Coperniciul – unul dintre cele mai longevive elemente supergreutate – ar trebui să se comporte mai mult ca un gaz nobil decât elementul din grupa gazelor nobile din aceeași perioadă, oganesson, conform unor noi simulări pe calculator.1 Descoperirea oferă o dovadă în plus că relativitatea face ca regulile de periodicitate de tip Mendeleev să fie un ghid din ce în ce mai puțin fiabil pentru proprietățile fizice și chimice ale acestor elemente enorme.
Teoria structurii electronice a atomilor nu ține cont, în general, de relativitate. Cu toate acestea, pe măsură ce nucleele atomice devin mai grele, atrăgând electronii mai aproape, vitezele electronice se apropie de viteza luminii și efectele relativiste devin vizibile în proprietățile elementelor. În anii 1960, de exemplu, Pekka Pykkö – care în prezent lucrează la Universitatea din Helsinki, Finlanda – a arătat că culoarea distinctivă a aurului se datorează faptului că energia orbitalului 6s este redusă de contracția relativistă, ceea ce face ca tranziția 5d→6s să fie decalată de la frecvențele ultraviolete la cele albastre. Prin urmare, aurul absoarbe lumina albastră și reflectă alte lungimi de undă. Mai mult, în 2017, Peter Schwerdtfeger și colegii săi de la Universitatea Massey din Noua Zeelandă au arătat cum relativitatea scade punctul de topire al vecinului aurului din tabelul periodic, mercurul, cu aproape 200ºC, prin atragerea electronilor de legătură mai aproape de nucleu și prin reducerea eficienței legăturii metalice. Acest lucru explică de ce mercurul – unic printre metale – este lichid la temperatura camerei.
Efectele relativiste ar trebui, în mod logic, să fie mai pronunțate în elementele cele mai grele. Din nefericire, astfel de atomi sunt de obicei extrem de instabili: timpul de înjumătățire al celui mai greu izotop confirmat până acum – oganesson-294 – este sub o milisecundă, astfel încât experimentele chimice directe sunt de obicei imposibile. Cu toate acestea, teoria a făcut predicții bizare: plasarea oganessonului în tabelul periodic sugerează că ar trebui să fie un gaz nobil, dar grupul lui Schwerdtfeger a prezis recent că este un semiconductor metalic.
În mod contrar, în noua lor lucrare, ei concluzionează că coperniciul, care se află direct sub mercur în tabelul periodic, ar trebui să fie un „lichid nobil” foarte volatil, cu un punct de topire de aproximativ 10ºC și un punct de fierbere de aproximativ 67ºC. Totuși, în 2008, Robert Eichler de la Institutul Paul Scherrer din Elveția și colegii săi au măsurat o interacțiune în fază gazoasă între atomii de coperniciu și o suprafață de aur, ceea ce a fost considerat o dovadă a metalicității.4 Echipa lui Schwedtfeger propune ca, spre deosebire de elementele mai ușoare din grupa 12, care se comportă ca niște metale alcalino-pământoase, coperniciul să fie considerat un element de tip d-bloc. ‘Orbitalul 6d se află de fapt deasupra orbitalului 7s în coperniciu, astfel încât electronii de legătură sunt de caracter d’, spune autorul principal Jan-Michael Mewes, în prezent la Universitatea din Bonn, Germania. Izotopii de coperniciu pot dura până la 29 de secunde, ceea ce înseamnă că ar putea fi posibil să se testeze această ipoteză într-o zi.
Eichler este impresionat. El nu vede nicio contradicție între rezultatele experimentale ale propriului său grup și modelarea teoretică a lui Schwerdtfeger și a colegilor. ‘Dacă vă uitați la predicția noastră din 2008, obțineți în esență aceeași predicție pentru energia de interacțiune a coperniciului cu el însuși’, spune Eichler. ‘Un alt metal, cum ar fi aurul, poate împinge coperniciul să interacționeze într-un mod metalic’. Pykkö consideră, de asemenea, că modelul este „convingător”. El avertizează, totuși, că acesta este ‘oarecum îndepărtat de experiment’, dar spune că ‘ este unul dintre cei mai buni experți pentru a răspunde la aceste întrebări’.