¡Hola, amig@s! ¿Listos para seguir descubriendo más sobre los fascinantes electrones? Seguro que tu profe de ciencias no te contó esto cuando eras adolescente, ¡pero no te preocupes, que aquí estamos para arreglarlo!
6ª Curiosidad: Los electrones nos permiten "ver" los átomos usando un microscopio de efecto túnel
El Efecto túnel es una propiedad de las partículas del mundo cuántico, es decir, de las cosas que son muy pequeñitas, como los átomos, los electrones y las demás partículas subatómicas. Resulta que ellas pueden realizar un salto de un tamaño para el cual, en principio, no tienen la energía suficiente. Es como si atravesaran una barrera o montaña de energía utilizando un túnel para llegar al otro lado.

Esto no ocurre en el mundo de lo visible al ojo humano, o sea, el de las cosas grandes, como por ejemplo una pelota. Si la lanzamos contra una pared, sabemos que saldrá rebotada y en ningún caso la atravesará. Eso ocurre porque la energía de la pelota al golpear la pared no es mayor que la energía atractiva de pegamento entre los millones y millones de moléculas que la constituyen. Y como la pelota no es una partícula cuántica, no puede hacer uso del efecto túnel. Si no, las paredes no servirían de nada y cualquiera podría pasar a través de ellas. ¡Uff...qué alivio! Parecería guay al principio, pero imagina que después de comer estás de siesta en tu sofacito y el vecino se te planta sin avisar para ver contigo la telenovela. ¿A que ya no mola tanto, 😉?
En el microscopio de efecto túnel los electrones utilizan esta capacidad para saltar desde los átomos de su finísima aguja hacia los átomos del material que se escanea y viceversa. Ambos materiales nunca se tocan y, aunque la aguja se acerca mucho, la distancia en términos microscópicos sería demasiado grande para que el electrón pueda atravesarla, tan imposible como lo es para una persona saltar de una zancada un campo de fútbol entero. Ninguno de los dos tiene energía suficiente para ello. Pero...los electrones cuentan con un superpoder del mundo cuántico: el efecto túnel les permite atravesar esa distancia y, gracias al registro que el microscopio hace de las distintas energías involucradas en cada salto, ir mapeando el contorno del átomo para darnos una imagen detallada de su forma: ¡gracias al electrón estamos haciendo visible lo invisible!
7ª Curiosidad: El electrón no es mágico; no puede estar en dos lugares distintos a la vez ni transmitir información instantáneamente (a otro electrón lejano con el que estuvo entrelazado cuando estaban cerca).
El primer mito proviene de malinterpretar la naturaleza ondulatoria del electrón. La función de onda, esa rara expresión matemática que vimos antes, acaba dando probabilidades de que pueda estar en distintos sitios para un mismo momento, pero eso no significa que lo esté, solo que podría estar allí.
Para entenderlo mejor, piensa en la siguiente analogía: imagina que tienes un electrón en una caja opaca y que suele colocarse en las esquinas. Podría situarse potencialmente en cualquiera de las 8 esquinas disponibles. Si no abres la caja y miras dentro, la función de onda distribuye la probabilidad de que el electrón esté en cualquiera de esas 8 esquinas. Sin embargo, cuando abres la caja opaca, tus 'ojos supermánicos' detectores de electrones captan inmediatamente que está en una de ellas, digamos, la esquina inferior izquierda. En ese momento, se dice que la función de onda 'colapsa', pasando de permitir múltiples ubicaciones a fijar solo una posición específica.
Y así es como funciona en la realidad: los detectores solo localizan a un mismo electrón en un sitio cada vez, nunca en dos. Jo, pues nada, lo sentimos por Íker Jiménez y los demás amantes de la nave del misterio.
Para desmentir el mito de que en un entrelazamiento cuántico entre dos electrones la información puede transmitirse instantáneamente, primero debes entender en qué consiste dicho fenómeno.
Si te has quedado con ganas de saber más sobre cómo funciona la función de onda, aquí te cuento un poco más. Si no, ve directo al punto 9.
Cuando tomamos el cuadrado del valor absoluto de la función de onda, ∣ψ(x)∣², obtenemos una distribución de probabilidad para la posición de la partícula en función del punto x en el espacio. Pero la función de onda no solo describe la posición; también puede ser formulada para describir otras propiedades físicas del electrón, como su espín o su momento. De esta manera, podemos obtener para la posición del electrón una nube de probabilidad que, en el caso del hidrógeno, puede ilustrarse así:
Los electrones son fundamentales para procesos vitales como la fotosíntesis en las plantas, la formación de los iones Na+ y K+ que regulan el metabolismo, y para aumentar la longevidad de las células, entre muchas otras funciones esenciales.
Los electrones también pueden ser considerados como los guardianes de la juventud celular, ya que son fundamentales en la eliminación de los radicales libres, unas sustancias indeseadas que genera tu cuerpo como subproducto de las reacciones metabólicas que necesita tu cuerpo para su normal funcionamiento. También pueden llegar a tu cuerpo a través de factores externos, como la exposición a la radiación solar ultravioleta y a contaminantes presentes en el aire o los alimentos.
Cuando hay un exceso de radicales libres, nuestras células se acaban dañando porque estos les roban electrones, desencadenando una reacción en cadena que desestabiliza su estructura, incluidos su ADN, proteínas y lípidos. Este daño acumulativo contribuye al envejecimiento porque altera las funciones celulares esenciales y debilita los mecanismos de reparación y regeneración del cuerpo. En última instancia, esto puede llevar a la muerte celular prematura y a la aparición de enfermedades relacionadas con la edad, como enfermedades cardíacas, neurodegenerativas y cáncer.
Además, estos radicales actúan muy rápido porque son químicamente inestables. Esto se debe a que no son moléculas completas sino fragmentos con un electrón "desapareado", es decir, un electrón al que le falta otro para "estar tranquilo". Esto los convierte en sustancias oxidantes muy reactivas, ávidas por reaccionar con las moléculas de nuestras células para arrebatarles los electrones que necesitan para estabilizarse.
¿Cómo evitar que los radicales libres ataquen a nuestras células? La clave está en aportarle a nuestro cuerpo sustancias antioxidantes, es decir, "anti radicales libres". Los antioxidantes son donantes naturales de electrones, por lo que los radicales libres los tomarán de ellos en lugar de quitárselos a las células.
Frutas, verduras y frutos secos son ricos en antioxidantes como las vitaminas C y E, betacarotenos y flavonoides, que eliminan el exceso de radicales libres de nuestro organismo. ¡No te olvides de incluirlos en tu dieta!
Además, para evitar la formación de radicales libres provenientes de la radiación o la contaminación del aire, es recomendable cuidar la piel usando protector solar, limitar el tiempo que pasamos al sol y filtrar el aire que respiramos cuando este sea de baja calidad mediante purificadores HEPA.
Curiosidad 10ª: El descubrimiento de las propiedades de los electrones revolucionó la Química y la Tecnología, mejorando la calidad de vida de la humanidad
Los electrones son la base de todas las reacciones químicas. Cada vez que un átomo gana, pierde o comparte electrones se produce una reacción química que puede dar lugar a nuevas sustancias. De todas las partículas fundamentales que existen (quarks, gluones, fotones, etc.), el electrón es la que verdaderamente permite al ser humano y a la naturaleza realizar los cambios químicos necesarios para desarrollar todos los procesos que observamos en el universo, desde la formación de agua hasta la creación de fármacos que combaten enfermedades.
Imagen tomada de https://www.youtube.com/watch?v=XBPk4ub_FUM
Gracias a nuestra comprensión de las propiedades del electrón, hemos desarrollado teorías sobre los distintos tipos de enlaces químicos que nos explican cómo y por qué los átomos se unen entre sí para formar moléculas (si se unen solo unos pocos átomos) o cristales (si se unen millones de ellos). Estas teorías no solo nos han permitido predecir nuevos materiales y compuestos, sino también diseñarlos para aplicaciones prácticas increíbles. Por ejemplo, en Química Orgánica, la creación de plásticos sintéticos como el nylon revolucionó industrias enteras, desde la moda, con fibras más resistentes y flexibles que las naturales, hasta la medicina, con hilos quirúrgicos y prótesis artificiales que no causan rechazo en el cuerpo humano.
Conocer la estructura electrónica también nos ha dado el poder de manipular la materia de formas que antes eran impensables. Cuando se determinó cómo los electrones se disponen dentro de los átomos (configuración electrónica), la sociedad fue capaz de sintetizar compuestos complejos y descubrir nuevas reacciones químicas que han transformado nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, en la Química Inorgánica, la comprensión de la estructura electrónica condujo al desarrollo de catalizadores eficientes que aceleran reacciones industriales vitales. Un ejemplo es el proceso Haber-Bosch, que utiliza catalizadores de hierro para producir amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno. Este proceso ha sido esencial para la producción de fertilizantes, lo que ha permitido alimentar a miles de millones de personas en todo el mundo.
Imagen tomada de https://cursoparalaunam.com/configuraciones-electronicasPero el electrón también revolucionó el mundo de la Tecnología. La Electrónica moderna depende de la manipulación precisa del flujo de electrones. La invención del transistor en 1947, un pequeño dispositivo que, gracias a los materiales semiconductores, controla el flujo de electrones, marcó el inicio de la era digital. En concreto, su virtud es la capacidad de amplificar o conmutar señales eléctricas de manera eficiente, es decir, cambiar el sentido de circulación de los electrones cuando es necesario. Esto permite que los dispositivos electrónicos realicen operaciones lógicas y manejen datos de forma rápida y efectiva. Por ejemplo, en una radio, el transistor amplifica la señal de una estación débil para que puedas escucharla con claridad. Cuando la señal entra en el transistor, este controla el flujo de electrones para amplificar el sonido, permitiendo que la música o la voz salgan a través de los altavoces con la potencia adecuada.
Este avance permitió la creación de microchips (que lleva muchos transistores en miniatura coordinados y otros elementos), que son el cerebro de todos los dispositivos electrónicos actuales, desde computadoras hasta smartphones. Sin el control de los flujos de electrones, la tecnología que utilizamos a diario sería inconcebible.
Además, la comprensión del comportamiento de los electrones ha dado lugar a innovaciones tecnológicas que han transformado nuestra forma de vivir. Las pantallas LED de los televisores delgados y de los móviles, por ejemplo, funcionan controlando la liberación de electrones en materiales semiconductores para emitir luz de manera eficiente y duradera. Los electrones se mueven a través de capas de material semiconductor, y cuando se recombinan con los huecos, liberan energía en forma de luz para crear las imágenes. Este proceso es mucho más eficiente que en las tecnologías de retroiluminación anteriores, como las utilizadas en los voluminosos televisores de tubo, ya que se minimizan las pérdidas de energía y casi toda ella se convierte en luz, produciendo imágenes de alta calidad en lugar de disiparse en forma de calor.
De igual manera, en los motores eléctricos de los dispositivos que implican movimiento de sus piezas, los electrones desempeñan un papel fundamental. En ellos, la corriente eléctrica pasa a través de un estator o bobina fija (hilo enrollado en un cilindro de hierro), generando un campo magnético variable a su alrededor, lo que provoca que en el rotor (un eje capaz de girar) aparezca otro campo magnético. Ambos campos interactúan provocando el giro del rotor. Así, la energía eléctrica se convierte en energía mecánica, lo que permite impulsar una gran variedad de dispositivos, desde pequeños electrodomésticos como ventiladores y licuadoras, hasta vehículos eléctricos que se desplazan de manera silenciosa, ecológica y eficiente. Es la llamada Ley de Inducción de Faraday.
Así, la energía eléctrica se convierte en energía mecánica, lo que permite impulsar una gran variedad de dispositivos, desde pequeños electrodomésticos como ventiladores y licuadoras, hasta vehículos eléctricos que se desplazan de manera silenciosa, ecológica y eficiente.
Bonus track: Los electrones impiden que realmente toquemos los objetos... pero no que sintamos
Aunque parezca increíble, nunca llegamos a tocar realmente nada. Lo que sientes con la mano que, probablemente, sujeta ahora el móvil con el que está leyendo esto es la repulsión entre los electrones de los átomos de tu piel y los electrones de los átomos de su carcasa. Recuerda que estos electrones ocupan las capas más externas de los átomos, por lo que marcan la zona de "contacto". Como los electrones tienen cargas negativas, se repelen entre sí al acercarse por tener el mismo signo. Esta repulsión es tan fuerte que actúa como una barrera, evitando que los átomos se junten. Por eso, lo que percibimos como "tocar" es, en realidad, la sensación de esa fuerza de repulsión.
Pero, ¿cómo se convierte esta fuerza de repulsión en la sensación de tacto que experimentamos? Cuando los electrones de nuestra piel detectan esta repulsión, los nervios táctiles envían señales eléctricas a través del sistema nervioso hacia el cerebro. El cerebro procesa estas señales y las interpreta como diferentes sensaciones: presión, suavidad, rugosidad, o temperatura. Así, aunque los electrones nos mantienen separados, el cerebro traduce esa separación en una rica experiencia sensorial que nos permite interactuar con el mundo que nos rodea. ¡Dios aprieta, pero no ahoga, muchach@!
¡Un misterio cuántico que nos acompaña en cada caricia!
El universo en tu mano. Christophe Galfard. Editorial Blackie Books
Verdades y mentiras de la Física cuántica. Carlos Sabín, CSIC, editorial Catarata.
Entrelazamiento cuántico
https://theconversation.com/entrelazamiento-el-mayor-misterio-de-la-fisica-cuantica-192075
https://www.muyinteresante.es/ciencia/8152.html
http://spanish.xinhuanet.com/2017-06/16/c_136371017.htm
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01272-3
Dualidad onda partícula
https://www.i-ciencias.com/pregunta/31709/si-las-particulas-son-excitaciones-cuales-son-sus-campos
Efecto fotoeléctrico
http://www.varpa.org/recursos-educativos/efecto-fotoelectrico/index.html
Difracción de electrones
https://www.rolscience.net/2020/11/que-es-el-experimento-de-la-doble.html?m=1
https://bachilleratoenlinea.com/educar/mod/lesson/view.php?id=2732
http://astrometrico.es/2020/05/18/experimento-doble-rendija-explicacion/
Función de onda y su interpretación
https://www.fisicacuantica.es/la-funcion-de-onda-y-su-interpretacion/
Fotosíntesis
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Biology/psetran.html
Bomba sodio potasio e iones sodio y potasio:
Antioxidantes, radicales libres, envejecimiento celular
https://www.e-allscience.com/blogs/articulos/estres-oxidativo-radicales-libres-y-antioxidantes
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