¿Te has preguntado alguna vez cómo se calcula la masa del electrón? En este artículo te explicaremos todo lo que necesitas saber acerca de este proceso. Aprenderás sobre la teoría detrás de la detección del electrón y cómo se utiliza para calcular su masa. ¡Sigue leyendo para descubrir más!
¿Como Calcular La Masa Del Electron?
El electrón es una partícula subatómica con una carga eléctrica de -1,6 × 10^(-19) C y una masa de 9,1 × 10^(-31) kg. Su masa es aproximadamente 1.800 veces menor que la masa del protón o del neutrón.
¿Cómo se determina la masa del electrón?
Las partículas fundamentales que componen el átomo son el electrón, el protón y el neutrón. El electrón tiene una masa de 9,11 x 10^(-31) kg (aproximadamente 1/1800 de la masa del átomo de hidrógeno) y lleva una carga negativa de 1,602 x 10^(-19) C (valor que se utiliza como unidad en física nuclear).
El protón tiene una masa de 1,673 x 10^(-27) kg (aproximadamente la misma masa que el átomo de hidrógeno) y lleva una carga positiva de igual magnitud que la del electrón. El neutrón tiene una masa ligeramente mayor que la del protón y carece de carga eléctrica.
Actualmente se sabe que el protón y el neutrón no son esencialmente diferentes, sino que son dos estados de una misma partícula llamada nucleón. En este sentido, un neutrón puede desintegrarse en un protón y un electrón, sin que esto signifique que el electrón existía previamente, sino que se forma durante la desintegración. Del mismo modo, un protón puede transformarse en un neutrón emitiendo un positrón, que es un electrón con carga positiva.
Otra partícula importante en la física nuclear es el neutrino, que carece de masa y carga, pero tiene energía y momento lineal. La existencia del neutrino se dedujo teóricamente para explicar ciertos procesos subatómicos de acuerdo con las leyes de la física.
El estudio de la radiación cósmica y los experimentos en aceleradores de partículas han revelado la existencia de numerosas partículas elementales, todas ellas efímeras, es decir, se desintegran en otras partículas. Estas partículas reciben nombres como muones, tauones, mesones, hiperones, entre otros. Hasta ahora, se han descubierto más de un centenar de partículas elementales.
También se sabe que, además de cada partícula, existe su correspondiente antipartícula, que tiene la misma masa pero carga de signo opuesto. Por ejemplo, el antiprotón tiene la misma masa que el protón pero carga negativa, mientras que el antielectrón (positrón) tiene la misma masa que el electrón pero carga positiva. Las antipartículas tienen una vida muy corta, ya que cuando se encuentran con su partícula correspondiente se aniquilan mutuamente, liberando energía.
¿Cómo se calcula el número de masa?
Cada elemento tiene un número característico de protones en sus átomos, lo cual determina la identidad del átomo (por ejemplo, todos los átomos con 6 protones son átomos de carbono). Este número de protones se conoce como número atómico. Sin embargo, el número de neutrones en un átomo de un elemento puede variar. Las diferentes formas de un átomo que solo difieren en el número de neutrones se llaman isótopos.
En conjunto, el número de protones y neutrones determina el número de masa del elemento (número de masa = protones + neutrones). Para determinar la cantidad de neutrones en un átomo, simplemente se resta el número de protones o número atómico del número de masa.
Una propiedad estrechamente relacionada con el número de masa de un átomo es su masa atómica. La masa atómica de un átomo individual es su masa total y generalmente se expresa en unidades de masa atómica (uma). Por ejemplo, por definición, un átomo de carbono con seis neutrones (carbono-12) tiene una masa atómica de 12 uma.
Aunque en general, la masa atómica de otros tipos de átomos no será un número entero debido a razones más complejas. Sin embargo, la masa atómica de un átomo estará muy cerca de su número de masa, aunque puede haber diferencias en los decimales.
Debido a que los isótopos de un elemento tienen masas atómicas diferentes, los científicos pueden determinar la masa atómica relativa (también conocida como peso atómico) de un elemento. La masa atómica relativa es un promedio de las masas atómicas de los diferentes isótopos en una muestra, y la contribución de cada isótopo al promedio se determina según su abundancia en la muestra.
Las masas atómicas relativas que aparecen en la tabla periódica, como la del hidrógeno, se calculan considerando todos los isótopos naturales de cada elemento y se ponderan en función de su abundancia en la Tierra. Es importante destacar que los objetos extraterrestres, como asteroides o meteoritos, pueden tener abundancias de isótopos muy diferentes.
¿Quién determinó la masa del electrón?
Durante el siglo XIX, se llevaron a cabo mediciones de las relaciones masa-carga de algunos iones mediante métodos electroquímicos. En 1897, J. J. Thomson realizó la primera medición de la relación masa-carga del electrón. Este experimento demostró que el electrón era una partícula con masa y carga, y que su relación masa-carga era mucho menor que la del ion hidrógeno H+.
En 1898, Wilhelm Wien separó los iones de los rayos canales utilizando un dispositivo óptico iónico que combinaba campos eléctricos y magnéticos (efecto Wien). En 1901, Walter Kaufman midió el aumento de la masa electromagnética de los electrones de alta velocidad, también conocido como incremento de masa relativista en términos modernos (experimentos Kaufmann-Bucherer-Neumann).
En 1913, Thomson midió la relación masa-carga de los iones utilizando un espectrógrafo de parábola. En la actualidad, el instrumento utilizado para medir la relación masa-carga se conoce como espectrómetro de masas.
¿Cómo se calcula el número de electrones?
Los elementos en la tabla periódica se organizan según su número atómico, que corresponde al número de protones en un átomo. En un átomo neutro, el número de electrones es igual al número de protones, lo que nos permite determinar fácilmente el número de electrones a partir del número atómico.
Además, la posición de un elemento en la tabla periódica, ya sea en una columna o grupo, o en una fila o período, proporciona información valiosa sobre la disposición de sus electrones.
Si nos enfocamos en las primeras tres filas de la tabla, que incluyen los elementos principales relevantes para la vida, cada fila representa el llenado de una capa de electrones diferente: el helio y el hidrógeno colocan sus electrones en la capa 1n, mientras que los elementos de la segunda fila, como el litio, comienzan a llenar la capa 2n, y los elementos de la tercera fila, como el sodio, continúan con la capa 3n.
Del mismo modo, el número de columna de un elemento nos proporciona información sobre su número de electrones de valencia y su reactividad. En general, el número de electrones de valencia es el mismo dentro de una columna y aumenta de izquierda a derecha en una fila. Los elementos del grupo 1 tienen solo un electrón de valencia, mientras que los del grupo 18 tienen ocho, excepto el helio, que tiene un total de dos electrones.
Para calcular la masa del electrón, se utiliza la fórmula de la energía de un fotón dividida por la velocidad de la luz al cuadrado. El resultado es de aproximadamente 9.10938356 × 10^-31 kilogramos.
