Os elétrons permitem que os átomos interajam entre si.

Os elétrons são carregados negativamente e encontrados nas regiões mais externas dos átomos. Crédito da imagem: EzumeImages via Getty Images

Os elétrons são partículas subatômicas carregadas negativamente encontradas nas regiões mais externas dos átomos. Eles são considerados parcialmente semelhantes a partículas e parcialmente semelhantes a ondas, dependendo do cenário, de acordo com a West Texas A&M University. Os elétrons são essencialmente a razão pela qual os átomos podem interagir com outros átomos. 

O núcleo de um átomo consiste em prótons e nêutrons. Os prótons são carregados positivamente, os nêutrons não têm carga e os elétrons são carregados negativamente, de acordo com o site educacional Lumen Learning. As propriedades de um átomo dependem do arranjo dessas partículas básicas.

Os elétrons são cerca de 1.800 vezes menores em massa do que os prótons e nêutrons, portanto, eles não contribuem significativamente para a massa atômica de um elemento. A massa de um átomo é derivada principalmente de prótons e nêutrons que têm aproximadamente a mesma massa, cerca de 1,67 × 10^-24 gramas, definida como uma unidade de massa atômica (amu) ou um Dalton, de acordo com a Lumen Learning.

A carga de um átomo, no entanto, é significativamente afetada pelos elétrons. A carga positiva de um próton é igual à carga negativa de um elétron, portanto, um átomo não carregado, neutro, tem um número igual de prótons e elétrons.

Raio atômico: é a distância entre o elétron na camada mais externa da eletrosfera e o núcleo do átomo. Massa atômica: é a somatória da massa dos elementos que compõem o átomo. Número atômico: representado pela letra P ou Z, é a quantidade de prótons existentes no núcleo de uma espécie atômica. Crédito da imagem: Manual da Química

Propriedades de prótons, nêutrons e elétrons.

ORBITAIS DE ELÉTRONS E O MODELO DE BOHR

Os elétrons circundam o núcleo atômico em regiões do espaço conhecidas como orbitais. De acordo com o site educacional Cambridge Coaching, um orbital de elétron é uma área ao redor do núcleo onde há uma alta probabilidade (mais de 90%) de encontrar um elétron. "Orbitais não são um lugar exato, mas sim uma área que inclui esse lugar exato" de acordo com Cambridge Coaching. Cada orbital pode conter até dois elétrons, de acordo com o site educacional Khan Academy.

Um modelo de átomo inicial, conhecido como Modelo de Bohr, desenvolvido pelo cientista dinamarquês Niels Bohr em 1913, retrata as camadas de elétrons circulando o núcleo atômico, semelhantes aos planetas que orbitam o Sol, de acordo com a Khan Academy. Cada camada eletrônica é composta de uma ou mais subcamadas que são essencialmente conjuntos de um ou mais orbitais.

Em 1913, Niels Bohr desenvolveu um modelo atômico inicial conhecido como Modelo de Bohr. Um busto de Niels Bohr está localizado em frente à Universidade de Copenhague, na Dinamarca. Crédito da imagem: BirgerNiss via Getty Images

Cada camada eletrônica tem um nível de energia diferente. As camadas de elétrons mais próximas do núcleo são mais baixas em energia do que aquelas mais distantes. Os elétrons podem se mover entre essas camadas absorvendo ou liberando energia. Essa absorção ou liberação de energia deve ser a mesma que a diferença de energia entre as camadas para que um elétron se mova com sucesso entre elas.

Crédito da imagem: ©Genially

De acordo com a Khan Academy, para um átomo ser estável, ele deve apresentar a configuração de energia mais baixa possível. Portanto, os elétrons "preenchem" as camadas de energia mais baixas mais próximas do núcleo antes de se moverem para as camadas de energia mais altas mais distantes. 

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS: O QUE SÃO?

Embora o Modelo de Bohr possa ser uma ferramenta útil para entender a distribuição das camadas dos elétrons e os níveis de energia. Não representa totalmente a realidade do que está acontecendo em relação à configuração do elétron. 

As configurações dos elétrons ajudam os químicos a prever como um átomo se comportará em áreas relacionadas à condutividade, estabilidade e ponto de ebulição, de acordo com Los Alamos National Laboratory. As configurações informam aos cientistas como os elétrons são distribuídos entre as subcamadas.

As subcamadas são designadas pelas letras s, p, d e f que se relacionam com a forma do orbital, por exemplo, as subcamadas s possuem um orbital esférico, de acordo com a Khan Academy. A letra sobrescrita que acompanha s, p d e f nas configurações eletrônicas refere-se ao número de elétrons nesse orbital.

Para obter mais informações sobre configurações eletrônicas e como calculá-las por conta própria, confira este recurso útil de configuração eletrônica do Cambridge Coaching. 

HISTÓRIA DOS ELÉTRONS

Os elétrons foram descobertos pelo físico inglês Joseph John Thomson em 1897. Thomson realizou experimentos que envolviam a descarga de eletricidade através de gases a baixas pressões, segundo a Universidade de Cambridge. Os gases são geralmente maus condutores de eletricidade, mas quando contidos em baixas pressões e uma tensão é aplicada através de dois eletrodos, o gás se torna condutor.

Durante esta condução, o cátodo negativo parece emitir linhas brilhantes conhecidas como raios catódicos. Esses raios foram descritos pela primeira vez em 1858 pelo físico alemão Julius Plücker, de acordo com a Royal Society. Mas ninguém sabia o que os estava causando.

Havia duas teorias principais na época. Uma era que os raios eram causados por algum tipo de radiação e a outra era que, eram fluxos de misteriosas partículas carregadas negativamente, de acordo com a Universidade de Cambridge. Thomson então confirmou com sucesso que a última teoria estava correta e essas partículas passaram a ser conhecidas como elétrons.  

Em 1910, Thomson começou a trabalhar com Francis Aston, seu trabalho sobre a condutividade do gás influenciou o desenvolvimento do espectrômetro de Aston e a descoberta de isótopos, segundo a Chemistry World.

As realizações científicas de Thomson não passaram despercebidas. Em 1906, Thomson recebeu o Prêmio Nobel por "suas pesquisas teóricas e experimentais sobre a descarga de eletricidade através de gases". Em 1908, recebeu o título nobiliárquico de cavaleiro e em 1912, recebeu a Ordem do Mérito, que foi fundada para premiar aqueles que prestaram "serviços excepcionalmente meritórios em Nossos Serviços da Coroa ou para o avanço das Artes, Aprendizagem, Literatura e Ciência", segundo o jornal britânico de registro The Gazette. Thomson também foi presidente da Royal Society por cinco anos (1915 a 1920) e mestre do Trinity College Cambridge até sua morte em 30 de agosto de 1940. 

RECURSOS ADICIONAIS

• Explore as configurações de elétrons com mais detalhes e complete alguns exercícios de aprendizado com o Chemistry LibreTexts ou descubra uma variedade de experimentos interessantes envolvendo elétrons e luz. 
• Aprenda sobre o que acontece quando dois átomos não metálicos compartilham um par de elétrons no que é conhecido como ligação covalente, com BBC Bitesize.

BIBLIOGRAFIA

• Navarro, Jaume. Uma História do Elétron: JJ e GP Thomson. Cambridge University Press, 2012.
• Münzenberg, G. "Desenvolvimento de espectrômetros de massa de Thomson e Aston para apresentar." International Journal of Mass Spectrometry 349 (2013): 9-18.
• Kragh, Helge. Niels Bohr e o átomo quântico: O modelo de Bohr da estrutura atômica 1913-1925. OUP Oxford, 2012.
• McKagan, SB, KK Perkins e CE Wieman. "Por que devemos ensinar o modelo de Bohr e como ensiná-lo de forma eficaz." Physical Review Special Topics-Physics Education Research 4.1 (2008): 010103.
• Itatani, Jiro, et al. "Imagens tomográficas de orbitais moleculares." Nature 432.7019 (2004): 867-871.

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Referência:

DOBRIJEVIC, Daisy. Electrons: Facts about the negative subatomic particles. Space, 15, mar. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/electrons-negative-subatomic-particles>. Acesso em: 15, mar. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.