Elementele chimice pe care le cunoaștem astăzi reprezintă doar o mică parte din elementele care pot exista în univers. Într-adevăr, anumite elemente există doar în condiții extreme, adesea produse în laborator. Printre acestea, elementele supergrele, care se află dincolo de uraniu în tabelul periodic, sunt deosebit de fascinante. Dar studiul lor reprezintă o provocare majoră: durata lor de viață este incredibil de scurtă. Cu toate acestea, recent a fost făcută o descoperire majoră. Într-adevăr, proprietățile chimice ale două dintre aceste elemente, moscoviu (elementul 115) și nihonium (elementul 113), au fost în sfârșit observate.
Elementele tabelului periodic sunt clasificate în funcție de numărul lor atomic. În plus, cu cât un element este mai greu, cu atât structura sa atomică devine mai instabilă. Un număr mare de protoni creează o repulsie electromagnetică mai puternică între ei, ceea ce face nucleul instabil și predispus la descompunere. Acest lucru este valabil mai ales pentru elementele transuranice, adică cele găsite după uraniu (elementul 92).
Moscoviul și nihoniumul sunt exemple perfecte ale acestor elemente supergrele. Produse de fascicule de particule trimise la viteze incredibil de mari pentru a fuziona nucleele atomice, ele sunt atât de instabile încât se dezintegrează în milisecunde, lăsând foarte puțin timp pentru a le observa comportamentul. Mai exact, moscoviul-288, cel mai stabil izotop al acestui element, are un timp de înjumătățire de doar 100 de milisecunde, în timp ce nihonium-286 rămâne stabil doar 9,5 secunde.
În ciuda acestor dificultăți, cercetătorii de la Asociația Helmholtz a Centrelor de Cercetare Germane au putut observa recent proprietățile chimice ale acestor două elemente. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Frontiers.
Cercetătorii le-au produs mai întâi prin accelerarea ionilor de calciu-48 și direcționându-i către ținte de americiu-243, ceea ce a permis nucleelor să fuzioneze și să creeze moscovium-288 care apoi s-a degradat în nihonium -284. Pentru a păstra atomii produși înainte de a se dezintegra, cercetătorii au folosit gaze inerte pentru a le transporta peste detectoare de cuarț, permițându-le să-și analizeze reactivitatea chimică. Aceste tehnici au fost cruciale pentru obținerea de date privind comportamentul acestor elemente pe scări de timp extrem de mici.
Echipa le-a testat reactivitatea analizând interacțiunea lor cu alte substanțe chimice. Spre marea lor surpriză, moscoviul și nihoniul s-au dovedit a fi mai reactive decât alte elemente învecinate din tabelul periodic, cum ar fi plumbul. Acest rezultat poate părea ciudat, deoarece elementele grele sunt adesea mai puțin reactive din cauza modului în care sunt distribuiți electronii lor.
Cercetătorii au descoperit că reactivitatea crescută a elementelor supergrele precum moscoviul și nihoniul poate fi explicată printr-un fenomen numit efect relativist. Acest efect se referă la influența relativității speciale a lui Einstein asupra particulelor subatomice. Pe măsură ce un element devine mai greu, electronii cei mai exteriori se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii. Experimentele au arătat că acest fenomen este prezent pentru elementele studiate. Știm că relativitatea specială modifică modul în care acești electroni interacționează cu alți atomi. Teoria lui Einstein prezice că acești electroni se comportă diferit de cei ai elementelor mai ușoare, ceea ce perturbă modelele clasice de chimie. Acest lucru explică parțial de ce elemente precum flerovium (elementul 114), care se găsește în apropierea plumbului în tabelul periodic, sunt aproape la fel de nereactive ca și gazele nobile. Cercetătorii au descoperit că acest efect afectează și moscoviul și nihoniumul, dar într-o măsură mai mică. Deși sunt mai reactive decât anumite elemente grele, sunt mai puțin reactive decât elementele învecinate mai ușoare.
În timp ce elementele supergrele în prezent nu au multe aplicații practice, durata lor de viață foarte scurtă împiedicând utilizarea lor în tehnologii reale, descoperirile de acest fel sunt cruciale pentru înțelegerea chimiei fundamentale. În viitor, dacă oamenii de știință pot stabiliza unele dintre aceste elemente sau pot produce mai multe dintre ele, ar putea fi luate în considerare aplicații în domenii precum energia nucleară sau bateriile avansate.
