¿Cuál es el concepto básico de electrones libres?

En términos simples, en un sólido metálico, una gran cantidad de electrones (del orden de 10 ^ 26) están disponibles en la llamada “banda de conducción”, que es un conjunto de estados permitidos para que los electrones existan según la mecánica cuántica . Estos electrones se unen “libremente” a un átomo (como resultado del bajo potencial de ionización). Por lo tanto, un electrón puede escapar fácilmente del átomo al que está unido inicialmente (en el tiempo = 0, por ejemplo). Ahora este átomo se convierte en un ion cargado positivamente y atrae electrones para volverse neutros. El electrón que llena esta vacante, no es necesariamente el mismo electrón que abandonó el átomo inicialmente, pero podría ser un electrón de un átomo vecino …

De esta manera, los electrones se mueven alrededor del sólido sin problemas (sin colisión con los átomos, o eso supone la teoría de los electrones libres) y también de tal manera que se mantiene la neutralidad general en cualquier punto dado.

La teoría de los electrones libres trata a los electrones como si fueran moléculas de gas en un contenedor de tamaño y forma equivalente al del sólido. y la cinética de estos electrones se deriva de la conocida “teoría cinética de los gases”.

Creo que eso debería darte una breve idea sobre los electrones libres.

Los electrones libres son los que están ‘libres’, literalmente, sin sentido para moverse dentro del volumen de metales, que generalmente comprende la capa más externa de un átomo.
Estos electrones no están (como parece) bajo el control de los núcleos positivos, debido a su existencia en la capa o órbita más externa.
Entonces, especialmente los metales, que, predominantemente en la tabla periódica, que tienen electrones libres, se visualizan como iones positivos en medio del “mar” de electrones libres.
Su comportamiento se puede controlar aplicando un campo eléctrico o magnético externo. (un campo eléctrico y magnético son iguales, aunque aparecen diferentes en diferentes marcos de referencia).
Estos electrones libres dan a los metales algunas características excepcionales:

1. Conductividad eléctrica y térmica:
Una corriente eléctrica no es más que el flujo de electrones libres, que se produce muy bien en los metales, debido a estos electrones libres. Lo mismo ocurre con la conductividad térmica, donde estos electrones libres vibran fácilmente alrededor de sus posiciones, que a su vez vibran los siguientes, y el ciclo continúa, lo que no significa nada más que la conducción de calor.

2. Maleabilidad y ductilidad:
Las láminas y los cables se pueden extraer fácilmente de una pieza de metal, debido a los electrones libres que ayudan al ‘vuelco’ de los iones de un metal uno sobre el otro sin romper el enlace metálico.

3. Lustre:
Dado que los electrones libres más externos reflejan la luz incidente en una superficie de metal, los metales son muy brillantes, lo que los califica para joyas atractivas.

Además de estas “virtudes”, los electrones libres juegan un papel crucial en la física de semiconductores, que nadie más que un ingeniero puede apreciar adecuadamente.
Además, estos electrones libres juegan un papel muy importante en varias reacciones químicas.
En resumen, ¡nuestro mundo funciona debido a uno u otro efecto de los electrones libres!

En términos básicos, los electrones libres se encuentran generalmente en un material conductor o semiconductor. Se encuentra que son conductores o semiconductores porque los átomos que componen el material permitirán que un electrón que orbita el átomo en su capa más externa de electrones sea reubicado o desalojado de ese átomo y salte a la capa más externa de un por átomo de un material conductor o semiconductor similar. A través de esta acción tenemos lo que se conoce como flujo de corriente en un conductor, el movimiento de electrones medido es el flujo de corriente. Me gusta la respuesta de Abishek Hariharan, que es bastante consistente …