En el universo, lo que posee masa y ocupa un lugar en el espacio, recibe el nombre de materia. Todo lo que existe -desde una gota de agua, una lombriz, o el cuerpo humano- es materia. Y toda la materia se encuentra constituida por átomos.
Pero, ¿qué es un átomo? Es la unidad más pequeña de la materia que conserva las propiedades químicas de un elemento. Podríamos decir que es la materia prima esencial que da forma a todo lo que nos rodea.
Es por eso que conocer en profundidad esta diminuta unidad es tan importante: entender cómo está estructurado y cómo funciona un átomo nos brinda herramientas clave para comprender mejor el origen de las cosas y cómo operan en el mundo que nos rodea. Dentro de sus componentes, los electrones son partículas subatómicas que ocupan un rol fundamental en el comportamiento químico de un átomo. Por eso, a continuación desarrollamos en profundidad sus características más importantes, para que puedas comprender mejor su función y el impacto que tienen en la materia.
¿Dónde se encuentran los electrones?
Antes de empezar a hablar sobre los electrones, necesitamos desarrollar un poco el concepto de átomo. Los átomos se componen de dos regiones fundamentales, el centro y su orbital.
El electrón es una de las tres partículas subatómicas básicas, junto con
los protones y los neutrones, que forman los átomos, componentes básicos de toda
la materia.
Dentro del centro del átomo encontramos el núcleo, donde se agrupan protones y neutrones, mientras que en la zona más externa se encuentran los electrones, moviéndose en diferentes direcciones alrededor del núcleo atómico. Los electrones giran alrededor del núcleo en trayectorias orbitales denominadas capas, cada una de las cuales contiene solo una determinada cantidad de electrones.
- Los protones tienen una carga eléctrica negativa.
- Los neutrones no poseen carga, es decir, son eléctricamente neutros (como su nombre lo indica).
- Los electrones tienen carga eléctrica negativa.
Cada una de estas partículas subatómicas tienen un peso determinado, siendo los electrones los más livianos. Estas son sus dimensiones en unidades de masa atómica (uma):
Protón:
≈ 1,0073 uma
Neutrón:
≈ 1,0087 uma
Electrón:
≈ 0,00055 uma
Es decir, protones y neutrones tienen masas prácticamente iguales, siendo el neutrón apenas más pesado. En cambio, el electrón es muchísimo más liviano, unas 1.836 veces más ligero que un protón, por lo que su peso casi que no se tiene en cuenta al calcular la masa de un átomo.
¿Por qué son tan importantes los electrones?
En primer lugar, la modalidad de organización de los electrones alrededor del núcleo -en diferentes capas o niveles de energía- es lo que determina las propiedades químicas de cada elemento. Si querés profundizar estos conceptos, podés tomar clases de quimica.
Además, los electrones son en gran parte, los responsables del comportamiento químico de un átomo. Esto se debe a que al no estar en el centro atómico, su ubicación externa los hace más accesibles a interactuar con otros átomos.
La forma en que los electrones se distribuyen en distintos niveles alrededor del núcleo es lo que define las propiedades químicas de un elemento. Al encontrarse en la zona más externa del átomo, los electrones pueden interactuar con otros átomos, siendo clave en su comportamiento químico.
Electrones de valencia
El comportamiento químico de un átomo está fuertemente influenciado por los electrones que se encuentran en su zona más externa, conocida como capa de valencia. Cuando esta capa está completa, el átomo se muestra estable y tiene poca tendencia a interactuar o combinarse con otros átomos.
Pero si le faltan electrones para llenarla, o si posee más de los necesarios, entonces buscará activamente equilibrarse relacionándose con otros átomos, ya sea cediendo, recibiendo o compartiendo electrones.
Esta necesidad de alcanzar una estructura estable es lo que motiva las interacciones químicas y da origen a los enlaces atómicos. Además, aquellos átomos que tienen una configuración similar en su capa de valencia tienden a reaccionar de forma parecida, lo que explica por qué ciertos elementos se agrupan para formar moléculas, o en familias con propiedades químicas semejantes.
Es precisamente esta la región en la que se localizan, donde ocurren los enlaces, las reacciones químicas y las transformaciones de la materia: procesos que son la base de todo lo que nos rodea.
¿Qué pasa cuando sucede algo de esto?
- Enlaces químicos: son las uniones que mantienen a los átomos juntos en una molécula o compuesto. Los enlaces pueden ser iónicos o covalentes.
En el primero, un átomo "cede" uno o más electrones a otro átomo, generando partículas cargadas -llamadas iones- que se atraen entre ellas. En el segundo tipo de enlace, para completar sus niveles de energía, los átomos comparten electrones.
- Reacciones químicas o transformaciones de materia: Al formarse o romperse estos enlaces, es cuando ocurren las reacciones químicas. Durante las mismas, no se destruye ni se crea materia, sino que se transforma. Esto quiere decir que cambia su estructura interna y se convierte en otra diferente con nuevas propiedades.
Gracias a estos procesos, los electrones cumplen un papel central en diversos fenómenos y fuerzas físicas que observamos en la naturaleza, como la generación de electricidad, los campos magnéticos o la capacidad de ciertos materiales para conducir el calor. ¿Cuál es la estructura de la materia?
¿Cómo se forman los electrones?
Según la teoría actual, los electrones no se forman o se fabrican dentro de los átomos, sino que son partículas elementales.
Esto quiere decir que no se componen de otras partículas más pequeñas, sino que se originaron espontáneamente hace uno 13.800 millones de años, después del Big Bang. Durante los primeros instantes del universo -etapa conocida como nucleosíntesis primordial-, la energía comenzó a transformarse en partículas subatómicas debido a que la temperatura y la energía eran extremadamente altas.
El electrón es una partícula subatómica elemental con carga negativa de masa muy pequeña (aproximadamente 1/1836 veces la de un protón), que se mueve alrededor del núcleo atómico en niveles o capas de energía.
Luego, el universo se fue enfriando y los electrones quedaron libres hasta empezar a unirse con protones para empezar a formar los primeros átomos. ¡Descubrí qué son los isótopos!
Historia y descubrimiento de los electrones en química
Fue en 1897 cuando el físico británico J. J. Thomson identificó por primera vez el electrón, mientras estudiaba con tubos de rayos catódicos. Estos eran dispositivos que permitían observar el comportamiento de partículas cargadas al aplicarles voltajes elevados en un tubo al vacío.
Hasta ese momento, los científicos creían que el átomo era indivisible, es decir, la unidad más diminuta e inalterable de la materia.
Thomson cambió esa visión al identificar una partícula aún más pequeña que el átomo, con masa extremadamente liviana y carga negativa, a la que denominó corpúsculo. Sin saber que su hallazgo marcaría un antes y un después en la ciencia y en la comprensión de la estructura de los átomos, Thomson demostró con el hallazgo de los corpúsculos -que más adelante pasarían a llamarse electrones- que el átomo tenía una estructura interna compleja.
Esto abrió enormemente el campo de la investigación científica, ampliando los horizontes en la comprensión y en el conocimiento de la estructura atómica. Este descubrimiento fue un hito clave en la historia de la ciencia, ya que dio paso al surgimiento de nuevas líneas de investigación como el modelo Rutherford, que situó más adelante, que los electrones giran alrededor del núcleo central.
Este modelo establece que en condiciones normales, los electrones se mantienen ligados al núcleo atómico gracias a las fuerzas de atracción que se dan entre cargas opuestas de los electrones negativos y los protones del núcleo positivos. Si preferís estudiar a distancia, podés contratar un profesor de quimica online.
Respecto a los átomos neutros, la carga total se mantiene en equilibrio debido a que el número de electrones y protones es igual. Pero, si un átomo pierde o gana electrones, se convierte en un ion, que puede ser positivo o negativo según el caso.
Este modelo también establece que hay algunos electrones que no se mantienen ligados al núcleo. Es decir, hay ciertos estados de la materia (como el plasma) en que los electrones circulan libremente entre iones cargados. Este es un estado común en fenómenos naturales como las auroras boreales y los rayos, que también se recrea en laboratorios con fines de estudio, científicos o tecnológicos.
El descubrimiento de qué son los electrones revolucionó las bases de la ciencia física y química, y estableció las bases para el desarrollo de la electrónica, de la tecnología, de la medicina y de otras áreas del conocimiento científico que repercuten directamente sobre la calidad de vida de las personas. En ciudades como La Plata, por ejemplo, podés encontrar una profesora de quimica para clases presenciales.
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