Electrón
El electrón es la partícula elemental de carga negativa que, junto al núcleo, forma los átomos y genera la corriente eléctrica.
El electrón es una partícula elemental con carga eléctrica negativa que forma parte de todos los átomos. Su movimiento genera la corriente eléctrica y sus interacciones determinan los enlaces químicos, las propiedades de los materiales y el funcionamiento de toda la electrónica moderna.
¿Qué es el electrón?
Un electrón es una partícula subatómica de la familia de los leptones, sin estructura interna conocida: en el Modelo Estándar se trata como una partícula puntual. Se representa con el símbolo e⁻ y es estable, es decir, no se desintegra. Junto con el protón y el neutrón, es uno de los tres componentes básicos del átomo, aunque a diferencia de ellos no está formado por quarks.
El nombre procede del griego élektron, «ámbar», el material que ya los griegos sabían que atraía objetos ligeros al frotarlo. El físico irlandés George Johnstone Stoney propuso en 1891 el término «electrón» para la unidad elemental de carga, y se aplicó a la partícula tras su descubrimiento.
Descubrimiento
En 1897, el británico J. J. Thomson estudió los rayos catódicos en un tubo de vacío y comprobó que un campo eléctrico y uno magnético los desviaban como si fueran partículas negativas. Midió su relación carga/masa y vio que era unas 1800 veces mayor que la del ion hidrógeno, lo que implicaba una masa mucho menor que la de cualquier átomo. Entre 1909 y 1913, Robert Millikan determinó con su experimento de la gota de aceite que la carga eléctrica está cuantizada y midió la carga del electrón.
Propiedades principales
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Carga eléctrica | −1,602 · 10⁻¹⁹ C (carga elemental e) |
| Masa en reposo | 9,109 · 10⁻³¹ kg (0,511 MeV/c²) |
| Relación carga/masa | 1,759 · 10¹¹ C/kg |
| Espín | ½ (es un fermión) |
| Antipartícula | positrón (misma masa, carga +e) |
| Interacciones | electromagnética, débil y gravitatoria (no la fuerte) |
La masa del electrón es unas 1836 veces menor que la del protón. Su carga, igual en valor absoluto a la del protón pero de signo contrario, hace que un átomo con el mismo número de protones y electrones sea eléctricamente neutro (véase carga eléctrica).
Fórmulas útiles
El electronvoltio (eV) es la energía que gana un electrón al acelerarse con una diferencia de potencial de 1 V, y es la unidad habitual en física atómica.
El electrón en el átomo
En el modelo de Bohr (1913) los electrones giraban en órbitas fijas. La mecánica cuántica lo sustituyó por un modelo más preciso: el electrón se describe mediante una función de onda y ocupa orbitales, regiones donde es probable encontrarlo. Su energía está cuantizada y el principio de exclusión de Pauli impide que dos electrones compartan los mismos números cuánticos, lo que explica la organización de la tabla periódica.
Los electrones más externos (de valencia) determinan el comportamiento químico: se comparten o se transfieren al formar enlaces covalentes e iónicos. Otro rasgo cuántico es la dualidad onda-corpúsculo: los electrones pueden producir patrones de difracción, hecho comprobado en 1927 por Davisson y Germer.
Electrones y corriente eléctrica
En los metales, los electrones de conducción se mueven casi libremente y, al aplicar un voltaje, adquieren un lento movimiento de arrastre que constituye la corriente eléctrica. Por convenio histórico, el sentido de la corriente se define como el de las cargas positivas, opuesto al del movimiento real de los electrones. Los semiconductores permiten controlar este flujo y son la base de transistores y microchips.
Aplicaciones
- Electrónica e informática: transistores, circuitos integrados, pantallas.
- Microscopía electrónica: las longitudes de onda de los electrones son miles de veces menores que las de la luz, así que permiten ver detalles a escala atómica.
- Medicina: aceleradores lineales para radioterapia y tomografía por emisión de positrones (PET).
- Energía: pilas, baterías y células solares dependen del movimiento de electrones.
- Telecomunicaciones y láseres.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuántos electrones suman una carga de 1 culombio?
n = Q / e = 1 / (1,602 · 10⁻¹⁹) = 6,24 · 10¹⁸ electrones
2. Calcula la fuerza eléctrica de repulsión entre dos electrones separados 1 nm (k = 8,99 · 10⁹ N·m²/C²).
F = k · e² / r² = 8,99 · 10⁹ · (1,602 · 10⁻¹⁹)² / (10⁻⁹)² = 2,31 · 10⁻¹⁰ N
3. Un electrón parte del reposo y se acelera con una diferencia de potencial de 100 V. ¿Qué velocidad alcanza? (cálculo no relativista)
Energía: E = e · V = 1,602 · 10⁻¹⁷ J. De ½·m·v² = E: v = √(2E/m) = √(2 · 1,602 · 10⁻¹⁷ / 9,109 · 10⁻³¹) = 5,93 · 10⁶ m/s, cerca del 2 % de la velocidad de la luz.
Preguntas frecuentes
¿Qué carga tiene un electrón?
−1,602 · 10⁻¹⁹ culombios, que es la carga elemental. Es negativa por convenio y de igual valor absoluto que la del protón.
¿Quién descubrió el electrón?
J. J. Thomson, en 1897, mediante experimentos con rayos catódicos. Millikan midió después con precisión su carga.
¿Los electrones giran alrededor del núcleo como los planetas?
No. Es una imagen histórica del modelo de Bohr. Hoy se sabe que el electrón se describe con una función de onda y solo se pueden calcular probabilidades de encontrarlo en cada región (orbitales).
¿Qué diferencia hay entre electrón y positrón?
Tienen la misma masa y espín, pero el positrón tiene carga positiva. Es la antipartícula del electrón y, al encontrarse con uno, ambos se aniquilan y producen fotones.
¿De qué está hecho un electrón?
Según los experimentos actuales no tiene estructura interna: es una partícula elemental puntual dentro de los límites de medida.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage.
- Griffiths, D. Introduction to Elementary Particles. Wiley.
- Tipler, P. A. y Llewellyn, R. A. Física moderna. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Electrón». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/electron/
