El copernicio -uno de los elementos superpesados más longevos- debería comportarse más como un gas noble que el elemento del grupo de los gases nobles del mismo período, el oganeso, según nuevas simulaciones por ordenador.1 El hallazgo proporciona una prueba más de que la relatividad hace que las reglas de periodicidad al estilo de Mendeleiev sean una guía cada vez menos fiable para las propiedades físicas y químicas de estos enormes elementos.
La teoría de la estructura electrónica de los átomos no suele tener en cuenta la relatividad. Sin embargo, a medida que los núcleos atómicos se hacen más pesados, acercando los electrones, las velocidades electrónicas se acercan a la velocidad de la luz y los efectos relativistas se hacen notar en las propiedades de los elementos. En la década de 1960, por ejemplo, Pekka Pykkö -actualmente en la Universidad de Helsinki (Finlandia)- demostró que el color característico del oro se debe a que la energía de su orbital 6s se reduce por la contracción relativista, lo que hace que la transición 5d→6s se desplace de las frecuencias ultravioletas a las azules. Por lo tanto, el oro absorbe la luz azul y refleja otras longitudes de onda. Además, en 2017, Peter Schwerdtfeger y sus colegas de la Universidad de Massey, en Nueva Zelanda, mostraron cómo la relatividad disminuye el punto de fusión del vecino del oro en la tabla periódica, el mercurio, en casi 200ºC, al acercar los electrones de enlace al núcleo y hacer menos eficiente el enlace metálico. Esto explica por qué el mercurio, único entre los metales, es líquido a temperatura ambiente.
Lógicamente, los efectos relativistas deberían ser más pronunciados en los elementos más pesados. Desgraciadamente, estos átomos suelen ser extremadamente inestables: la vida media del isótopo más pesado que se ha confirmado -el oganeso-294- es inferior a un milisegundo, por lo que los experimentos químicos directos suelen ser imposibles. Sin embargo, la teoría ha hecho predicciones extrañas: la ubicación del oganeso en la tabla periódica sugiere que debería ser un gas noble, pero el grupo de Schwerdtfeger predijo recientemente que es un semiconductor metálico.
A la inversa, en su nuevo trabajo concluyen que el copernicio, que se sitúa justo debajo del mercurio en la tabla periódica, debería ser un «líquido noble» muy volátil con un punto de fusión de unos 10ºC y un punto de ebullición de unos 67ºC. Esto coincide con una predicción de 1975 de Kenneth Pitzer, de la Universidad de California, Berkeley.3 Sin embargo, en 2008, Robert Eichler, del Instituto Paul Scherrer de Suiza, y sus colegas midieron una interacción en fase gaseosa entre átomos de copernicio y una superficie de oro, lo que se consideró una prueba de metalicidad.4 El equipo de Schwedtfeger propone que -a diferencia de los elementos más ligeros del grupo 12, que se comportan como metales alcalinotérreos- el copernicio debería considerarse un elemento de bloque d. El orbital 6d está por encima del orbital 7s en el copernicio, por lo que los electrones de enlace son de carácter d», afirma el autor principal, Jan-Michael Mewes, actualmente en la Universidad de Bonn (Alemania). Los isótopos del copernicio pueden durar hasta 29 segundos, lo que significa que algún día será posible probar esta hipótesis.
Eichler está impresionado. No ve ninguna contradicción entre los resultados experimentales de su propio grupo y los modelos teóricos de Schwerdtfeger y sus colegas. Si se observa nuestra predicción de 2008, se obtiene esencialmente la misma predicción para la energía de interacción del copernicio consigo mismo», afirma Eichler. Otro metal, como el oro, puede empujar al copernio a interactuar de forma metálica». Pykkö también considera el modelo «convincente». Advierte, sin embargo, que está ‘algo alejado del experimento’, pero dice que ‘ es uno de los mejores expertos para responder a estas preguntas’.