Copernicium – et af de længstlevende supertunge grundstoffer – skulle opføre sig mere som en ædelgas end ædelgasgruppen i samme periode, oganesson, ifølge nye computersimuleringer.1 Resultatet er endnu et bevis på, at relativitet gør Mendelejevs periodicitetsregler til en stadig mere upålidelig rettesnor for disse enorme grundstoffers fysiske og kemiske egenskaber.
Elektronstrukturteorien for atomer tager generelt ikke højde for relativitet. Men efterhånden som atomkerner bliver tungere og trækker elektronerne tættere på hinanden, nærmer elektronernes hastighed sig lysets hastighed, og de relativistiske virkninger bliver mærkbare i grundstoffernes egenskaber. I 1960’erne viste Pekka Pykkö – nu ved Helsinki Universitet i Finland – f.eks. at gulds karakteristiske farve skyldes, at energien i dets 6s orbital reduceres ved relativistisk sammentrækning, hvilket medfører, at 5d→6s-overgangen forskydes ned fra ultraviolette frekvenser til blå frekvenser. Guld absorberer derfor blåt lys og reflekterer andre bølgelængder. I 2017 viste Peter Schwerdtfeger og kolleger på Massey University i New Zealand desuden i 2017, hvordan relativitet sænker smeltepunktet for guldets nabo i det periodiske system, kviksølv, med næsten 200ºC ved at trække bindingselektroner tættere på kernen og gøre metalbindingen mindre effektiv. Dette forklarer, hvorfor kviksølv – som det eneste af metallerne – er flydende ved stuetemperatur.
Relativistiske virkninger burde logisk set være mest udtalt i de tungeste grundstoffer. Desværre er sådanne atomer normalt ekstremt ustabile: Halveringstiden for den tungeste isotop, der endnu er bekræftet – oganesson-294 – er under et millisekund, så direkte kemiske eksperimenter er normalt umulige. Teorien har imidlertid givet bizarre forudsigelser: oganessons placering i det periodiske system tyder på, at det burde være en ædelgas, men Schwerdtfegers gruppe forudsagde for nylig, at det er en metallisk halvleder.
I deres nye arbejde konkluderer de omvendt, at copernicium, som ligger lige under kviksølv i det periodiske system, burde være en meget flygtig “ædelvæske” med et smeltepunkt på ca. 10ºC og et kogepunkt på omkring 67ºC. Dette er i overensstemmelse med en forudsigelse fra 1975 fra Kenneth Pitzer fra University of California, Berkeley.3 I 2008 målte Robert Eichler fra Paul Scherrer Instituttet i Schweiz og kolleger imidlertid i gasfasen en vekselvirkning mellem coperniciumatomer og en guldoverflade, hvilket blev betragtet som et bevis på metallicitet.4 Schwedtfegers hold foreslår, at copernicium – i modsætning til de lettere grundstoffer i gruppe 12, der opfører sig som jordalkalimetaller – bør betragtes som et d-blok-element. “6d-orbitalet er faktisk over 7s-orbitalet i copernicium, så bindingselektronerne er af d-karakter,” siger hovedforfatter Jan-Michael Mewes, der nu arbejder ved universitetet i Bonn i Tyskland. Isotoper af copernicium kan vare i op til 29 sekunder, hvilket betyder, at det måske bliver muligt at teste denne hypotese en dag.
Eichler er imponeret. Han ser ingen modsigelse mellem hans egen gruppes eksperimentelle resultater og den teoretiske modellering fra Schwerdtfeger og kolleger. “Hvis man ser på vores forudsigelse fra 2008, får man stort set den samme forudsigelse for copernicium’s vekselvirkningsenergi med sig selv”, siger Eichler. “Et andet metal som f.eks. guld kan presse copernicium til at interagere på en metallisk måde”. Pykkö finder også modellen “overbevisende”. Han advarer dog om, at den er ‘noget fjernt fra eksperimentet’, men siger, at ‘er en af de bedste eksperter til at besvare disse spørgsmål’.