O estudo do elétron livre exige uma compreensão básica sobre a estrutura atômica. Uma das partículas que constitui o átomo é o chamado elétron, e cada átomo é formado por duas regiões principais.
Essas duas regiões são: o núcleo (o centro da partícula) e a eletrosfera (as regiões em volta do núcleo) diferentes partículas podem viajar livremente pela eletrosfera e entre eles o elétron, eles circulam o núcleo parcialmente preso em suas órbitas chamadas de camadas eletrônicas.
De onde surgiu a palavra Elétron?
A palavra “elétron” tem uma origem grega e seu significado original é âmbar (uma resina produzida por alguns tipos de árvores para se proteger contra ataques de insetos e micróbios). Ao envelhecer, o âmbar endurece sendo inclusive uma fonte rica de estudos de fósseis por preservar com perfeição pequenos animais e insetos em seu interior.
Por volta do ano 625 A.C o filósofo grego tales Mileto descobriu que ao ser esfregado com tecidos naturais como a seda, lã e a camurça o âmbar se tornava eletrizado e passava a atrair pequenos objetos (um pequeno eletroímã). Daí o nome da partícula.
O que quer dizer elétron livre?
Elétron livre é uma denominação usada para se referir aos elétrons com ligações mais fracas com o núcleo e por isso ficam presos na assim chamada nuvem de elétrons. Quando um destes elétrons recebe energia eles se afastam ainda mais do centro num movimento repentino, chamado de salto quântico.
Significa dizer que o elétron passa de uma camada eletrônica para outra. Contudo, quando sua camada inicial é a camada de valência (a camada mais externa de um átomo) o salto quântico pode externar e ultrapassar a assim chamada “barreira potencial”.
Em materiais condutores e metais a última camada de elétrons possui ligações muito fracas de modo que eles conseguem se movimentar livremente.
Se o metal estiver em temperatura ambiente os átomos se movimentam de maneira aleatória mais ou menos como milho estourando em pipocas em um recipiente fechado.
Quando uma ligação é gerada entre um metal e uma corrente elétrica os elétrons se aceleram rapidamente e causam o que chamamos de movimento térmico. Especificamente no caso dos metais, o movimento dos elétrons livres acontece apenas em seu interior, de modo que esse deslocamento atravessa menores distâncias. Nesse processo, os elétrons livres dos metais e os íons interagem e alcançam um equilíbrio térmico.
É nesse ponto que a física e a química se confundem, pois, graças a isso, podemos calcular o valor total da energia cinética gerada pelos elétrons livres.
Quem desenvolveu o modelo?
Foi o físico alemão Drude quem, ainda no século dezenove, propôs um modelo no qual os elétrons livres teriam uma velocidade de movimento média igual a zero, exatamente como moléculas de gás dentro de um recipiente fechado (como um botijão de gás).
Foi observado que a colisão entre elétrons livres e íons são os responsáveis principais pela característica condução térmica dos metais. Atualmente, o modelo de Drude é obsoleto, mas ele foi essencial para dar início aos estudos relacionados ao funcionamento dos elétrons livres.
Um marco importante
Outro importante papel dos elétrons livres é na condução elétrica. No ânodo (o polo positivo de um circuito) o movimento dos elétrons livres é aleatório e eles se acumulam em grande quantidade. Ao se mover do ânodo para o cátodo (o pólo negativo de um circuito), ele deixa para trás um átomo tetravalente que por ter perdido um elétron se tornou cátion. Ao chegar no cátodo, ele acaba por se combinar para formar um ânion.
Desta forma os elétrons livres são bastante importantes para a condução elétrica. Os elétrons livres podem ser encontrados na ionosfera (camada atmosférica conhecida por seu alto número de íons), onde viajam as ondas de rádio. Nas camadas mais baixas da própria ionosfera, os elétrons livres se recombinam com uma diversidade de elementos.
Comentar