Ferramenta extremamente poderosa, e indispensável, para o estudo da química, a tabela periódica de Mendeleev continua insuperável, desde 1869, para organizar os elementos químicos neutros com base em suas propriedades químicas e espectroscópicas. No entanto, ela não dá conta de descrever com precisão os comportamentos eletrônicos dos chamados íons altamente carregados, ou seja, átomos que perderam muitos elétrons.
Nesses átomos, que se formam em condições extremas, como as encontradas em laboratórios de física de alta energia ou no interior de estrelas, as interações entre o núcleo e os elétrons restantes mudam radicalmente. Com isso, as propriedades eletrônicas desses íons (níveis de energia, estrutura de orbitais e resposta à luz) não obedecem à lógica da tabela periódica tradicional.
Agora, uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg, Alemanha, está propondo uma tabela periódica alternativa de elementos, porém com foco em íons altamente carregados. “Queríamos procurar íons altamente carregados para relógios atômicos, para torná-los muito mais estáveis e muito mais precisos”, diz o primeiro autor do estudo, Chunhai Lyu, à NewScientist.
Como funciona a tabela periódica clássica?
Apresentada há 156 anos, durante uma reunião da Sociedade Química Russa, em São Petersburgo, a tabela periódica organizada por Dmitri Mendeleev organiza os 118 elementos químicos conhecidos conforme suas propriedades, permitindo também que os cientistas identifiquem lacunas existentes, e descubram novos elementos para preenchê-las. Essa ordenação facilita a compreensão das propriedades químicas fundamentais.
Apesar de cumprir bem suas funções por mais de um século e meio para os químicos em geral, ela não atende às demandas de alguns físicos interessados especificamente em íons de alta energia, partículas utilizadas em tecnologias avançadas como lasers de raios X, terapias contra tumores, estudos de plasma, testes de teorias físicas e relógios ópticos.
Desde que Rutherford e Bohr consolidaram o conceito de átomos neutros, sabemos que o número de prótons (carga positiva) iguala o de elétrons (carga negativa). Contudo, os átomos podem perder ou ganhar elétrons, transformando-se em íons carregados. Quando essa perda de elétrons é grande, o átomo se tornar um íon altamente carregado, uma estrutura importante em aplicações físicas especializadas.
Como se organiza a “nova” tabela periódica
A primeira grande diferença entre a tabela periódica clássica e a “nova” tabela é que esta é proposta para íons altamente carregados (HCIs na sigla em inglês). Isso significa que, enquanto a tabela de Mendeleev é ordenada de acordo com o número de prótons no átomo de cada elemento, a de Lyu e seus colegas agrupa os íons de acordo com suas estruturas eletrônicas residuais e propriedades espectroscópicas em estados de alta ionização.
A nova tabela periódica não organiza elementos neutros, mas átomos altamente carregados, cujas propriedades eletrônicas divergem daquelas previstas pela tabela clássica. Isso ocorre porque, quando um átomo perde elétrons, ele pode adquirir a mesma configuração eletrônica que outro elemento. Assim, cada célula da nova tabela pode agrupar íons de diferentes elementos que compartilham essas estruturas eletrônicas semelhantes, explica Lyu.
O que os autores estão buscando, na verdade, são transições raras e incomuns, não estritamente impossíveis, mas altamente improváveis e lentas. Conhecidas como “transições proibidas”, elas são muito estáveis, o que as torna ideais para o projeto de relógios atômicos ópticos. Isso porque, nesses casos, o átomo pode permanecer por muito tempo nesse estado energético antes de emitir ou absorver um fóton.
O novo estudo está hospedado no repositório de pré-prints arXiv, e ainda não foi revisto por pares.
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