# data[].attributes.attachment_link.title
Configuración electrónica, clase del viernes 16 (1)

# data[].attributes.headline
Para practicar sobre configuración electrónica 

# data[].attributes.subject
Para practicar sobre configuración electrónica 

# data[].attributes.body
"Espín nuclear e imágenes por resonancia magnética "

# data[].attributes.body
Configuración electrónica

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Recuerda que el número atómico de un elemento es el número de protones que hay en su núcleo.

Por ejemplo, el número atómico del magnesio es 12 es decir, que en el núcleo de un átomo de magnesio hay 12 protones.

Un átomo neutro tiene el mismo número de electrones y protones.
¿Cuántos electrones hay en un átomo neutro de magnesio?
Actividad 1

Selecciona el hidrógeno en la tabla.

1.- Basándote en su número atómico, ¿cuántos electrones tiene un átomo de hidrógeno neutro?

2.- El principio de Aufbau establece que los electrones ocupan el orbital de menor energía. Pulsa una vez en la casilla 1s para añadir un electrón y luego pulsa el botón Comprobar.
¿Cuál es la configuración electrónica del hidrógeno?
3.- Pulsa Siguiente para seleccionar el helio y añade otro electrón en el orbital 1s. Las flechitas representan el espín del electrón. ¿Qué observas en las flechitas?

El principio de exclusión de Pauli establece que los electrones que comparten un orbital tienen espines opuestos.

4.- Pulsa Siguiente y crea la configuración para el litio comprueba si es correcta y anótala en la tabla. A continuación haz lo mismo para el berilio y el boro.

5.- Ahora pulsa Siguiente para ir al carbono, añade un segundo electrón al primer orbital 2p y pulsa Comprobar.
¿Qué comentarios te hace el simulador?
6.- La regla de Hund establece que los electrones ocupan un orbital vacío mientras haya alguno disponible en ese subnivel. Reorganiza los electrones dentro del orbital 2p y pulsa Comprobar hasta que obtengas la configuración correcta.

7.- Ahora haz la configuración electrónica de los elementos que nos quedan para completar el segundo periodo colocando las flechitas en los orbitales y cuando acabes utiliza el simulador para comprobar:

Elemento

Configuración electrónica

N

O

F

Ne

8.- Los átomos son más estables cuando su capa más externa está llena. Cuando no es así tienden a ganar, perder o compartir electrones para conseguirlo y esto lo hacen reaccionando y formando enlaces químicos con otros átomos.

Según esto, ¿qué puedes decir sobre la reactividad del helio y del neón?

Actividad 2

A partir del argón ya no resulta tan fácil determinar la configuracion electrónica ya que es algo más difícil determinar el orden de llenado de los orbitales. Hay varias reglas que los científicos usan para determinar las configuraciones electrónicas de los átomos más grandes.

1.- Escribe en el simulador la configuración electrónica correcta para el argón y pulsa en Siguiente para ir al potasio (K). A continuación pulsa una vez en el primer orbital 3d y luego pulsa en Comprobar.
¿Qué comentarios hace el simulador?
2.- Resulta que el subnivel 4s tiene menos energía que el 3d y por ello que se llena antes. Quita el electrón del orbital 3d, colócalo en el orbital 4s y pulsa Comprobar.

(Por comodidad, a partir del potasio solamente se muestran los electrones de la capa más externa en el Modelo de Bohr ).
¿Cuál es la configuración correcta para el K?
3.- Pulsa en Siguiente, añade un electrón y comprueba la configuración para el Ca.

¿Cuál es la configuración electrónica del calcio?

4.- Pulsa de nuevo en Siguiente y añade un electrón probando en diferentes orbitales hasta que encuentres la configuración correcta del escandio.
¿Qué configuración tiene el escandio?
5.- El Escandio es el primer elemento que tiene electrones en un orbital d. Observa que hay 5 tipos de orbitales d y que en cada uno de ellos caben dos electrones, por lo que en un nivel d caben un total de 10 electrones.

6.- Ahora ve a la pestaña tabla periódica y observa la familia de los metales de transición.
¿Por qué crees que esta sección consta de diez columnas?
7.- Accede a este enlace para ver una animación con el orden de llenado de los orbitales con la ayuda del diagrama de Moeller y responde a las siguientes preguntas:

¿Qué subnivel se llena después del 4p?
¿Y después del 6s?
¿Y tras el 5d?

8.- Para seguir practicando escribe las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos y comprueba tu trabajo con el simulador.

9.- Selecciona de nuevo la pestaña de la tabla periódica y observa los lantánidos y los actínidos.
¿Cuántos elementos se encuentran en la serie de los lantánidos? ¿Qué orbitales llenarán los lantánidos? ¿Qué orbitales llenarán los actínidos?
10.- Escribe unas líneas explicando la relación entre la forma de la tabla periódica con la configuración electrónica de los elementos.

# data[].attributes.attachment_link.description
Pulsa en la tabla para seleccionar un elemento y ve a la pestaña "configuración electrónica" para escribir su configuración. Visualizar en tablet o en ordenador.

# data[].attributes.body
Energía de los orbitales

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
El orden de llenado de los orbitales se hace en orden creciente de energía, según se muestra en la animación.
Regla de Hund:
La configuración más estable en los subniveles es aquella que tenga mayor multiplicidad. La multiplicidad se define como:

$$P = 2S + 1$$ donde $$S =\sum m_z$$

Veamos como ejemplo el caso de 2 electrones en un orbital p. Tenemos dos posibilidades:

Caso 1

$S = +\frac{1}{2} + \frac{1}{2} = 1$

$P = 2 \cdot 1 + 1 = 3$

Caso 2

$S = +\frac{1}{2} - \frac{1}{2} = 0$

$P = 2 \cdot 0 + 1 = 1$

Como vemos, la multiplicidad en el caso 1 es 3 mientras que en el caso 2 es 1, por lo que el caso 1 es más estable que el caso 2
Excepciones a la regla de llenado
Los orbitales semillenos presentan una estabilidad extra:

Esto hace que en los metales de transición, elementos como el Cromo llenen orbitales 3d antes de que se llene completamente el orbital 4s:

# data[].attributes.attachment_link.description
El orden de llenado de los orbitales se hace en orden creciente de energía, según se muestra en la animación. Regla de Hund: La configuración más estable en los subniveles es aquella que tenga mayor multiplicidad. La multiplicidad se define como: $$P = 2S + 1$$ donde $$S =\sum m_z$$ Veamos como ejemplo el caso de 2 electrones en un orbital p.

# data[].attributes.body
los números cuánticos son valores numéricos discretos que indican las características de los electrones en los átomos

# data[].attributes.body
Los números cuánticos son valores que caracterizan los átomos

# data[].attributes.body
Los números cuánticos, sin números que tienen una forma en el espacio, a que refiero que cada numero tiene su propia forma tridimensional de representarse

# data[].attributes.attachment_link.description
Química General → Tabla Periódica → Bloques Bloques de la Tabla Periódica: La Tabla Periódica se divide en cuatro bloques...

# data[].attributes.attachment_link.description
Un orbital atómico es una zona del espacio donde existe una alta probabilidad (superior al 90%) de encontrar al electrón.

# data[].attributes.headline
¿Hemos descubierto, por fin, el origen del tiempo?

# data[].attributes.subject
¿Hemos descubierto, por fin, el origen del tiempo?

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Aparentemente anodino, dicho fenómeno introduce una asimetría fundamental en la física: define una flecha del tiempo. Desde nuestra experiencia cotidiana, fluye del pasado al futuro, y siempre es así. "Podemos confundir este con oeste, pero no ayer con mañana", ha explicado Sean Carroll, físico del Instituto de Tecnología de California (EE. UU.). Salvo en termodinámica, ese discurrir hacia delante es irrelevante, un compañero mudo. "Las leyes fundamentales de la física no distinguen entre pasado y futuro", apostilla Carroll. Para el italiano Carlo Rovelli, la física ignora el problema: "No se describe cómo evolucionan las cosas en el tiempo, sino cómo evolucionan en sus tiempos", ilustra Rovelli. De la mecánica al electromagnetismo o la teoría cuántica, las ecuaciones son simétricas en ese sentido. Por eso, si nos pasan una película de dos bolas de billar chocando, seríamos incapaces de saber por simple observación si nos la están pasando bien o hacia atrás. Sin embargo, si vemos otro vídeo donde el agua de un vaso se va convirtiendo en un cubito de hielo, sabremos que nos están dando gato por liebre. Esta diferencia fundamental entre la realidad que nos rodea y las leyes de la física parece indicar que se nos escapa algo. ¿Pero qué?

La primera persona que se planteó el problema con seriedad fue Ludwig Boltzmann, un físico austriaco de finales del siglo XIX. Planteó muchas ideas revolucionarias en su tiempo, como que los átomos realmente existían o que la temperatura era una consecuencia de los movimientos y choques entre ellos. Corto de vista, Boltzmann percibió mucho más lejos que sus colegas, pero fue desdeñado por ellos y se suicidó en 1906.

Sus ideas permanecieron, y la termodinámica, la ciencia que estudia el calor, no se podría comprender hoy sin su perspicacia. Entre sus empeños se encontraba el de dar una explicación a la entropía, concepto extraño que había aparecido en 1865 de la mano de uno de los padres de la termodinámica, Rudolf Clausius (1822-1888). Este físico y matemático alemán lo introdujo para explicar por qué el calor fluye de un cuerpo caliente al frío. Basándose en ello, formuló un principio fundamental, hoy conocido como la segunda ley de la termodinámica: los procesos naturales son aquellos en los que se verifica un aumento en la entropía del universo, y nunca al revés. Clausius definía así el sentido de la flecha del tiempo.

Pero ¿ qué es la entropía y por qué debe aumentar? Estas son las incógnitas que resolvió Boltzmann. Partiendo de la suposición de que el mundo no es otra cosa que "átomos y vacío" -como dijera Demócrito dos milenios atrás-, Boltzmann llegó a la conclusión de que el estado más probable de cualquier sistema es el desorden. Por ejemplo, si mezclamos unos naipes, lo normal es acabar con una baraja desordenada en lugar de agrupada por palos y números. Igual ocurre con los gases: podríamos tener todas sus moléculas moviéndose en la misma dirección; o dos gases que, contenidos en el mismo recipiente, no estén mezclados, sino separados; o uno que se encuentre comprimido, sin influencia externa, en un rincón de la vasija que lo contiene, dejando el resto totalmente vacío... No hay ninguna ley que impida alguno de esos escenarios. Sin embargo, resulta altamente improbable, más incluso que tras mezclar una baraja salga organizada por números y palos.

No debemos olvidar este principio: hay un mayor número de combinaciones desordenadas que ordenadas. Ahora ya estamos en condiciones de entender lo que es la entropía: una medida del desbarajuste en la naturaleza. Y como es más probable que el orden, la entropía tiende a aumentar. Esta fue la gran contribución de Boltzmann, y la que abrió la puerta al problema de la flecha del tiempo: el futuro es distinto del pasado simplemente porque la entropía del universo ha aumentado.

Si ahora ponemos en juego la evolución cosmológica y la teoría comúnmente aceptada de su inicio, el big bang, el universo debía encontrarse en un estado de muy baja entropía -o sea, muy ordenado- cuando nació. "El segundo principio de la termodinámica sugiere que cualquier sistema evoluciona naturalmente hacia un estado típico y más probable, pero al mismo tiempo estamos suponiendo que el universo comenzó en un estado extremadamente atípico e improbable", subraya Rovelli. "Si su configuración fuera escogida aleatoriamente entre todas las posibles, se encontraría en un estado de muy alta entropía", apostilla Carroll. ¿Cómo es posible? "Es algo para lo que no tenemos respuesta", indica Carroll en su libro Desde la eternidad hasta hoy. Y no suena demasiado convincente que de una gran explosión surja algo muy organizado...

Ahora bien, en toda esta discusión hay algo a lo que no hemos prestado atención. El universo no es un sistema termodinámico al uso, pues una fuerza externa lo gobierna: la gravedad. Aunque de alguna forma debe afectar a la entropía, no sabemos muy bien cómo, ya que para hacerlo necesitamos una teoría gravitatoria a escala subatómica, algo que todavía no tenemos.

Todos estos escollos hay que solventar para comprender por qué el universo que surgió inmediatamente después del big bang lo hizo en un estado de orden altamente improbable. Y ni siquiera tenemos claro qué respuesta sería la satisfactoria. Al parecer, después de medio siglo entre nosotros, la hipótesis del gran estallido sigue poniendo en un brete a nuestras mejores teorías de la física: sin una manera de describir cómo surgió exactamente el universo, no podemos explicar por qué presentaba baja entropía y, por tanto, entender la flecha del tiempo. Y la pregunta del millón: ¿cómo es un estado de alta entropía cuando la gravedad resulta ser una pieza relevante del sistema?

Sobre este tema ha estado trabajando durante décadas Roger Penrose. Este eminente físico y matemático inglés argumenta que la formación de estructuras en el universo, como galaxias, estrellas y planetas, no significa una disminución de entropía, sino todo lo contrario: "Con la gravedad, las cosas tienden a ser de otra manera [...]. La alta entropía se consigue cuando se amontonan los cuerpos gravitantes". Al parecer, y según revelan diferentes cálculos, en presencia de las fuerzas gravitatorias, "los estados de mayor entropía son como el espacio vacío, con la mayoría de las partículas desperdigadas y diluyéndose progresivamente", dice Carroll. O sea, tal y como era el universo en sus comienzos.

A todo este panorama debemos introducir un increíble fenómeno que sucedió en los primerísimos instantes de vida del universo: la inflación. Formulada por el físico estadounidense Alan Guth a finales de 1979, nos dice que nunca vamos a saber qué sucedió justo antes del big bang, pues todo el universo -o, al menos, una región del mismo- experimentó un aumento exponencial de su volumen. Semejante expansión borró todas las irregularidades que pudieran haber existido al comienzo y propició que el cosmos sea plano -sin curvatura- y homogéneo. Aunque este asombroso mecanismo explica muchas de las incógnitas que dejaba pendientes la teoría del gran estallido inicial, no da cuenta de por qué el universo nació con una entropía tan baja.

Es aquí donde muchos físicos teóricos levantan la mano y apuntan a la teoría de cuerdas como solución al problema, pero quizá no lo sea. A finales del siglo pasado, era el modelo estrella de la física y sus voceros, como Brian Greene y Michio Kaku, la elevaban a los cielos diciendo que nos hallábamos ante la teoría del todo. Pero poco a poco se ha ido desinflando. Algunos, como el físico de cuerdas indio Shiraz Minwalla, la consideran ya como una nueva forma de hacer ciencia: "Tiene más que ver con una teoría matemática inspirada en la física que con física al estilo clásico", dice Minwalla. A todo esto hay que añadir que, como casi cualquier otra teoría física fundamental, sus ecuaciones no establecen una distinción fuerte entre el pasado y el futuro, luego la flecha del tiempo no surge de modo natural; hay que introducirla ad hoc.

Algunos expertos se plantean que hay que mirar en otra dirección, hacia donde se encuentra la hipótesis competidora de las cuerdas: la gravedad cuántica de bucles. Entre los que intentan resolver el enigma está el físico canadiense Lee Smolin. Según él y su colaboradora, la portuguesa Marina Cortês, el universo está formado por una serie de eventos completamente únicos, que nunca se repiten. Cada conjunto de sucesos solo puede influir en los del siguiente, por lo que la flecha del tiempo aparece de forma natural. "Esperamos poder llegar al problema de las condiciones iniciales [del universo] y descubrir que no son tan especiales", dice Cortês.

# data[].attributes.attachment_link.title
¿Hemos descubierto, por fin, el origen del tiempo?

# data[].attributes.attachment_link.description
Aparentemente anodino, dicho fenómeno introduce una asimetría fundamental en la física: define una flecha del tiempo. Desde nuestra experiencia cotidiana, fluye del pasado al futuro, y siempre es así. "Podemos confundir este con oeste, pero no ayer con mañana", ha explicado Sean Carroll, físico del Instituto de Tecnología de California (EE.