Electrón: la primera partícula subatómica🕒 Tiempo estimado: 6 minutos de lectura

Ya hace unos 2.500 años, los antiguos griegos habían comenzado a explorar la naturaleza eléctrica de la materia. Tales de Mileto, un filósofo griego que vivió entre el 640 y el 546 a.C., notó que frotar ámbar con pieles de animales o tejidos ligeros hacía que este atrajera pequeños objetos. El ámbar, una resina fósil producida por ciertos árboles como mecanismo de defensa, se convierte en sólido tras perder agua y puede encapsular pequeños seres en su interior. La palabra «ámbar» deriva del término griego «electrón».

Hacia finales del siglo XVIII, Benjamín Franklin contribuyó significativamente a este campo al explicar que el frotamiento de dos objetos genera una electrificación con cargas de signos opuestos que se atraen, mientras que cargas del mismo signo se repelen.

Posteriormente, en la década de 1850, se inventó el tubo de rayos catódicos o ampolla de Crookes. Este dispositivo, un tubo de vidrio con gas a baja presión y dotado de electrodos, demostró que al aplicar una alta diferencia de potencial se generaba un haz de luz que viajaba del cátodo al ánodo, revelando la existencia de los rayos catódicos.

En 1897, el físico inglés J. J. Thomson llevó este estudio más allá al introducir un campo eléctrico externo en el tubo de rayos catódicos, observando que el haz se desviaba hacia la placa positiva, indicando que estaba compuesto por partículas negativas: los electrones. Este descubrimiento, reproducible incluso al variar los gases dentro del tubo, reveló que los electrones son una propiedad fundamental de toda la materia y, por ende, del átomo.

Por tanto, fue más de dos milenios después de Tales de Mileto cuando finalmente se explicó que al frotar dos materiales se produce una transferencia de electrones de uno a otro, resultando en uno con carga positiva (por la pérdida de electrones) y el otro con carga negativa (por el exceso de electrones), desentrañando el misterio de la electricidad estática.

Desarrollo de ideas del electrón: la primera partícula subatómica

El descubrimiento del electrón en 1897 por J.J. Thomson revolucionó la física y la química, desafiando la creencia de que el átomo era la unidad más pequeña de materia. Thomson, mediante experimentos con rayos catódicos, demostró que estos rayos estaban compuestos por partículas cargadas negativamente, más tarde llamadas electrones. Este hallazgo fue crucial, pues introdujo la idea de que el átomo tenía componentes internos, cambiando para siempre el curso de la ciencia.

Los electrones son increíblemente pequeños, con una masa de solo 9.109 x 10^-31 kg, lo que los hace casi 2000 veces más ligeros que los protones y neutrones que conforman el núcleo atómico. Pero su impacto en la química y la física es monumental. Son responsables de la formación de enlaces químicos, determinando así las propiedades y el comportamiento de los elementos y compuestos.

Conceptos clave sobre el electrón

Carga eléctrica: El electrón tiene una carga negativa de -1.602 x 10^-19 coulombs, equilibrando la carga positiva de los protones en el núcleo y haciendo que los átomos sean eléctricamente neutros en su estado básico.

Orbitales atómicos: Los electrones no orbitan el núcleo en trayectorias circulares simples, como se pensaba inicialmente. La mecánica cuántica nos muestra que existen en regiones llamadas orbitales, áreas donde hay una mayor probabilidad de encontrar un electrón.

Conductividad eléctrica y térmica: Los electrones son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales. Su movimiento a través de un conductor genera electricidad, mientras que en los aislantes, los electrones están firmemente ligados a sus átomos y no fluyen libremente.

Evolución en la ciencia sobre el electrón

El concepto del electrón evolucionó con el desarrollo de la teoría cuántica en el siglo XX. Científicos como Niels Bohr y Erwin Schrödinger ampliaron nuestra comprensión de cómo los electrones existen y se comportan a nivel subatómico. La dualidad onda-partícula del electrón, una idea central en la mecánica cuántica, sugiere que los electrones pueden exhibir propiedades tanto de partículas como de ondas, dependiendo de cómo se observen.

10 Datos interesantes y curiosidades sobre el electrón

1. Primer descubrimiento subatómico: El electrón fue la primera partícula subatómica descubierta, abriendo el campo de la física de partículas.
2. Indivisibilidad: A diferencia de los protones y neutrones, los electrones son partículas elementales, lo que significa que no están compuestos por partículas más pequeñas.
3. Velocidad impresionante: Los electrones pueden moverse a velocidades cercanas a la de la luz en el vacío.
4. Impacto en la tecnología: La comprensión del movimiento y las propiedades de los electrones ha permitido el desarrollo de tecnologías como los semiconductores, la televisión, y las computadoras.
5. Fotones y electrones: Los electrones pueden absorber o emitir energía en forma de fotones, lo que es la base para la espectroscopía y la comprensión de cómo los átomos interactúan con la luz.
6. Antipartícula: El electrón tiene una antipartícula conocida como el positrón, que tiene la misma masa pero carga opuesta.
7. Nombre: El término «electrón» proviene de la palabra griega para ámbar, «elektron», un material que, al frotarse, puede atraer objetos ligeros debido a la carga estática.
8. Masa relativista: A velocidades cercanas a la de la luz, la masa de un electrón aumenta según la teoría de la relatividad de Einstein.
9. Electrones en química: Los electrones son fundamentales en la química, ya que los enlaces entre átomos se forman por compartir o transferir electrones.
10. Número cuántico: Cada electrón en un átomo se describe mediante cuatro números cuánticos, que indican su energía, momento angular, y orientación espacial.

Preguntas y respuestas comunes sobre el electrón

• ¿Cómo afecta el electrón a las propiedades de los materiales? Los electrones determinan las propiedades eléctricas, térmicas, y magnéticas de los materiales. Su configuración y movimiento a través de los átomos y moléculas influyen en la conductividad, el color, y la reactividad química de los materiales.
• ¿Qué es la nube electrónica? La nube electrónica se refiere a la región alrededor del núcleo de un átomo donde los electrones son más propensos a ser encontrados. No es una nube física, sino una representación de la probabilidad de la presencia de electrones.
• ¿Por qué es importante la dualidad onda-partícula del electrón? La dualidad onda-partícula permite a los científicos comprender y predecir el comportamiento de los electrones tanto en el nivel microscópico (como partículas individuales) como en el macroscópico (como ondas en corrientes eléctricas), lo que es crucial para la tecnología electrónica y la investigación científica.