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Da queima da madeira à ação dos medicamentos, as propriedades e o comportamento da matéria são regidos pela forma como os elementos químicos se ligam uns aos outros. Para muitos dos 118 elementos conhecidos, as intrincadas estruturas eletrônicas dos átomos responsáveis pelas ligações químicas são bem compreendidas. Mas, para os elementos superpesados que se encontram nas extremidades da tabela periódica, medir até mesmo uma única propriedade dessas espécies exóticas representa um grande desafio.
Em um novo artigo publicado na Nature Communications , uma equipe de pesquisadores que trabalha na instalação ISOLDE do CERN relata uma nova técnica que pode ajudar a desvendar a química de elementos (super)pesados e tem aplicações potenciais em pesquisas de física fundamental e tratamentos médicos.
Elementos superpesados são altamente instáveis e só podem ser produzidos em laboratórios de aceleradores em quantidades mínimas. É por isso que os pesquisadores tendem a aperfeiçoar primeiro suas técnicas com elementos mais leves e estáveis.
A equipe do ISOLDE desenvolveu um novo método baseado na captura de íons para medir com precisão a afinidade eletrônica do cloro, empregando muito menos átomos do que qualquer experimento anterior e, assim, abrindo caminho para a medição dessa propriedade em elementos superpesados.
A afinidade eletrônica é a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro para formar um íon negativo, ou “ânion”. É uma das propriedades mais fundamentais de um elemento, determinando como ele forma ligações químicas.
As medições convencionais de afinidade eletrônica envolvem o envio de ânions do elemento em estudo através do feixe de laser. A frequência do laser é então ajustada para encontrar a energia exata do fóton acima da qual o elétron extra do ânion é removido, o que corresponde à afinidade eletrônica do átomo neutro. No entanto, para elementos (super)pesados instáveis, que são produzidos a uma taxa de alguns ânions por segundo ou menos, essa única passagem dos ânions pelo feixe de laser é insuficiente para medir a afinidade eletrônica.
Para superar essa limitação, a equipe do ISOLDE aprisionou ânions de cloro em seu aparato de reflexão multi-iônica para espectroscopia a laser colinear ( MIRACLS ). Nessa armadilha, os ânions de cloro são refletidos repetidamente entre dois espelhos eletrostáticos, como uma bola de pingue-pongue, permitindo que o feixe de laser sonde os ânions durante cada passagem.
“Apesar de usar cem mil vezes menos ânions de cloro, nosso novo método MIRACLS mede a afinidade eletrônica com uma precisão equivalente à das técnicas convencionais, nas quais os ânions passam pelo feixe de laser apenas uma vez, em comparação com as cerca de sessenta mil vezes em nosso experimento”, afirma a autora principal do estudo, Franziska Maier. “Nossa abordagem utiliza essencialmente os espelhos da armadilha para 'reciclar' os ânions, abrindo caminho para medições de afinidade eletrônica em elementos superpesados.”
Erich Leistenschneider, o segundo autor principal do estudo, acrescenta que as propriedades dos elementos superpesados podem tornar menos nítidas as fronteiras da tabela periódica. “À medida que o número de prótons aumenta, a relatividade de Einstein embaralha a estrutura dos átomos. Por essa razão, pode-se especular se as fronteiras entre os grupos de elementos na tabela periódica podem se tornar menos nítidas e se a química dos elementos superpesados pode se desviar das tendências periódicas 'normais'. A afinidade eletrônica é uma das propriedades que será amplamente afetada por esses efeitos, e nossas medições irão investigá-las.”
Além de abrir caminho para medições das afinidades eletrônicas de elementos superpesados, a abordagem MIRACLS poderia ser aplicada a elementos raros na Terra, incluindo o actínio, que, assim como o astato , é um candidato promissor para a criação de compostos químicos para o tratamento do câncer. Também poderia ser usado para medir as afinidades eletrônicas de moléculas, fornecendo dados para cálculos teóricos que preveem sua estrutura eletrônica. Tais cálculos são necessários para a pesquisa de antimatéria e moléculas radioativas, que estão ganhando cada vez mais atenção como sondas das simetrias fundamentais da natureza .
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Fonte: CERN / Publicação 03/11/2025
https://home.cern/news/news/physics/ion-recycling-illuminate-heaviest-elements
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