Uma equipe internacional liderada por cientistas do GSI/FAIR em Darmstadt, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz e do Instituto Helmholtz de Mainz, conseguiu determinar as propriedades químicas dos elementos superpesados produzidos artificialmente moscovium e nihonium (elementos 115 e 113).

O moscóvio se tornou, portanto, o elemento mais pesado já estudado quimicamente. Ambos os elementos recentemente caracterizados são mais reativos quimicamente do que o fleróvio (elemento 114), que foi estudado anteriormente no GSI/FAIR. Os resultados são publicados no periódico Frontiers in Chemistry .

Com esse resultado, os experimentos no GSI/FAIR agora fornecem dados sobre os três elementos superpesados 113, 114 e 115, permitindo uma classificação confiável de suas propriedades e uma avaliação da estrutura da tabela periódica nessa região extrema.

À medida que os elementos se tornam mais pesados, os muitos prótons no núcleo aceleram os elétrons girando ao redor do núcleo para velocidades cada vez maiores — tão altas que efeitos explicáveis apenas com a famosa teoria da relatividade de Einstein entram em ação. A velocidade pura torna os elétrons mais pesados.

No chumbo (elemento 82), por exemplo, os efeitos desses processos já estão em ação e contribuem para os processos químicos nas baterias de chumbo.

Os vizinhos da esquerda e da direita — tálio e bismuto — se comportam de forma diferente. O efeito, embora pequeno, é localizado no chumbo. Um elemento superpesado poderia ser uma alternativa ao chumbo? Que tal o vizinho mais pesado no grupo da tabela periódica, o fleróvio, elemento 114, descoberto e estudado quimicamente apenas nos últimos 20 anos? Foi descoberto que ele é bem diferente do chumbo, se transforma em gás facilmente e é menos reativo quimicamente.

Para encontrar respostas, os dois vizinhos, elementos 113, nihonium, e 115, moscovium, também precisavam ser testados. Enquanto as primeiras dicas sobre a química do nihonium foram relatadas, ninguém havia até agora alcançado um estudo sobre a química do moscovium — onde o isótopo mais adequado existe por apenas cerca de 20 centésimos de segundo.

Esse mesmo feito foi agora alcançado pela colaboração internacional no GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung em Darmstadt, Alemanha. A equipe relatou que ambos os vizinhos, nihonium e moscovium, mostram uma reatividade química maior do que o intermediário flerovium.

O efeito local observado no chumbo também é observado no fleróvio, porém, muito mais fortemente, o que não é nenhuma surpresa, dada a carga nuclear muito maior.

A observação de um mero punhado de átomos foi suficiente para obter esse resultado. Ainda assim, levou dois meses de trabalho contínuo 24 horas por dia na instalação do acelerador de íons pesados do GSI/FAIR para atingir isso.

Para produzir os elementos superpesados, a equipe irradiou finas folhas contendo amerício-243 (elemento 95), ele próprio um elemento artificial, com intensos feixes de íons de cálcio-48 (elemento 20). Sua fusão levou a núcleos de moscovium-288 (elemento 115), que se transformaram em uma fração de segundo em nihonium-284 (elemento 113).

Gás inerte lançou ambos os elementos através de um conjunto de detectores coberto com uma fina camada de quartzo. Os detectores registram a decadência dos átomos superpesados individuais e determinam se os átomos formam uma ligação química com o quartzo forte o suficiente para mantê-los onde eles encontram a superfície pela primeira vez.

Ligações mais fracas levam a um transporte maior pelo gás. Dessa forma, o padrão registrado no conjunto de detectores fornece informações sobre a força das ligações químicas — daí a reatividade química dos elementos. Elementos de baixa reatividade podem até sair do conjunto, mas apenas para encontrar detectores cobertos de ouro. Ligações com ouro são geralmente mais fortes do que com quartzo, garantindo assim que cada átomo estudado seja de fato retido e registrado.

"Graças a uma configuração recém-desenvolvida para separação e detecção química em combinação com o separador eletromagnético TASCA, nossos estudos de cromatografia gasosa puderam ser estendidos a elementos químicos mais reativos, como niônio e moscóvio", explica o Dr. Alexander Yakushev do GSI/FAIR, porta-voz da colaboração internacional .

No total, quatro átomos de moscovium foram registrados, todos na matriz coberta de quartzo. Entre os 14 átomos de nihonium detectados, a deposição foi observada principalmente em quartzo, apontando para a formação de uma ligação química.

Um átomo atingiu a matriz coberta de ouro, indicando que a ligação do quartzo não é muito forte. Isso contrasta com o comportamento dos homólogos mais leves tálio (para niônio) e bismuto (para moscóvio), que são ambos conhecidos por formar ligações fortes com o quartzo. Da mesma forma, o chumbo, o homólogo do fleróvio, forma ligações fortes com o quartzo, enquanto o fleróvio não.

O conjunto completo de dados sobre esses elementos mostra que os elementos superpesados são muito menos reativos que seus homólogos mais leves, o que é atribuído à inércia associada à ocorrência de efeitos relativísticos.

O efeito mais pronunciado é visto localmente no fleróvio, que ainda é um metal, mas um metal que reage muito fracamente — um comportamento que indica a presença de (sub)camadas eletrônicas fechadas, quase como nos gases nobres não reativos. Os resultados demonstram a influência da teoria da relatividade de Einstein na tabela periódica e, ao mesmo tempo, estabelecem um novo recorde para o elemento mais pesado já estudado quimicamente.

Com os avanços tecnológicos , surgem novos requisitos para materiais. Novos elementos poderiam contribuir? Assim como alguns carros deixaram de depender de combustíveis fósseis e passaram a ser movidos a eletricidade, outros itens da nossa vida diária também são eliminados, sendo substituídos por tecnologia baseada em novos materiais. No entanto, o primeiro dispositivo baseado em fleróvio ainda não está próximo.

Atualmente, apenas átomos individuais por semana — que duram menos de um segundo — podem ser produzidos. Conforme a tecnologia avança, isso pode mudar, eventualmente tornando maiores quantidades disponíveis.

Se eles podem servir em baterias futuras, como agentes médicos, ou enriquecer nossas vidas de maneiras inconcebíveis hoje, não sabemos. Mas, graças aos experimentos inovadores em Darmstadt, futuros pesquisadores terão uma vantagem e já saberão o caráter químico desses novos materiais.

O resultado também abre novas perspectivas para a instalação internacional FAIR (Instalação para Pesquisa de Antiprótons e Íons), que está atualmente em construção em Darmstadt.