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Los electrones son partículas subatómicas cargadas negativamente que se sienten atraídas y orbitan alrededor del núcleo cargado positivamente de un átomo. Residen en espacios asociados con niveles de energía llamados capas y se organizan más específicamente en subcapas y orbitales dentro de cada capa.
Los electrones orbitan el núcleo
Los electrones se encuentran en ubicaciones específicas fuera del núcleo. La capa en la que un electrón reside indica el nivel de energía general del electrón: aquellos más cercanos al núcleo tienen menos energía, mientras que aquellos más alejados tienen más energía. La subcapa describe la ubicación y el nivel de energía del electrón de manera más precisa, y el orbital describe la forma de un área de probabilidad en la que un electrón orbita el núcleo. Los electrones que están más cerca del núcleo tienen la menor cantidad de energía, y a medida que aumenta su distancia del núcleo, aumenta la cantidad de energía que lleva el electrón. Más lejos del núcleo, hay más espacio para que los electrones orbiten, de modo que las capas externas pueden contener más electrones que las capas internas. Los electrones más externos de un átomo residen en la capa de valencia y se les llama electrones de valencia. Estos electrones pueden formar enlaces iónicos y covalentes con otros átomos.
Descubriendo el electrón
En la última década de 1890, J. J. Thomson realizó una serie de experimentos utilizando tubos de rayos catódicos que llevarían al descubrimiento del electrón, la primera partícula subatómica. Un tubo de rayos catódicos es un tubo de vidrio con dos electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica. Un vacío elimina la mayor parte del aire del interior del tubo. Cuando se aplica el voltaje a través de los electrodos, un haz de partículas viaja desde el cátodo cargado negativamente hasta el ánodo cargado positivamente. El ánodo tiene un pequeño agujero para que los rayos puedan pasar. Un recubrimiento de fósforo en el extremo opuesto del tubo brilla cuando los rayos catódicos lo golpean.
Thomson dirigió el rayo catódico entre dos placas metálicas, una con carga positiva y otra con carga negativa, y midió la posición del rayo en el extremo lejano del tubo. Cuando el rayo pasaba entre las dos placas, se desviaba de la placa cargada negativamente, doblando en dirección a la placa cargada positivamente. Dado que las cargas similares se repelen y las cargas opuestas se atraen, esto indicaba que las partículas en el rayo catódico poseían una carga negativa.
Experimentos adicionales para calcular la relación masa-carga de las partículas del cátodo revelaron que la masa de cada partícula cargada negativamente era aproximadamente 1/2000 de la masa de cualquier átomo conocido. Debido a esto, Thomson concluyó que debe haber muchos electrones presentes en cualquier átomo dado. Más tarde, el descubrimiento de protones y neutrones explicaría la distribución de masa de un átomo y su carga global neutral.
Este texto se adapta de Openstax, Chemistry 2e, Section 6.3: Development of quantum theory.
