Glosario de química
Electrón
El electrón es una partícula subatómica con carga negativa que orbita alrededor del núcleo de los átomos.
Definición del electrón
El electrón es una de las tres partículas subatómicas que forman el átomo, junto con el protón y el neutrón. Es una partícula elemental (no se puede descomponer en otras más pequeñas) con tres características fundamentales:
- Carga eléctrica negativa: −1,602 × 10⁻¹⁹ C (la unidad de carga elemental).
- Masa pequeñísima: 9,109 × 10⁻³¹ kg (~1.836 veces menor que la del protón).
- Espín ½: por eso es un fermión, obedece el principio de exclusión de Pauli.
Los electrones forman la corteza del átomo, orbitando el núcleo en niveles cuantizados de energía. Son los responsables de los enlaces químicos, de la conducción eléctrica en metales y de prácticamente todas las propiedades químicas observables.
Descubrimiento del electrón (J.J. Thomson, 1897)
El físico inglés Joseph John Thomson demostró en 1897 la existencia del electrón mediante experimentos con tubos de rayos catódicos. Aplicando campos eléctricos y magnéticos al haz de rayos catódicos, midió la relación carga/masa del electrón: ~1.836 veces mayor que la del átomo de hidrógeno conocido entonces.
Thomson concluyó que el átomo no era indivisible: contenía partículas más pequeñas con carga negativa. Esto invalidó el modelo de Dalton y dio paso al «modelo del pudín de pasas» (carga positiva difusa con electrones embebidos). Recibió el Premio Nobel de Física en 1906.
Posteriormente, Robert Millikan midió la carga elemental del electrón con su famoso experimento de la gota de aceite (1909–1913), obteniendo el valor preciso de −1,602 × 10⁻¹⁹ C.
Posición del electrón en el átomo
Los electrones se distribuyen en niveles y subniveles de energía alrededor del núcleo, según la configuración electrónica del elemento. Las reglas son:
- Aufbau: los electrones ocupan primero los niveles de menor energía.
- Hund: en orbitales de igual energía, los electrones se reparten primero antes de aparearse.
- Pauli: en un mismo orbital no puede haber dos electrones con el mismo conjunto de números cuánticos.
Los electrones del nivel más externo se llaman electrones de valencia y son los responsables de la reactividad química del átomo.
Tipos de electrones
- Electrones de valencia: los del nivel más externo. Participan en enlaces químicos y determinan la valencia del elemento.
- Electrones internos: de capas inferiores, no participan directamente en reacciones químicas pero apantallan la carga nuclear.
- Electrones libres: en metales, son electrones de valencia deslocalizados que permiten la conducción eléctrica.
- Electrones d y f: característicos de metales de transición y lantánidos, responsables de propiedades como el magnetismo y el color.
Propiedades del electrón
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Carga | −1,602 × 10⁻¹⁹ C |
| Masa | 9,109 × 10⁻³¹ kg |
| Masa relativa | 0,000549 u |
| Espín | ½ |
| Estabilidad | Estable (vida media > 6,6 × 10²⁸ años) |
| Antipartícula | Positrón (e⁺) |
Papel del electrón en la química
El electrón es la pieza clave de toda la química:
- Enlaces iónicos: se forman cuando un átomo cede electrones (catión) y otro los gana (anión).
- Enlaces covalentes: se comparten pares de electrones entre átomos.
- Reacciones redox: implican transferencia de electrones (oxidación = perder; reducción = ganar).
- Espectros atómicos: las líneas espectrales se producen cuando los electrones saltan entre niveles de energía absorbiendo o emitiendo fotones.
- Electronegatividad: la capacidad de un átomo de atraer electrones en un enlace.
Errores frecuentes en exámenes
- Decir que los electrones «giran en órbitas planetarias»: ese es el modelo de Rutherford y Bohr, ya superado. El modelo mecano-cuántico actual describe los electrones como orbitales (regiones de probabilidad), no trayectorias definidas.
- Confundir «electrón» con «protón»: ambos tienen la misma magnitud de carga, pero el protón tiene carga positiva, está en el núcleo y es ~1.836 veces más masivo.
- Pensar que un electrón es «una bolita pequeña»: tiene comportamiento dual onda-partícula; según el experimento se manifiesta una u otra propiedad.
- Olvidar que la masa del electrón es despreciable en cálculos de masa atómica: los protones y neutrones aportan toda la masa relevante del átomo.
Aplicaciones prácticas
- Electrónica y semiconductores: el control del movimiento de electrones permite los chips, transistores y LEDs.
- Microscopios electrónicos: usan haces de electrones en lugar de luz, alcanzando resoluciones de hasta 50 picómetros.
- Tubos de rayos catódicos: se usaron en TVs y monitores hasta los años 2000.
- Soldadura por haz de electrones: técnica industrial de alta precisión.
- Radioterapia: aceleradores lineales usan electrones para tratar tumores superficiales.