Elétrons

Átomos, os blocos de construção de toda a matéria, são compostos por três tipos principais de partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. Nesta explicação detalhada, exploraremos os elétrons em detalhe. Elétrons são partículas fascinantes que desempenham um papel fundamental na forma como os átomos interagem entre si para formar tudo ao nosso redor. Eles são incrivelmente pequenos, têm uma carga negativa e são encontrados no espaço em torno do núcleo do átomo.

O que são elétrons?

O elétron é uma partícula subatômica que possui uma carga elétrica negativa. Esta carga é conhecida como -1. Para entender isso, pense em como os ímãs funcionam. Sabemos que cargas opostas se atraem. Portanto, um elétron com carga negativa será atraído por algo com carga positiva, como um próton.

Na imagem acima, você pode ver elétrons se movendo em torno de um grande círculo. Este grande círculo representa parte do espaço em torno do núcleo do átomo. Os elétrons se movem em regiões conhecidas como camadas ou nuvens eletrônicas. Enquanto o núcleo é onde você encontrará prótons e nêutrons, os elétrons estão fora do núcleo.

Como os elétrons se comportam?

Os elétrons são muito especiais porque não se comportam como objetos convencionais. Na física clássica, podemos facilmente medir onde as coisas estão e a que velocidade estão se movendo. No entanto, os elétrons se comportam de acordo com as regras da mecânica quântica, que são bastante diferentes.

Uma regra importante é chamada de princípio da incerteza de Heisenberg, que afirma que não podemos saber simultaneamente a posição e o momento de um elétron. Em vez disso, os elétrons existem em nuvens ou distribuições de probabilidade. Isso significa que só podemos estimar onde o elétron provavelmente estará, em vez de poder determinar sua localização exata. Para ilustrar isso, considere o seguinte:

Neste exemplo, a área sombreada representa a região onde o elétron tem maior probabilidade de ser encontrado em torno do núcleo, mas não podemos dizer com certeza onde ele está em um determinado momento. Assim como uma nuvem pode parecer diferente quando vista novamente alguns momentos depois, a posição do elétron está sempre mudando.

Níveis de energia dos elétrons

Os elétrons são organizados em um átomo por níveis de energia ou camadas. Esses níveis de energia determinam a distância do elétron em relação ao núcleo. Quanto mais próximo o nível de energia estiver do núcleo, maior é a atração devido à carga positiva do próton.

A disposição dos elétrons nessas camadas segue uma ordem específica, que pode ser simplificada da seguinte forma:

2, 8, 18, 32...

Isso significa que a primeira camada pode ter até 2 elétrons, a segunda pode ter até 8 elétrons, a terceira pode ter até 18 elétrons e assim por diante. Aqui está como vemos essas camadas:

O núcleo está no centro e é rodeado por diferentes níveis de energia. No diagrama acima, os elétrons são marcados como pequenos pontos coloridos em diferentes órbitas. Na realidade, eles não orbitam como planetas em torno do sol; este é um modelo simplificado para entender melhor sua organização.

Elétrons de valência e ligação química

Os elétrons na camada de energia mais externa de um átomo são chamados de elétrons de valência. Esses elétrons determinam as propriedades químicas do átomo, incluindo como ele se liga a outros átomos para formar moléculas.

Se você pensa em reações químicas, elas são todas sobre como os átomos compartilham ou transferem seus elétrons de valência. Quando os átomos dão, tomam ou compartilham elétrons de valência, eles formam ligações que podem criar novas substâncias, como água ou sal.

H2O = água: O oxigênio compartilha seus elétrons com dois átomos de hidrogênio.
NaCl = sal: O sódio transfere seu elétron para o cloro, formando uma ligação iônica.

Neste diagrama, cada círculo vermelho representa um átomo de hidrogênio, e o círculo verde representa um átomo de oxigênio. Eles compartilham elétrons, formando uma molécula completa e estável de água, H 2 O

Descoberta dos elétrons

A descoberta do elétron foi um evento significativo na ciência. No final do século XIX, um cientista chamado J.J. Thomson conduziu experimentos usando um tubo de raios catódicos. Durante esses experimentos, ele observou que os raios se curvavam em direção a uma placa carregada positivamente. Essa observação o forçou a concluir que deviam existir partículas carregadas negativamente menores que átomos.

A descoberta de Thomson foi importante porque mostrou que os átomos não eram indivisíveis; eles consistiam de partículas menores. Seu trabalho sobre o elétron pavimentou o caminho para a nossa compreensão moderna da estrutura atômica.

Na visualização acima, você pode ver uma versão simplificada do experimento de Thomson. Os elétrons são mostrados viajando através do tubo, atraídos para o lado carregado positivamente, causando a deflexão que ele observou.

O papel dos elétrons na eletricidade

Os elétrons desempenham um papel fundamental na eletricidade. Quando falamos de corrente elétrica, estamos falando do fluxo de elétrons através de um condutor. Toda vez que você liga um interruptor de luz ou carrega seu telefone, os elétrons se movem através de fios, criando energia.

Para entender isso, imagine os elétrons como carros viajando por um túnel. O túnel permite que os carros sigam um caminho, assim como os fios permitem que os elétrons fluam, criando uma corrente que alimenta nossos dispositivos.

Na visualização acima, você pode ver uma série de pontos, cada um representando elétrons viajando ao longo de um fio, produzindo uma corrente elétrica.

Efeito dos elétrons na tecnologia moderna

Os elétrons estão no coração da tecnologia moderna. Semicondutores usados em dispositivos eletrônicos, como computadores e smartphones, dependem das propriedades dos elétrons para funcionar.

Semicondutores controlam o fluxo de elétrons para processar informações. Manipulando o número de elétrons que os atravessam, os semicondutores podem amplificar sinais, processar dados e armazenar informações.

Considere um chip de memória de computador. Ele armazena dados controlando os elétrons. Os diferentes estados dos elétrons representam dados binários - ou 1 ou 0. Este sistema binário é fundamental para toda a tecnologia digital.

Conclusão

Os elétrons podem ser minúsculos, mas seu papel no universo é enorme. Eles são essenciais para permitir as reações químicas que sustentam a vida, o fluxo de eletricidade que alimenta a tecnologia e os processos que permitem que átomos se liguem e formem novas substâncias. Desde a construção de moléculas até o funcionamento de computadores, os elétrons são uma parte integral do nosso mundo.

Ao nos familiarizarmos com o funcionamento dos elétrons, podemos entender seu impacto profundo no nível microscópico dos átomos e no vasto mundo impulsionado pela tecnologia ao nosso redor.

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