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El Neutrino

El neutrino es una partícula esquiva, en apariencia insignificante, pero necesaria para explicar el mundo. Ni la radiactividad, ni el big bang, ni el Modelo Estandar de la física de partículas serían posibles sin él. Con El neutrino, un blog nacido en febrero de 2009, el físico y escritor Germán Fernández pretende acercar al lector, y ahora al oyente, al mundo de la ciencia a partir de cualquier pretexto, desde un paseo por el campo o una escena de una película, hasta una noticia o el aniversario de un investigador hace tiempo olvidado.

Empieza la diversión en la tabla periódica

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En los últimos días de 2015, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha anunciado cuatro nuevos elementos químicos, de números atómicos 113, 115, 117 y 118, que completan la séptima fila (o, hablando con propiedad, el séptimo periodo) de la tabla periódica. No es que esos elementos se hayan encontrado ahora; se trata solamente de la validación oficial de los descubrimientos, que datan en realidad de 2004, 2003, 2010 y 2002 respectivamente. Y yo tampoco me apresuraría si fuera un editor de tablas periódicas: Aún falta dar nombre a los cuatro nuevos elementos, tarea que corresponde a los equipos descubridores de cada uno. ¡No se van a quedar para siempre con esos nombres tan feos: ununtrío, ununpentio, ununheptio, ununoctio…!

Pero lo verdaderamente divertido va a llegar con los elementos que se descubran a partir de ahora. Entramos en el octavo periodo de la tabla periódica, donde nos aguardan novedades.

Los elementos se ordenan en la tabla periódica según su número atómico, pero su disposición en columnas no es arbitraria, depende de su configuración electrónica, la manera en la que los electrones se distribuyen alrededor del núcleo. De acuerdo con la física cuántica, los electrones del átomo sólo pueden ocupar unos determinados niveles de energía, denominados orbitales, que se agrupan en capas. Estos orbitales se designan con un número y una letra. El número hace referencia a la capa, mientras que la letra identifica el tipo de orbital dentro de la capa. En la primera capa sólo existe un orbital, llamado s; en la segunda hay dos, s y p; en la tercera, tres, s, p y d; y en la cuarta, cuatro, s, p, d y f. (Las letras, que parecen arbitrarias, tienen un origen histórico, relacionado con el estudio experimental de los espectros de luz los átomos.) ¿Existirá en la quinta capa un quinto tipo de orbital? A este nuevo orbital hipotético se le ha llamado g, simplemente porque la g es la letra siguiente a la f en el alfabeto.

Dependiendo de su tipo, un orbital puede albergar un número distinto de electrones: en un orbital s caben dos electrones, en uno p, seis, en uno d, diez, en uno f, catorce… En un átomo, los electrones tienden a ocupar los niveles de mínima energía. Según vamos recorriendo la tabla periódica, aumenta el número atómico y por tanto el número de electrones. Los periodos (filas) de la tabla periódica se corresponden con las capas que se van ocupando con electrones. En el primer periodo se rellena la capa 1, que sólo tiene un orbital s, así que sólo caben dos electrones. Por eso en el primer periodo sólo hay dos elementos: el hidrógeno, con un electrón, y el helio, con dos. En el segundo periodo se llena la capa 2, primero el orbital s y después el p. En total, ocho elementos, del litio al neón. Se podría pensar que entonces en el tercer periodo debería haber dieciocho elementos, correspondientes al llenado de la capa 3: dos del orbital s, seis del p y diez del d. Pero no es así: en el tercer periodo, como en el segundo, sólo hay ocho elementos. La explicación es simple: La energía de los electrones en el nivel 3d es más alta que en el nivel 4s, así que el nivel 4s empieza a llenarse antes, y da comienzo al periodo 4. El orden en el que se llenan los orbitales obedece, con muy pocas excepciones, una regla empírica llamada principio de Aufbau, regla de Madelung, regla de Klechkovski, y también regla del serrucho.

Imaginemos que representamos los orbitales en una tabla, en la que cada fila corresponde a una capa y cada columna a un tipo de orbital. Obtenemos una especie de escalera: en la primera fila, el orbital 1s; debajo de éste, en la segunda fila, el 2s y, a su derecha, el 2p; debajo de estos dos, el 3s y el 3p respectivamente, y a su derecha, el 3d, y así sucesivamente. Pues bien, lo que dice la regla del serrucho es que el orden de llenado de los orbitales se obtiene trazando diagonales de arriba abajo y de derecha a izquierda. La primera diagonal sólo pasa por el orbital 1s; la segunda, por 2s; la tercera, por 2p y 3s; la cuarta, por 3p y 4s; la quinta, por 3d, 4p y 5s, y así sucesivamente. Por ese movimiento de vaivén en el recorrido de las diagonales se llama regla del serrucho.

Nos habíamos quedado en el orbital 4s, con el que da comienzo el cuarto periodo. Tras él le toca el turno al orbital 3d, que corresponde a los metales de transición que ocupan el centro de la tabla periódica. Y así sucesivamente. En los periodos sexto y séptimo aparecen, entre los orbitales s y d, los orbitales f, que corresponden a los lantánidos y actínidos, que se suelen representar fuera de la tabla por razones de espacio.

En el séptimo periodo, recién completado, se han llenado los orbitales 7s, 5f, 6d y 7p. El siguiente orbital según la regla del serrucho es el 8s, con el que comienza el periodo 8. Este orbital da para dos elementos más, el 119 y el 120, que quedarían en la tabla periódica debajo del francio y del radio, respectivamente. Pero, si asumimos que en cada capa hay un orbital más que en la anterior, y que la regla del serrucho se va a seguir cumpliendo (no olvidemos que es una regla empírica), el siguiente orbital debería ser el 5g, el primero de este tipo, donde caben, siguiendo la progresión, dieciocho electrones. Nada menos que dieciocho nuevos elementos, del 121 al 138, que no tienen cabida en la tabla periódica tal como la representamos actualmente. Si ya hubo que sacar los lantánidos y los actínidos de su posición natural, entre las columnas, o grupos, 2 y 3 para que la tabla no quedara demasiado ancha, con estos nuevos elementos no vamos a ganar para papel, ni para pared donde colgar la tabla…


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