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En plena sociedad del conocimiento, la ciencia es uno de los campos que avanza más rápidamente y mayor progreso está realizando. A lo largo de la historia se empezó a creer menos en mitos como el de leer la mano. Contar actualmente con vacunas para prácticamente todas las enfermedades ha sido posible gracias al trabajo llevado a cabo por numerosos expertos y científicos. Uno de ellos es Friedrich Hund, un conocido físico que dedicó su carrera profesional a la investigación de todo lo relacionado con las moléculas y los átomos. Uno de sus mejores descubrimientos no fue otro que la conocida regla de Hund, que se obtiene a partir del estudio exhaustivo que llevó a cabo de todos los elementos de la tabla periódica, y sobretodo su situación y orden en el que están establecidos.
¿Qué es la regla de Hund?
Para entender la regla de Hund, desarrollada por Friedrich Hund, es necesario contar con unos conocimientos mínimos en química, empezando por saber la definición de átomo y también sus partículas principales. Sin ello, es imposible poder comprender la tabla periódica ya que cada elemento de esta tabla está compuesta por protones, neutrones y electrones, los elementos principales del átomo. Cuando hablamos a nivel material, el átomo es considerado como la sustancia más pequeña. Ha sido una de las grandes investigaciones que se ha llevado a cabo a lo largo de la historia. De hecho, se empezó en la época griega a cargo de Demócrito y Leucipo, dos intelectos que empezaron a sospechar que toda la materia que tenemos a nuestro alrededor podía contener tanto materia del tipo divisible como indivisible. Con el paso de los años y los siglos empezaron a surgir múltiples teorías relacionadas con el mundo de los átomos hasta llegar a la teoría actual. Un átomo está compuesto por un núcleo que forma la parte central. Dentro de este núcleo podemos encontrar dos tipos de partículas. Estos son los protones que son los que cuentan con un tipo de carga que es positiva, junto a los neutrones que tienen una carga neutra.
Además, en su parte externa, encontramos la corona del átomo que está compuesta por todos los electrones que conforman toda la parte negativa a nivel de carga que se puede encontrar. En el instituto, los estudiantes deben aprender a lo largo de su Educación Secundaria Obligatoria todos los elementos de la tabla periódica. En esta tabla, encontrarán cada elemento junto a su número atómico, expresado con la letra Z, y que explica el número de protones que podemos encontrar en el núcleo del propio átomo. Por otro lado, la letra A también puede estar presente en el propio núcleo del átomo. Esto significa la masa atómica sumando el número total de protones y neutrones que podemos encontrar en el mismo núcleo. Entre la ciéncia de la atómica debemos diferenciar a lo que se conoce como isotopos. Esta diferenciación se produce cuando en un átomo se encuentran el mismo número de protones pero, en cambio, el número de neutrones no es exactamente el mismo. Pese a esto, la forma de interpretar dichos átomos no varía ya que su comportamiento depende exclusivamente del número de neutrones y electrones. La radioactividad, por otro lado, ha sido el causante de numerosos problemas medioambientales. De hecho, la propiedad de los átomos es la causante de muchos problemas radioactivos ya que como más alto sea su masa atómica (es decir la letra A), mayor es la posibilidad de radiación. Cuando esto ocurre, estos átomos se descomponen adquiriendo otro tipo de masas atómicas.
Por ejemplo, el uranio es uno de los ejemplos más claros. Este material es uno de los más utilizados en las centrales nucleares. Su masa atómica alcanza el número 238. Sin embargo, a través de sucesivas descomposiciones, puede alcanzar el radio 226, que es el que coincide con el plomo. Por tanto, la radiación de los átomos es otra de las propiedades que debemos tener en cuenta. El estudio de la tabla atómica es una de las materias más pesadas para muchos alumnos, y una de las favoritas para acabar haciéndose alguna chuleta por la cantidad de números que es necesario memorizar para poder superar este examen. Sin embargo, volviendo a la regla de Hund, estos conceptos básicos son necesarios para poder entender lo que proponía siglos atrás el físico alemán, Friedrich Hund. Los orbitales son el espacio que contiene un átomo y, según Hund, cuando estos orbitales contienen esta misma energía, los electrones tienden a distribuirse de una forma angular y más proporcionada. Cuando esto ocurre, Hund propuso que todo el configurado atómico que rodea al átomo tenderá a contar con una mayor estabilidad.
Esta misma regla de Hund también se explicó a través de la numeración lógica de la multiplicidad de Hund, que viene a explicar la misma regla anterior pero alterando el orden de los factores. Al igual que ocurre en la propiedad commutativa, el orden de los factores no altera el producto. Por tanto, cuando los electrones se distribuyen de manera desapareada, es decir, formando un ángulo, los orbitales también se distribuyen de esta forma desapareada y, por tanto, se alcanza dicha estabilidad en los átomos. Esta explicación general de Friedrich Hund se complementa con tres reglas generales que deben aplicarse cuando se estudia cualquier tipo de átomo:
- Los espines totales y su valor es inversamente proporcional al valor energético del átomo. De esta forma, cuánto mayor sea el espín menor será la energía del átomo y viceversa. Cuánta mayor energía tenga el propio átomo, mayor será el espín.
- En concordancia con los espines, cuánto menor sea el valor energético del átomo, mayor será el número L que le corresponde.
- En cambio, cuando nos referimos al átomo desde un punto de vista espectroscópico, el número J es correctamente proporcional a su número J, siempre teniendo en cuenta la corteza o la parte más externa al núcleo del propio átomo.
El principio principal de esta regla de Hund es que todo el espacio del átomo debe estar ocupado y, en consecuencia, cada electrón que se encuentre en la molécula debe tener la capacidad de contar con una subcapa en el cual se vayan alineando cada uno de los electrones para poder llegar a tener dicha forma angular.
Beneficios de la regla de Hund
Con todo, la regla de Hund supuso un enorme avance en cuanto al estudio de las moléculas de los átomos para el campo de la física y la química. Los más destacados son:
- Promover la investigación. Todo el trabajo realizado por profesionales como Friedrich Hund ha permitido el avance científico que ha favorecido el trabajo que están realizando para continuar en el avance científico hacia intervenciones quirúrgicas que favorezcan la sociedad actual.
- Avances en química. El trabajo realizado en los laboratorios pueden parecer una tontería o pasar inadvertidos para muchos. Sin embargo, ha permitido la creación de productos, o tener utilidades biológicas que favorecen el avance tecnológico y sanitario.
- Entender el átomo. Los átomos, como hemos dicho anteriormente, son las moléculas más pequeñas que tienen las materias y por tanto entenderlas facilita avanzar en muchas áreas de conocimiento diferentes a la química y la física. También permite realizar experimentos con niños.
- Favorecer la energía nuclear. Pese a desastres como los ocurridos en el territorio ruso en Chernóbil y su central nuclear, el uranio y su conocimiento molecular ha facilitado procedimientos como la fisión nuclear, capacitando la producción de energía eléctrica.
¿Quién era Friedrich Hund?
Friedrich Hund fue uno de los físicos más conocidos del siglo XX. Su formación fue excepcional finalizando las carreras universitarias de física, matemáticas y geografía. Esto le aportó un conocimiento repartido en diferentes ramas que le posibilitó obtener diferentes vertientes para acabar realizando su regla de Hund. Además, de la investigación también fue docente en diferentes universidades de alrededor de Alemania como las de Leipzig, Rostock y también en la capital de Dinamarca, Cópenhaguen. Esta docencia universitaria también le permitió actualizar todos los conocimientos que posteriormente utilizó para confeccionar la regla de Hund.
Además, publicó cientos de libros de carácter científico y artículos en revistas y medios de comunicación relacionados con la ciencia. Este currículum solo hace más que realzar la enorme preparación que tenía un Friedrich Hund, que dedicó completamente su vida a la ciencia. Además, lo hizo en un país que fue protagonista de la historia del siglo XX. Inicialmente, participó en dos Guerras Mundiales y estuvo dominada por el régimen nazi donde los avances científicos pasaron más inadvertidos. Posteriormente, durante décadas libraron una guerra fría entre el bando capitalista y el bando comunista, que no hizo más que dividir a Alemania entre dos por un muro de Berlín que no se derribó hasta el año 1989. Sin duda, unos elementos que no hacen más que magnificar la tarea de Friedrich Hund.
La regla de Hund sirve de complemento a otro tipo de teorías de otros científicos, como puede ser el Principio de Aufbau, formulado por Niels Bohr. Este, además, es un caso especial porque es de los pocos investigadores que no puso su nombre a su descubrimiento. En lugar de ponerle Bohr como Hund, utilizó la palabra germana construcción para nombrarle principio de la construcción en nuestro idioma. Tal como describe la regla de Hund, los electrones se van situando de forma ordenada con un máximo de dos compuestos negativos por cada orbital. Este principio aporta instrucciones adicionales sobre la situación de los electrones. Cada orbital debe tener un máximo de dos electrones, como hemos dicho, pero de acuerdo a la regla de Hund es necesario que cada una de las diferentes capas orbitales se llene con un electrón antes que cualquiera de los orbitales pueda llegar a tener dos electrones. Por tanto, complementa la necesidad que los átomos se construyan de una forma escalonada y manteniendo siempre una posición angular. Además, el diagrama de Moëller también aporta un nuevo orden a los orbitales y estructura la materia en función de diferentes niveles. Todos aportan nuevos sistemas de clasificación dando nuevos puntos de vista al igual que se descubrió cómo se producían los rayos.
La regla de Hund es una teoría que ha sido muy utilizada en la física cuántica, además obviamente del sector químico. Por esta razón, el principio de exclusión formulado por Wolfgang Ernst Pauli viene a complementarlo. Básicamente, lo que viene a decir es que un mismo átomo no puede contar con los mismos números cuánticos en los dos electrones que forman cada uno de los orbitales. De hecho, da la casualidad que tanto Hund como Pauli realizaron sus teorías en 1925, es decir, el mismo año lo que permitió un gran avance en este tipo de campo. La teoría de la estadística del espín se comprobó que posteriormente era la fuente principal de la formulación de Pauli. Sin duda, Friedrich Hund acabó siendo uno de los actores principales que permitieron un enorme avance en el mundo de la física y de la química, y que actualmente se han permitido beneficiar otros muchos científicos.
