En el sentido moderno, los electrones son partículas elementales. Son integrales y no se rompen en estructuras más pequeñas. Pero tal idea no siempre existió. Los electrones eran desconocidos hasta 1897.
Incluso los pensadores de la antigua Grecia supusieron que todo en el mundo, como un edificio, se compone de muchos "ladrillos" microscópicos. Entonces se consideraba que el átomo era la unidad de materia más pequeña, y esta creencia persistió durante siglos.
La noción de átomo cambió recién a fines del siglo XIX. Después de los estudios de J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, los núcleos atómicos y los electrones fueron reconocidos como las partículas indivisibles más pequeñas. Con el tiempo, se descubrieron protones, neutrones e incluso más tarde: neutrinos, kaones, pi-mesones, etc.
Ahora la ciencia conoce una gran cantidad de partículas elementales, entre las cuales los electrones ocupan invariablemente su lugar.
Descubrimiento de una nueva partícula
Cuando se descubrieron los electrones en el átomo, los científicos sabían desde hacía mucho tiempo acerca de la existencia de la electricidad y el magnetismo. Pero la verdadera naturaleza y las propiedades completas de estos fenómenos siguen siendo un misterio, ocupando las mentes de muchos físicos.
Ya a principios del siglo XIX se sabía que la propagación de la radiación electromagnética se produce a la velocidad de la luz. Sin embargo, el inglés Joseph Thomson, al realizar experimentos con rayos catódicos, concluyó que se componen de muchos granos pequeños, cuya masa es menor que la atómica.
En abril de 1897, Thomson hizo una presentación, donde presentó a la comunidad científica el nacimiento de una nueva partícula en el átomo, a la que llamó corpúsculo. Más tarde, Ernest Rutherford, con la ayuda de experimentos con papel de aluminio, confirmó las conclusiones de su maestro, y a los corpúsculos se les dio un nombre diferente: "electrones".
Este descubrimiento estimuló el desarrollo no solo de la ciencia física sino también de la química. Permitió avances significativos en el estudio de la electricidad y el magnetismo, las propiedades de las sustancias y también dio origen a la física nuclear.
¿Qué es un electrón?
Los electrones son las partículas más ligeras que tienen carga eléctrica. Nuestro conocimiento de ellos es todavía en gran parte contradictorio e incompleto. Por ejemplo, en los conceptos modernos, viven para siempre, ya que nunca se desintegran, a diferencia de los neutrones y los protones (la edad teórica de desintegración de estos últimos supera la edad del Universo).
Los electrones son estables y tienen una carga negativa permanente e=1.6 x 10-19cl. Pertenecen a la familia de los fermiones y al grupo de los leptones. Las partículas participan en interacciones electromagnéticas y gravitatorias débiles. Se encuentran en los átomos. Las partículas que han perdido el contacto con los átomos son electrones libres.
La masa de los electrones es 9,1 x 10-31 kg y es 1836 veces menor que la masa de un protón. Tienen espín medio entero y momento magnético. Un electrón se denota con la letra "e-". De la misma manera, pero con un signo más, se indica su antagonista: la antipartícula de positrones.
El estado de los electrones en un átomo
Cuando quedó claro que el átomo consta de estructuras más pequeñas, fue necesario comprender exactamente cómo están dispuestas en él. Por ello, a finales del siglo XIX aparecieron los primeros modelos del átomo. Según los modelos planetarios, los protones (cargados positivamente) y los neutrones (neutros) formaban el núcleo atómico. Y a su alrededor, los electrones se movían en órbitas elípticas.
Estas ideas cambian con el advenimiento de la física cuántica a principios del siglo XX. Louis de Broglie plantea la teoría de que el electrón se manifiesta no solo como partícula, sino también como onda. Erwin Schrödinger crea un modelo de onda de un átomo, donde los electrones se representan como una nube de cierta densidad con una carga.
Es casi imposible determinar con precisión la ubicación y la trayectoria de los electrones alrededor del núcleo. En este sentido, se introduce un concepto especial de "orbital" o "nube de electrones", que es el espacio de la ubicación más probablepartículas nombradas.
Niveles de energía
Hay exactamente tantos electrones en la nube alrededor de un átomo como protones hay en su núcleo. Todos ellos están a diferentes distancias. Más cerca del núcleo están los electrones con la menor cantidad de energía. Cuanta más energía tienen las partículas, más lejos pueden llegar.
Pero no están dispuestos al azar, sino que ocupan niveles específicos que pueden acomodar solo un cierto número de partículas. Cada nivel tiene su propia cantidad de energía y se divide en subniveles, y éstos, a su vez, en orbitales.
Se utilizan cuatro números cuánticos para describir las características y la disposición de los electrones en los niveles de energía:
- n - el número principal que determina la energía del electrón (corresponde al número del período del elemento químico);
- l - número orbital que describe la forma de la nube de electrones (s - esférica, p - forma de ocho, d - forma de trébol o doble ocho, f - forma geométrica compleja);
- m es un número magnético que determina la orientación de la nube en un campo magnético;
- ms es un número de espín que caracteriza la rotación de los electrones alrededor de su eje.
Conclusión
Entonces, los electrones son partículas estables cargadas negativamente. Son elementales y no pueden descomponerse en otros elementos. Se clasifican como partículas fundamentales, es decir, aquellas que forman parte de la estructura de la materia.
Los electrones se mueven alrededor de los núcleos atómicos y forman su capa de electrones. Afectan las propiedades químicas, ópticas,propiedades mecánicas y magnéticas de diversas sustancias. Estas partículas participan en la interacción electromagnética y gravitatoria. Su movimiento direccional crea una corriente eléctrica y un campo magnético.
