El Tamiz

Si no eres parte de la solución eres parte del precipitado

Esas maravillosas partículas - El electrón

Esta entrada inicia una nueva serie, Esas maravillosas partículas, en la que (a sugerencia de Miguel y cruzki) vamos a hablar brevemente de una partícula en cada artículo, de más comunes a más “raras”. La de hoy es una de las más conocidas - el electrón.

¿Cómo definir un electrón? Voy a hacerlo de modo que introduzca algunos conceptos que nos serán muy útiles durante esta serie de artículos. Vamos a hablar de muchos nombres que encantan a los físicos cuánticos, de modo que prepárate para lo que tal vez sea un poco aburrido. En cualquier caso, muchos los repetiremos a lo largo de la serie.

En primer lugar, un electrón es una partícula elemental. Esto quiere decir que no está compuesto de partículas más simples (que sepamos, por supuesto)._ Pues claro, puede decir algún lector avezado. _¿Quién no sabe que un electrón es una partícula elemental? ¿Por qué lo dices como si fuera especial?

Bien, hago énfasis en esto porque mucha gente llama “partículas elementales” a cosas que no lo son. Por ejemplo, los protones y los neutrones (cada uno de los cuales tendrá su entrada particular en esta serie) no son partículas elementales. Ya veremos por qué otras partículas están constituidos cuando llegue la hora. Pero el electrón sí lo es - que sepamos nosotros, no tiene estructura interna.

En segundo lugar, un electrón es un fermión. Esto quiere decir, dicho llanamente, que es una partícula “individualista”: sólo un electrón puede ocupar un estado cuántico determinado. Si ya hay un electrón ocupando ese estado, otros electrones no lo ocupan. Los fermiones, básicamente, son las partículas que constituyen la materia.

Si los electrones no fueran fermiones, un átomo con (por ejemplo) 20 electrones los tendría a todos apelotonados cerca del núcleo y no existirían ni los niveles de energía, ni las valencias, ni las reacciones químicas ni nosotros. El hecho de que los electrones, en el átomo, se organicen en “capas” como una cebolla se debe a que son fermiones.

En tercer lugar, un electrón es un leptón. Esto significa que no se ve afectado por la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza es la que mantiene unidos los núcleos de los átomos - pero, como sabes, los electrones no están en el núcleo, y esa es precisamente la razón de que no lo estén: si los electrones no fueran leptones, serían afectados por la fuerza nuclear fuerte y no estarían formando una “nube” alrededor del núcleo, sino formando parte de él.

En cuarto lugar, un electrón tiene una carga eléctrica de valor -1 (en unidades atómicas), y por lo tanto decimos de él que tiene “carga negativa”. Algún día dedicaremos una Falacia iracunda a lo de la “energía positiva (buena)” y “energía negativa (mala)” de diversas pseudociencias, pero baste decir lo siguiente: llamamos a la carga “positiva” y “negativa” porque nos da la gana. Podríamos haberlas llamado “verde” y “roja”, y tan a gusto.

Lo que pasa es que es muy conveniente (por varias razones, como para sumar una y otra y poder cancelarlas, para poder multiplicarlas fácilmente…) utilizar + y -. Pero cuál es cuál y que sean signos es algo que nos hemos inventado nosotros.

En cualquier caso, al tener carga, el electrón se ve afectado por la fuerza electromagnética - ésa es la razón de que se encuentre “dando vueltas” alrededor del núcleo cargado “positivamente”. De hecho, los electrones que se mueven por los conductores son los que llevan la corriente eléctrica a nuestras casas (ya sé que lo sabes, pero bueno).

En quinto lugar, un electrón tiene una masa de unos 10-30 kg. A pesar de que tú, querido lector, tienes miles de cuatrillones de electrones en tu cuerpo, su masa total sólo es de unos pocos gramos. Sin embargo, veremos otras partículas que no tienen masa o tienen incluso menos que el electrón (aunque otras, como el protón, son casi 2000 veces más pesadas).

Casi todos los electrones del Universo (y se piensa que hay unos 1079 de ellos) están en átomos de hidrógeno (que tienen un protón y un electrón). Por supuesto, todos los átomos los tienen, y de hecho son la razón de que exista la tabla periódica.

Como hemos dicho antes, al ser fermiones, los electrones en un átomo no pueden ocupar el mismo estado cuántico. Si no fuera así, los electrones irían lo más cerca posible del núcleo, donde tendrían menor energía, como una canica en el interior de un cuenco.

Pero, al ser fermiones, es como si el cuenco tuviera “escalones” y los electrones los ocuparan y no dejaran que ningún otro lo hiciera, de modo que según un átomo tiene más electrones tienen que ocupar escalones más y más “altos” y alejados del núcleo - esta estructura es la que da a cada elemento sus propiedades y su lugar en la tabla periódica, aunque por supuesto si es un átomo (neutro) tiene el mismo número de protones que de electrones.

En resumen - un electrón es una partícula elemental, dentro de ellas un fermión, dentro de ellos un leptón, y dentro de éstos el que tiene carga -1 y masa unos 10-30 kg. Su importancia fundamental, en mi opinión, es que son los responsables de los enlaces entre átomos y, por tanto, las reacciones químicas. Sin ellos, el Universo sería un lugar muy aburrido en el que todos los átomos se comportarían más o menos igual y nunca jamás se unirían para formar moléculas…

Espero que el haber empezado con una partícula tan “normal” no haya aburrido a más de uno. Os prometo que más adelante nos pelearemos con partículas exóticas, pero quería empezar con una conocida para empezar a disparar nombres “raros” con algo que no fuera “raro”. Si quieres, por cierto, conocer más acerca del descubrimiento del electrón, puedes leer acerca de ello en la entrada sobre el Nobel de Física de 1906, concedido a J. J. Thomson precisamente por este motivo.

En la próxima entrega (porque se merece la suya particular), la antipartícula del electrón, el positrón. Como veremos entonces, podríamos haber llamado a esta entrada “Esas maravillosas partículas - El negatrón”.

Ciencia, Esas maravillosas partículas, Física

31 comentarios

De: pedrito
2007-11-13 23:00:46

para nada has aburrido, se me ha hecho corta ...
voy a empezar a leerme ésta serie ahora mismo...


De: BigfooTsp
2007-12-06 17:21:58

He empezado a leer esta serie... Me he enganchado tras leer "el bosón de Higgs" En fin, como dice Pedrito, nada aburrido y muy bien explicado... impaciente por ver como continúa. Un saludo y enhorabuena por este blog. Uno de los mas interesante que he visto.


De: Juan Carlos
2008-01-05 22:02:02

Como han dicho pedrito y BigfooTsp, de aburrido no tiene nada. Enhorabuena por los artículos, Pedro, porque hacen llegar a la gente de manera amena conceptos científicos avanzados con explicaciones sencillas.
Por cierto, tu blog es "adictivo". Yo ahora debería estar estudiando y no leyendo esto. Como suspenda, te voy a echar la culpa ;-)


De: chamaeleo
2008-06-18 01:32:31

Curioso el dato de que hay unos 10^79 electrones en el universo. O sea, que en todo el universo "sólo" hay una masa de 10^49 kg en concepto de electrones, 5 millones de billones de veces la masa del Sol, o unos 5 millones de veces la masa de la Via Láctea -sin tener en cuenta efectos relativistas. Y eso que los electrones a penas representan un porcentaje despreciable de la masa del universo.

Quería añadir, si os parece bien, la dirección de una página web que habla de este tema (es un poco antigua, pero tiene algunos gráficos muy aclaratorios).

http://www.particleadventure.org/spanish/index.html


De: JOAQUIN ABELLAN
2008-09-07 11:48:46

Claro y conciso. Te pido que no te saltes nunca ni un escalon en tu explicacion, muchas personas necesitamos entender todo esto.
Gracias.


De: Daniel Muñoz
2008-09-08 22:14:41

Ahora que ha empezado la cuenta atrás para el nuevo colisionador del CERN me ha parecido muy conveniente leer tu página, es muy interesante y además explicada con paciencia, sobre todo para los que no somos nada expertos en esto pero con curiosidad y ganas de saber. Te animo a seguir así.
Enhorabuena.


De: Fran
2008-09-10 04:44:45

Oye felicidades, está genial, muy claro y estructurado para hacerse una idea los que como yo, nos quedamos en el modelo de Bohr. Ahora por lo menos cuando oigo quark, meson PI, neutrino y demás familia ya no me siento tan perdido... Ahora que el LHC debe estar calentando motores me gustaría que alguien diera una breve explicación (si es posible) de COMO SE HACE UN HAZ DE PROTONES y COMO SE INYECTA EN EL ACELERADOR???


De: Pedro
2008-09-10 07:00:24

@ Fran,

Si tengo sitio entre las series habituales y tiempo, lo haré :)


De: perroverde_uruguay
2008-09-26 00:02:56

Estimado Pedro tal vez alguna pregunta que realice sea muy "tonta" pero debo hacerlo... si no respondes sabre porq y buscare la respuesta en Whiki jaja
¿hay alguna particula elemental libre? o sea fuera de un átomo
saludos y gracias de nuevo


De: Pedro
2008-09-26 07:27:24

@ perroverde,

Sí -- lee la serie entera y verás algunos ejemplos, o busca (por ejemplo) "viento solar" en Wikipedia.


De: Carlos
2008-10-22 03:21:37

Muchas gracias por tu artículo, muy interesante. Quisiera pedirte que publicaras algo del electrón-voltio si no es mucha molestia. Te lo agradecería


De: ggustavo fernandez
2008-12-30 17:50:29

Mi opinion va mas alla de la observacion del electron desde nuestro plano y en nuestra forma de tamaño mucho mayor, hablo de visualizar analogicamente todo el mundo subatomico desde la superficie de un electron como si fuesemos diminutos habitantes de un planeta-electron.
Yo pienso que si logramos observar el mundo subatomico desde este punto de vista lograriamos ver el firmameto como hoy lo desde la superficie de nuestro planeta tierra


De: Lucas
2009-02-04 14:41:42

No vendría mal que cuando dices "Esto quiere decir, dicho llanamente, que es una partícula “individualista”: sólo un electrón puede ocupar un estado cuántico determinado" pusieras un enlace al artículo de "Estados Cuánticos", de Cuántica sin fórmulas. Porque alguien que no esté familiarizado con esos términos podría confundirse. Saludos.


De: Pedro
2009-02-04 15:40:01

Lucas, hecho -- añadido el enlace, ¡gracias! :)


De: El Cedazo : Eso que llamamos “Tiempo” – Newton vs. Leibniz
2009-02-06 00:47:58

[...] de las que podríamos hacer una analogía con las partículas físicas elementales como el electrón, el fotón, etc. Estas mónadas, carentes de pares, son totalmente diferentes unas de otras –en [...]


De: Juampe
2009-03-28 17:13:50

Muy interesante,gracias.


De:
2009-04-20 01:47:35

cuales son las 6 particulas del electron?


De: Jorge
2009-07-13 07:07:10

Muy buen articulo felicidades pero tengo una pregunta acerca de la interaccion nuclear fuerte de la que hablas ¿como es que pueden estar juntos los protones en un nucleo sabiendo que estos son de cargas iguales y deberian repelerse? en otras palabras me gustaria saber como funciona esa "interaccion nuclear fuerte" gracias de antemano y felicidades de nuevo :)


De: Hugo Sagüez G.
2009-11-14 22:01:45

Muy estimado autor, su relato es excelente para entender. Si noto que en sus buenas y didacticas explicaciones se excusa pensando en los "genios" de la física teórica. Si alguien criticará su generoso trabajo, es simplemente un "pobre diablo", ya que Dios quiere que todos entendamos su creación, y para que todos entendamos se necesitan palabras simples, expresadas por hombres brillantes.


De: Matias Fernández
2010-08-12 04:07:58

escelentes articulos, simplemente quiero aportar algo brevísimo y puede parecer insignificante, pero la masa del electrón es de 9.1x10-31

gracias por los articulos! me encantan


De: Juan Carlos Giler
2010-09-11 01:02:17

Creo que hay una pequeña errata: "Casi todos los electrones del Universo están en núcleos de hidrógeno".... no debería decir en los átomos de hidrógeno?


De: Pedro
2010-09-11 16:42:24

Juan Carlos, corregido; de paso he añadido una mención al Nobel de 1906 sobre el descubrimiento del electrón. ¡Gracias! :)


De: Jorgito
2010-12-06 04:20:35

Me parece muy didactica tu forma de enseñanza y espero que sigamos aprendiendo


De: Miranda
2011-01-10 05:09:59

Gracias Pedro!!!!!!! te estas convirtiendo en mi Guru, en San Pedro!!! Gracias a Ti estoy aprendiendo la fisica!!!!! gracias gracias gracias!! desde argentina!
saludos


De: arrhenius
2011-02-17 06:17:49

Me gustó mucho tu explicación del electrón, muy precisa
Bueno, solo para realizar un pequeño aporte, los electrones en un cable eléctrico pueden desplazarse de 2 formas, en las llamadas corriente continua y corriente alterna. Cuando es continua, como indica su nombre viajan de la región negativa o cátodo de una batería a la región positiva o ánodo. Mientras que en la corriente alterna es vibratoria, imagínenla como los electrones moviéndose de izquierda a derecha, no como un flujo continuo. Y otra cosa, los electrones por un cable eléctrico no se mueven a la velocidad de la luz. Es la energía electromagnética que los perturba la que los mueve a una menor velocidad.

1e- = -1,6x10-19 Coulomb (para los más avezados)


De: Lucho
2011-11-27 18:13:14

excelente continuare con lectura de la serie tan apasionante. gracias


De: Ale
2012-02-15 04:51:38

Me encantan tus explicaciones ! Con los ejemplos que pones, entiendo mucho más. Ojalá así fueran muchos maestros en las escuelas.
Seguiré aprendiendo sobre esas maravillosas partículas.


De: Usuario
2012-07-07 20:09:51

Realmente los iónes "buenos" son los que tienen carga negativa, los que tienen carga positiva osn los "malos". Bueno, eso se dice, que sea verdad, yo ni lo afirmo, ni lo desmiento, ni lo pwneo.

Buena serie de artículos, empecé por lo del fotón, venido de otro artículo del Bosón de Higgs.


De: Venger
2012-10-16 19:27:09

Una pregunta: una vez oí en la tele que un electrón, cuando salta de un orbital a otro, lo hace a la velocidad de la luz. Entonces, se transforma de electrón a onda electromagnética (o sea, un fotón), viaja a la velocidad de la luz desde el orbital anterior al nuevo y cuando llega a éste, se vuelve a transformar de onda electromagnética a electrón.

¿Qué hay de verdad en ello? Significaría que todos los fotones del universo, son electrones que viajan a la velocidad de la luz


De: Angel
2012-10-18 10:39:41

Venger: creo que eso es erroneo. Lo primero de todo es descartar la imagen del electron saltando de un orbital a otro. Aunque es una idea sencilla que resulta util para conseguir una imagen mental del proceso, es una analogía clásica que no funciona si quieres entender los detalles. En mecánica cuantica no relativista, un orbital no es más que la región del espacio donde es más probable encontrar al electrón que esta """"orbitando"""" alrededor del nucleo. Es decir, si mido la posición del eletrón, el 90% de las veces (no sé exactamente la probabilidad que se usa para definir el orbital) lo encontraré en esa región. Cuando un electrón "salta" a otro orbital, lo que sucede es que el electrón ha ganado o perdido energía y ante esa nueva situación energética la distribución de probabilidad cambia (y por tanto la "forma" del orbital). Es decir, el electrón no "viaja" a ningún sitio al saltar (bueno, si lo hace, pero no de forma sustancialmente distinta a como lo hacia cuando "estaba" tranquilamente en el primer orbital). Dicho de otro modo, la función de onda del electrón cambia. Podría suponerse que ese cambio en la función de onda no es instantaneo, sino que es a la velocidad de la luz. Pero eso es una idea muy diferente a que el electrón se mueve a la velocidad de la luz cuando cambia de orbital.

Ains... al final no sé si he aclarado el asunto o lo he liado aún más... ;-)


De: markelo67
2014-04-02 14:00

donde se abordan los otros fenomenos en que participa el electron; magnetismo, luz . etc etc

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