Copernicium – jeden z najdłużej żyjących superciężkich pierwiastków – według nowych symulacji komputerowych powinien zachowywać się bardziej jak gaz szlachetny niż pierwiastek z grupy gazów szlachetnych w tym samym okresie, oganesson.1 Odkrycie dostarcza dalszych dowodów, że względność sprawia, że Mendeleev-style zasady okresowości coraz bardziej zawodny przewodnik do tych ogromnych elementów fizycznych i chemicznych properties.
Teoria struktury elektronicznej atomów ogólnie nie bierze pod uwagę względności. Jednakże, gdy jądra atomowe stają się cięższe, przyciągając elektrony bliżej, prędkości elektronów zbliżają się do prędkości światła i efekty relatywistyczne stają się zauważalne we właściwościach pierwiastków. Na przykład w latach 60. Pekka Pykkö – obecnie pracownik Uniwersytetu Helsińskiego w Finlandii – wykazał, że charakterystyczny kolor złota wynika z faktu, że energia jego orbitali 6s jest zmniejszana przez relatywistyczne kurczenie się, co powoduje przesunięcie przejścia 5d→6s z częstotliwości ultrafioletowych na niebieskie. Złoto pochłania zatem światło niebieskie i odbija inne długości fal. Co więcej, w 2017 roku Peter Schwerdtfeger i współpracownicy z Massey University w Nowej Zelandii pokazali, jak względność obniża temperaturę topnienia sąsiada złota w układzie okresowym, rtęci, o prawie 200ºC, poprzez przyciąganie elektronów wiążących bliżej jądra i sprawianie, że wiązanie metaliczne jest mniej wydajne. To wyjaśnia, dlaczego rtęć – wyjątkowo wśród metali – jest cieczą w temperaturze pokojowej.
Efekty relatywistyczne powinny być logicznie najbardziej widoczne w najcięższych pierwiastkach. Niestety, takie atomy są zazwyczaj bardzo niestabilne: okres połowicznego rozpadu najcięższego z potwierdzonych dotychczas izotopów – oganesonu-294 – wynosi mniej niż milisekundę, więc bezpośrednie eksperymenty chemiczne są zazwyczaj niemożliwe. Teoria jednak poczyniła dziwaczne przewidywania: miejsce oganessonu w układzie okresowym sugeruje, że powinien być gazem szlachetnym, ale grupa Schwerdtfegera niedawno przewidziała, że jest to metaliczny półprzewodnik.
Odwrotnie, w swojej nowej pracy stwierdzają, że kopernicja, która siedzi bezpośrednio pod rtęcią w układzie okresowym, powinna być bardzo lotną „szlachetną cieczą” o temperaturze topnienia około 10ºC i temperaturze wrzenia około 67ºC. Jest to zgodne z przewidywaniami Kennetha Pitzera z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley z 1975 r.3 Jednak w 2008 r. Robert Eichler z Instytutu Paula Scherrera w Szwajcarii i współpracownicy zmierzyli interakcję w fazie gazowej pomiędzy atomami kopernicji a powierzchnią złota, co zostało uznane za dowód metaliczności.4 Zespół Schwedtfegera proponuje, aby – w przeciwieństwie do lżejszych pierwiastków z grupy 12, które zachowują się jak metale ziem alkalicznych – uznać kopernicję za pierwiastek d-blokowy. Orbital 6d znajduje się powyżej orbitalu 7s w kopernicji, więc elektrony wiązania mają charakter d” – mówi główny autor Jan-Michael Mewes, obecnie pracujący na Uniwersytecie w Bonn w Niemczech. Izotopy kopernicji mogą przetrwać do 29 sekund, co oznacza, że być może pewnego dnia będzie można przetestować tę hipotezę.
Eichler jest pod wrażeniem. Nie widzi sprzeczności między wynikami eksperymentów jego własnej grupy a modelowaniem teoretycznym Schwerdtfegera i kolegów. Jeśli spojrzymy na nasze przewidywania z 2008 r., otrzymamy zasadniczo takie same przewidywania dotyczące energii oddziaływania kopernicji z samą sobą” – mówi Eichler. 'Inny metal, taki jak złoto, może popchnąć copernicium do interakcji w sposób metaliczny’. Pykkö również uważa ten model za „przekonujący”. Ostrzega jednak, że jest on „nieco oddalony od eksperymentu”, ale twierdzi, że „jest jednym z najlepszych ekspertów, którzy mogą odpowiedzieć na te pytania”.