Ciência simplificada: o que são elétrons?

O que são elétrons?

O elétron é uma partícula subatômica que está presente em todos os átomos. Ao contrário dos prótons, nêutrons ou núcleos dos átomos, os elétrons são partículas elementares. Isso significa que eles não são compostos de partículas ainda menores. Também ao contrário dos prótons e dos nêutrons, os elétrons essencialmente não têm massa. Finalmente, os elétrons são diferentes dos prótons e dos nêutrons porque circundam o núcleo em vez de fazerem parte dele.

Normalmente, os elétrons estão ligados aos núcleos dos átomos. Isso acontece porque os elétrons possuem uma carga negativa que interage com a carga positiva do núcleo de um átomo. Em um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de cargas positivas no núcleo.

Todos os elementos da Tabela Periódica são neutros. No entanto, qualquer átomo pode ter mais ou menos elétrons do que cargas positivas. Isso torna o átomo carregado negativamente ou positivamente. Esses átomos carregados são conhecidos como íons. Mais especificamente, os íons com carga negativa são chamados de ânions e os íons com carga positiva são chamados de cátions.

Esta imagem mostra a probabilidade de encontrar o elétron do hidrogênio nos estados base (n=1) e excitado (n=2 e n=3). As áreas claras indicam maior probabilidade. As linhas (l) indicam o momento angular do elétron. Crédito: University Physics Vol 3 por OpenStax (CC BY 4.0)

Os átomos perdem elétrons devido à forma como interagem com forças além dos núcleos atômicos. Quando um elétron ganha energia extra, ele pode ficar excitado. Isso pode acontecer quando um elétron absorve uma fóton (um pacote de luz) ou colide com um átomo ou partícula próxima. Os elétrons podem ganhar energia suficiente para deixar para trás os núcleos atômicos. Esses elétrons livres se misturam com íons para formar um plasma.

Os elétrons podem se separar dos átomos devido à maneira como circundam os núcleos. No passado, os cientistas acreditavam que os elétrons orbitavam os núcleos da mesma forma que a Lua orbita a Terra. No entanto, os cientistas acreditam agora que os electrões rodeiam os núcleos numa nuvem dividida em camadas. Essas conchas são semelhantes às diferentes camadas da atmosfera terrestre. No entanto, os elétrons não existem em pontos específicos dessas camadas. Por causa da mecânica quântica, os elétrons atuam tanto como pontos quanto como ondas. Isso significa que as áreas dentro das camadas têm diferentes probabilidades de conter elétrons.

Os átomos têm múltiplas camadas, cada uma com um número diferente de subcamadas. As camadas podem reter cada vez mais elétrons quanto mais longe estão do núcleo, e os elétrons têm níveis de energia cada vez mais altos à medida que se movem para camadas distantes do núcleo.

Se as duas camadas externas estiverem cheias, o elemento será muito menos reativo com outros elementos. Esta baixa reatividade é a razão pela qual os elementos da última coluna da tabela periódica – hélio, néon, etc. – são chamados de “gases nobres” porque não reagem.

Quando os elétrons ficam “excitados” e ganham energia, depois “relaxam” e retornam às suas camadas originais, o átomo emite um fóton. O comprimento de onda do fóton depende de quão longe o elétron cai em direção ao núcleo do átomo. Esses comprimentos de onda são específicos para cada elemento.

Fatos rápidos

• Aprenda sobre elétrons e outros componentes dos elementos com este tabela periódica interativa.
• Os elétrons podem “tunelar” e aparecer no lado oposto de uma barreira. É um fenômeno chamado tunelamento quântico e é possível porque os elétrons são partículas e ondas, e parte de uma onda pode estar do outro lado de uma barreira. Este fenômeno é usado em microscópios eletrônicos e circuitos integrados modernos.

DOE Office of Science: Contribuições para a pesquisa de partículas subatômicas

O Escritório de Física Nuclear do DOE no Escritório de Ciência apoia pesquisas para compreender todas as formas de matéria nuclear e as partículas subatômicas que constituem os núcleos atômicos. Esta pesquisa inclui desvendar propriedades até então desconhecidas dos átomos e das partículas subatômicas que os compõem em seu estado natural para aplicações importantes na medicina, no comércio e na defesa nacional. Outra área de estudo é compreender precisamente como os núcleos são estruturados dependendo do número de prótons e nêutrons dentro deles. Outra investigação centra-se no aquecimento dos núcleos à temperatura do Universo primitivo para compreender como se condensaram a partir da sopa de quark-glúon que existia na altura.