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2.3: Comportamento dos Eletrões
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Electron Behavior
 
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2.3: Electron Behavior

2.3: Comportamento dos Eletrões

Overview

Electrons are negatively charged subatomic particles that are attracted to an orbit around the positively-charged nucleus of an atom. They reside in locations that are associated with energy levels called shells and are further organized into sub-shells and orbitals within each shell.

Electrons Orbit the Nucleus

Electrons are found in specific locations outside of the nucleus. The shell in which an electron resides indicates the general energy level of the electron: those closer to the nucleus have less energy, while those that are further out, have more energy. The sub-shell describes the location and energy level of the electron more precisely, and the orbital describes the shape of an area of probability in which an electron orbits the nucleus. The electrons that are is closest to the nucleus have the lowest amount of energy, and as the distance between electron and nucleus increases, so does the amount of energy that the electron carries. Farther from the nucleus, there is more space for electrons to orbit so that the outer shells can hold more electrons than the inner shells. The outermost electrons of an atom reside in the valence shell and are referred to as valence electrons. These electrons form ionic and covalent bonds with other atoms.

Discovering the Electron

The electron was the first subatomic particle to be discovered. In the late 1890s, J. J. Thomson performed a series of experiments using cathode ray tubes that would lead to the discovery of the electron.

A cathode ray tube is a glass tube with two electrodes that are connected to a power source supplying electricity. A vacuum removes most of the air from the interior of the tube, and when the voltage is applied across the electrodes, a beam of particles travels from the negatively charged electrode (cathode) to the positively charged electrode (anode). The anode has a small hole so that the rays can pass through. A phosphor coating on the opposite end of the tube glows when the cathode rays strike it.

Thomson directed the cathode ray between two metal plates, one with a positive charge and one with a negative charge, and measured the position of the ray at the far end of the tube. When the ray passed between the two plates, it was deflected away from the negatively charged plate, bending in the direction of the positively-charged plate. Since like charges repel and opposite charges attract, this indicated that the particles making up the cathode ray possessed a negative charge. Further experiments to calculate the mass-to-charge ratio of the cathode particles revealed that the mass of each individual negatively-charged particle was tiny, about 1/2000 of the mass of any known atom. Thomson, therefore, concluded that there must be many electrons present in any given atom. Later, the discovery of protons and neutrons would explain the distribution of mass and overall neutral charge present in an atom.

Visão Geral

Os eletrões são partículas subatómicas carregadas negativamente que são atraídas para uma órbita em redor do núcleo positivamente carregado de um átomo. Eles residem em locais que estão associados a níveis de energia chamados camadas eletrónicas e são ainda organizados em subcamadas e orbitais dentro de cada camada eletrónica.

Os Eletrões Orbitam o Núcleo

Os eletrões são encontrados em locais específicos fora do núcleo. A camada onde um eletrão reside indica o nível geral de energia do eletrão: os mais próximos do núcleo têm menos energia, enquanto que os que estão mais afastados, têm mais energia. A subcamada descreve o nível de localização e energia do eletrão com mais precisão, e a orbital descreve a forma de uma área de probabilidade na qual um eletrão orbita o núcleo. Os eletrões que estão mais próximos do núcleo têm a menor quantidade de energia, e à medida que a distância entre eletrão e núcleo aumenta, também aumenta a quantidade de energia que o eletrão carrega. Mais longe do núcleo, há mais espaço para os eletrões orbitarem para que as camadas eletrónicas externas possam conter mais eletrões do que as camadas eletrónicas internas. Os eletrões mais externos de um átomo residem na camada de valência e são chamados de eletrões de valência. Estes eletrões formam ligações iónicas e covalentes com outros átomos.

Descobrindo o Eletrão

O eletrão foi a primeira partícula subatómica a ser descoberta. No final da década de 1890, J. J. Thomson realizou uma série de experiências usando tubos de raios catódicos que levariam à descoberta do eletrão.

Um tubo de raios catódicos é um tubo de vidro com dois elétrodos que estão conectados a uma fonte de energia que fornece eletricidade. Um vácuo remove a maior parte do ar do interior do tubo, e quando a tensão é aplicada através dos elétrodos, um feixe de partículas viaja do elétrodo carregado negativamente (cátodo) para o elétrodo carregado positivamente (ânodo). O ânodo tem um pequeno buraco para que os raios possam passar. Um revestimento de fósforo na extremidade oposta do tubo brilha quando os raios catódicos o atingem.

Thomson dirigiu o raio do cátodo entre duas placas de metal, uma com carga positiva e outra com carga negativa, e mediu a posição do raio na extremidade mais distante do tubo. Quando o raio passou entre as duas placas, foi desviado para longe da placa carregada negativamente, dobrando-se na direção da placa carregada positivamente. Uma vez que cargas semelhantes se repelem e cargas opostas se atraem, isso indicou que as partículas que compõem o raio do cátodo possuíam uma carga negativa. Outras experiências para calcular a relação massa-carga das partículas do cátodo revelaram que a massa de cada partícula carregada negativamente era pequena, cerca de 1/2000 da massa de qualquer átomo conhecido. Thomson, portanto, concluiu que deveria haver muitos eletrões presentes em qualquer átomo. Mais tarde, a descoberta de protões e neutrões explicaria a distribuição de massa e carga neutra total presente em um átomo.

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