A koperníciumnak – az egyik leghosszabb élettartamú szupernehéz elemnek – az új számítógépes szimulációk szerint inkább nemes gázként kellene viselkednie, mint a nemes gázcsoport azonos időszakbeli elemének, az oganessonnak.1 Az eredmény újabb bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a relativitáselmélet a Mendelejev-féle periodicitási szabályokat egyre megbízhatatlanabb útmutatóvá teszi e hatalmas elemek fizikai és kémiai tulajdonságainak meghatározásához.
Az atomok elektronszerkezet-elmélete általában nem veszi figyelembe a relativitáselméletet. Azonban ahogy az atommagok egyre nehezebbé válnak, közelebb húzva az elektronokat, az elektronok sebessége megközelíti a fénysebességet, és a relativisztikus hatások észrevehetővé válnak az elemek tulajdonságaiban. Az 1960-as években például Pekka Pykkö – aki jelenleg a finnországi Helsinki Egyetemen dolgozik – kimutatta, hogy az arany jellegzetes színe abból adódik, hogy a relativisztikus összehúzódás következtében a 6s orbitális energiája csökken, és az 5d→6s átmenet az ultraibolya frekvenciákról a kékre tolódik. Az arany ezért elnyeli a kék fényt és visszaveri a többi hullámhosszt. Továbbá 2017-ben Peter Schwerdtfeger és kollégái az új-zélandi Massey Egyetemen kimutatták, hogyan csökkenti a relativitás közel 200 ºC-kal az arany periódusos rendszerbeli szomszédjának, a higanynak az olvadáspontját azáltal, hogy a kötőelektronokat közelebb húzza az atommaghoz, és a fémes kötés kevésbé lesz hatékony. Ez megmagyarázza, hogy a higany – a fémek között egyedülálló módon – miért folyékony szobahőmérsékleten.
A relativisztikus hatásoknak logikusan a legnehezebb elemekben kellene a legkifejezettebbnek lenniük. Sajnos az ilyen atomok általában rendkívül instabilak: az eddig igazolt legnehezebb izotóp – az oganesson-294 – felezési ideje kevesebb mint egy ezredmásodperc, így közvetlen kémiai kísérletek általában lehetetlenek. Az elmélet azonban bizarr jóslatokat tett: az oganessonnak a periódusos rendszerben elfoglalt helye azt sugallja, hogy nemesgáznak kellene lennie, de Schwerdtfeger csoportja nemrég azt jósolta, hogy fémes félvezető.
Megfordítva, új munkájukban arra következtetnek, hogy a koperníciumnak, amely közvetlenül a higany alatt helyezkedik el a periódusos rendszerben, egy nagyon illékony “nemes folyadéknak” kellene lennie, amelynek olvadáspontja körülbelül 10ºC, forráspontja pedig 67ºC körül van. Ez összhangban van Kenneth Pitzer (Kaliforniai Egyetem, Berkeley) 1975-ös előrejelzésével.3 2008-ban azonban a svájci Paul Scherrer Intézetben Robert Eichler és munkatársai gázfázisú kölcsönhatást mértek a kopernícium atomok és egy aranyfelület között, amit a fémesség bizonyítékának tekintettek.4 Schwedtfeger csapata azt javasolja, hogy – ellentétben a 12. csoport könnyebb elemeivel, amelyek alkáliföldfémként viselkednek – a koperníciumot d-blokk elemnek kell tekinteni. ‘A 6d orbitális a koperníciumban valójában a 7s orbitális felett van, így a kötőelektronok d-karakterűek’ – mondja a vezető szerző, Jan-Michael Mewes, aki jelenleg a németországi Bonni Egyetemen dolgozik. A kopernícium izotópjai akár 29 másodpercig is eltarthatnak, ami azt jelenti, hogy ezt a hipotézist egy nap talán tesztelni lehet.
Eichler le van nyűgözve. Nem lát ellentmondást saját csoportja kísérleti eredményei és a Schwerdtfeger és munkatársai elméleti modellezése között. ‘Ha megnézzük a 2008-as előrejelzésünket, lényegében ugyanazt az előrejelzést kapjuk a kopernícium önmagával való kölcsönhatási energiájára’ – mondja Eichler. ‘Egy másik fém, mint például az arany, a koperníciumot fémes kölcsönhatásra késztetheti’. Pykkö szintén ‘meggyőzőnek’ találja a modellt. Figyelmeztet azonban arra, hogy ‘kissé távol áll a kísérletektől’, de azt mondja, hogy ‘ez az egyik legjobb szakértő, aki választ ad ezekre a kérdésekre’.