Copernicium – um dos elementos superpesados de vida mais longa – deve comportar-se mais como um gás nobre do que o elemento do grupo de gases nobres no mesmo período, oganesson, de acordo com novas simulações em computador.1 A descoberta fornece mais evidências de que a relatividade faz do estilo de Mendeleev regras de periodicidade um guia cada vez mais pouco confiável para as propriedades físicas e químicas desses enormes elementos.
A teoria da estrutura eletrônica dos átomos geralmente não leva em conta a relatividade. No entanto, à medida que os núcleos atómicos se tornam mais pesados, aproximando os electrões, as velocidades electrónicas aproximam-se da velocidade da luz e os efeitos relativistas tornam-se perceptíveis nas propriedades dos elementos. Na década de 1960, por exemplo, Pekka Pykkö – agora na Universidade de Helsinki na Finlândia – mostrou que a cor distintiva do ouro surge porque a energia do seu orbital de 6s é reduzida pela contração relativista, fazendo com que a transição de 5d→6s seja deslocada para baixo das frequências ultravioletas para as azuis. O ouro, portanto, absorve a luz azul e reflete outros comprimentos de onda. Além disso, em 2017, Peter Schwerdtfeger e colegas da Universidade Massey na Nova Zelândia mostraram como a relatividade diminui o ponto de fusão do vizinho do ouro na tabela periódica, o mercúrio, em quase 200ºC, aproximando os elétrons de ligação ao núcleo e tornando a ligação metálica menos eficiente. Isto explica porque o mercúrio – exclusivamente entre os metais – é líquido à temperatura ambiente.
Os efeitos relativistas devem logicamente ser mais pronunciados nos elementos mais pesados. Infelizmente, tais átomos são geralmente extremamente instáveis: a meia-vida do isótopo mais pesado ainda confirmado – oganesson-294 – está abaixo de um milissegundo, de modo que experimentos químicos diretos são geralmente impossíveis. A teoria, entretanto, fez previsões bizarras: a colocação da oganesson na tabela periódica sugere que deve ser um gás nobre, mas o grupo de Schwerdtfeger previu recentemente que é um semicondutor metálico.
Conversamente, em seu novo trabalho eles concluem que o copernicium, que fica diretamente abaixo do mercúrio na tabela periódica, deve ser um ‘líquido nobre’ altamente volátil com um ponto de fusão de cerca de 10ºC e um ponto de ebulição em torno de 67ºC. Isto é consistente com uma previsão de 1975 de Kenneth Pitzer da Universidade da Califórnia, Berkeley.3 No entanto, em 2008, Robert Eichler do Instituto Paul Scherrer na Suíça e colegas mediram uma interacção em fase gasosa entre os átomos de copernicium e uma superfície dourada, o que foi visto como prova de metalicidade.4 A equipa de Schwedtfeger propõe que – ao contrário dos elementos mais leves do grupo 12, que se comportam como metais alcalinos terrestres – o copernicium deve ser considerado um elemento d-block. O orbital 6d está na verdade acima do orbital 7s em copernicium, portanto os elétrons de ligação são de d-caracter”, diz o autor principal Jan-Michael Mewes, agora na Universidade de Bonn, na Alemanha. Isótopos de copernicium podem durar até 29 segundos, o que significa que pode ser possível testar esta hipótese um dia.
Eichler está impressionado. Ele não vê contradição entre os resultados experimentais do seu próprio grupo e a modelagem teórica de Schwerdtfeger e colegas. Se olharmos para a nossa previsão de 2008, obtemos essencialmente a mesma previsão para a energia de interacção do copernicium consigo mesmo”, diz Eichler. Outro metal como o ouro pode levar o copernicium a interagir de uma forma metálica”. Pykkö também acha o modelo ‘convincente’. Ele adverte, contudo, que está ‘um pouco afastado da experiência’, mas diz que ‘é um dos melhores especialistas para responder a estas questões’.