Pela primeira vez, os pesquisadores de Stanford encontraram uma maneira de criar e estabilizar uma forma extremamente rara de ouro que perdeu dois elétrons com carga negativa, denominada Au 2+ . O material que estabiliza esta versão indescritível do elemento valioso é uma perovskita haleto – uma classe de materiais cristalinos que é uma grande promessa para várias aplicações, incluindo células solares mais eficientes, fontes de luz e componentes eletrônicos.

Surpreendentemente, a perovskita Au 2+ também é rápida e simples de fazer usando ingredientes prontos para uso em temperatura ambiente .

"Foi uma verdadeira surpresa termos conseguido sintetizar um material estável contendo Au 2+ - a princípio nem acreditei", disse Hemamala Karunadasa, professor associado de química na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e autor sênior do estudo publicado em 28 de agosto na Nature Chemistry . "Criar esta perovskita Au 2+ inédita é emocionante. Os átomos de ouro na perovskita têm fortes semelhanças com os átomos de cobre em supercondutores de alta temperatura, e átomos pesados ????com elétrons desemparelhados, como Au 2+ , mostram legal efeitos magnéticos não vistos em átomos mais leves."

"As perovskitas haleto possuem propriedades realmente atraentes para muitas aplicações cotidianas, por isso temos procurado expandir esta família de materiais", disse Kurt Lindquist , autor principal do estudo, que conduziu a pesquisa quando era estudante de doutorado em Stanford e agora é pós-doutorado. estudioso de química inorgânica na Universidade de Princeton. "Uma perovskita Au 2+ sem precedentes poderia abrir alguns novos caminhos intrigantes."

Como metal elementar, o ouro tem sido valorizado há muito tempo pela sua relativa escassez, bem como pela sua maleabilidade e inércia química incomparáveis ??– o que significa que pode ser facilmente moldado em jóias e moedas que não reagem com produtos químicos no ambiente e mancham com o tempo. Uma razão adicional importante para seu valor é a cor homônima do ouro; sem dúvida nenhum outro metal em seu estado puro tem uma tonalidade tão distintamente rica.

A física fundamental por trás da aclamada aparência do ouro também explica por que o Au 2+ é tão raro, explicou Karunadasa.

A razão raiz são os efeitos relativísticos , originalmente postulados na famosa teoria da relatividade de Albert Einstein. "Einstein nos ensinou que quando os objetos se movem muito rápido e sua velocidade se aproxima de uma fração significativa da velocidade da luz, os objetos ficam mais pesados", disse Karunadasa.

Este fenómeno aplica-se também às partículas e tem consequências profundas para os elementos pesados ??“massivos”, como o ouro, cujos núcleos atómicos possuem um grande número de protões. Essas partículas exercem coletivamente uma imensa carga positiva, forçando os elétrons carregados negativamente a girar em torno do núcleo a velocidades vertiginosas. Como consequência, os eletrões tornam-se pesados ??e rodeiam firmemente o núcleo, embotando a sua carga e permitindo que os eletrões exteriores se desloquem mais longe do que nos metais típicos. Este rearranjo dos elétrons e de seus níveis de energia faz com que o ouro absorva a luz azul e, portanto, pareça amarelo aos nossos olhos.

Devido ao arranjo dos elétrons do ouro, graças à relatividade, o átomo ocorre naturalmente como Au 1+ e Au 3+ , perdendo um ou três elétrons, respectivamente, e rejeitando Au 2+ . (O "2+" indica uma carga positiva resultante da perda de dois elétrons carregados negativamente, e o símbolo químico "Au" para ouro vem de "aurum", a palavra latina para ouro.)

Com a configuração molecular correta, o Au 2+ pode resistir, descobriram os pesquisadores de Stanford. Lindquist disse que "tropeçou" na nova perovskita que abriga Au 2+ enquanto trabalhava em um projeto mais amplo centrado em semicondutores magnéticos para uso em dispositivos eletrônicos.

Lindquist misturou um sal chamado cloreto de césio e cloreto de Au 3+ em água e adicionou ácido clorídrico à solução "com um pouco de vitamina C", disse ele. Na reação que se segue, a vitamina C (um ácido) doa um elétron (com carga negativa) ao Au 3+ comum formando Au 2+ . Curiosamente, Au 2+ é estável na perovskita sólida, mas não em solução.

“No laboratório, podemos fazer este material usando ingredientes muito simples em cerca de cinco minutos à temperatura ambiente”, disse Lindquist. “Acabamos com um pó verde muito escuro, quase preto, e surpreendentemente pesado por causa do ouro que contém.”

Reconhecendo que podem ter encontrado novos resultados químicos, por assim dizer, Lindquist realizou numerosos testes na perovskita, incluindo espectroscopia e difração de raios X, para investigar como ela absorve luz e para caracterizar sua estrutura cristalina. Grupos de pesquisa de Stanford em física e química liderados por Young Lee, professor de física aplicada e de ciência de fótons, e Edward Solomon, professor de química Monroe E. Spaght e professor de ciência de fótons, contribuíram ainda mais para estudar o comportamento do Au 2+ .

As experiências acabaram por confirmar a presença de Au 2+ numa perovskita e, no processo, acrescentaram um capítulo a uma história centenária de química e física envolvendo Linus Pauling, que recebeu o Prémio Nobel da Química em 1954 e o Nobel da Paz. Prêmio em 1962. No início de sua carreira, trabalhou em perovskitas de ouro contendo as formas comuns Au 1+ e Au 3+ . Coincidentemente, Pauling também estudou mais tarde a estrutura da vitamina C – um dos ingredientes necessários para produzir uma perovskita estável contendo o indescritível Au 2+ .

“Adoramos a ligação de Linus Pauling com o nosso trabalho”, disse Karunadasa. "A síntese desta perovskita dá uma boa história."

Olhando para o futuro, Karunadasa, Lindquist e colegas planejam estudar mais o novo material e ajustar sua química . A esperança é que uma perovskita Au 2+ possa ser usada em aplicações que requerem magnetismo e condutividade à medida que os elétrons saltam de Au 2+ para Au 3+ na perovskita.

"Estamos entusiasmados em explorar o que uma perovskita Au 2+ poderia fazer", disse Karunadasa.