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Tabela Periódica em construção!

Em junho de 2016, vários jornais e revistas divulgaram o que muitos chamaram de “mudanças na Tabela Periódica”. Manchetes tais como a sofrível “Já decorou os quatro novos elementos da tabela periódica?” estamparam as publicações. Mas, o que de fato aconteceu?

A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) apenas apresentou sugestões de nomes para os elementos químicos de número atômico 113, 115, 117 e 118, recém-sintetizados. As propostas são: nihônio (Nh), moscóvio (Mc), tennessino (Ts) e oganessono (Og), respectivamente. Somados aos elementos 114 (fleróvio) e 116 (livermório), batizados em 2011, finalmente está completo o sétimo período da tabela periódica!

Mas como funcionam essas nomenclaturas dos elementos químicos? Nos últimos 50 anos, 17 novos elementos químicos foram acrescentados à tabela, do 102 ao 118. Como eles foram sintetizados? Quais são as expectativas para os próximos átomos de elementos químicos a serem produzidos?

Nomenclaturas provisória e definitiva

A IUPAC sugere que os nomes dos novos elementos devam ter relação com pelo menos um dos seguintes critérios:

  1. um conceito mitológico ou personagem (incluindo objetos astronômicos);
  2. um mineral ou substância semelhante;
  3. um lugar ou país;
  4. uma propriedade do elemento;
  5. um cientista.

O nome do elemento 113, nihônio (Nh), por exemplo, tem relação com a palavra “Nihon”, que em japonês significa “terra do sol nascente”. Isso se explica visto que, em 2004, foram pesquisadores japoneses que conseguiram produzi-lo a partir da colisão entre zinco-70 e bismuto-209. Já o nome do elemento 115, moscóvio (Mc), faz referência a Moscou, capital de Rússia, país onde em 2003, cientistas locais sintetizaram-no por meio de colisão de cálcio-48 e amerício-243. Já o elemento 117, tennessino (Ts), é uma homenagem ao estado do Tennessee (EUA), onde os pesquisadores obtiveram, em 2010, o novo elemento. Por fim, o elemento 118, oganessono (Og), homenageia o físico nuclear russo Yuri Oganessian, que coordenou a descoberta de vários elementos em Dubna, Rússia, e que sintetizou em 2002 a colisão de cálcio-48 e califórnio-249. Se confirmada a nomenclatura, Oganessian será a segunda pessoa na História a ser homenageada em vida com o nome de um elemento químico; a primeira foi Glenn Seaborg (1912-1999) – de seu sobrenome foi batizado o elemento 104, seabórgio (Sg), em 1997.

A partir da confirmação da existência de um novo elemento por parte da comunidade científica, ele recebe um nome e um símbolo, ambos temporários, baseados em uma nomenclatura sistemática. O nome é derivado do número atômico do elemento, sendo que cada algarismo é substituído por uma sílaba, conforme indica a tabela ao lado. Por último, insere-se a terminação “io”. Por exemplo, o elemento 118 é provisoriamente chamado de ununóctio (un (1)+un(1)+oct(8)+io). Seu símbolo provisório é Uuo.

Como se produz um elemento químico?

A síntese de um elemento químico é um processo complexo, caro e com regras bem definidas pela IUPAC. Pode-se dizer que houve a descoberta de um novo elemento quando é detectada a formação de um átomo com número atômico (Z) inédito e que ele exista, sem sofrer desintegração, por um tempo igual ou superior a ínfimos 10-14 s! Acompanhe o esquema a seguir que representa, de forma simplificada, uma possível síntese do elemento químico 119 a partir dos elementos titânio (Ti, Z = 22) e berquélio (Bk, Z = 97).

Representação simplificada da síntese hipotética do elemento 119. 
Fonte: http://www.popsci.com/science/article/2013-04/making-new-elements

Um feixe de íons de titânio (1) é acelerado a valores próximos a 10 % da velocidade da luz. Este feixe é direcionado para atingir um alvo com átomos de berquélio (2), de modo que possa ocorrer uma fusão nuclear que poderá resultar em um átomo de elemento com número atômico 119 (97 + 22). Em seguida, os átomos do novo elemento químico são separados das espécies que ainda compõe o feixe original de titânio por meio do uso de ímãs (3). Por fim, os átomos do novo elemento são direcionados ao detector (4) que permitirá a análise dos decaimentos radioativos (por exemplo, partículas alfa) do novo elemento químico sintetizado.

Em 2010, pesquisadores em Dubna, Rússia, levaram cinco meses executando colisões atômicas para obter apenas meia dúzia de átomos do elemento 117 (meia-vida de apenas 78 milissegundos)! Haja paciência! Geralmente formam-se muitos isótopos do novo elemento, cada um com um tempo de meia-vida característico. Isso ocorreu, por exemplo, na síntese do elemento 113, em que houve a formação de vários isótopos, sendo que seis deles possuíam valores de meia-vida que variavam entre 20 e 2,4 ×10-4 s. Detalhe: esses eram os mais estáveis… Imagine a complexidade do trabalho desses cientistas!

Ilha de estabilidade

O mais curioso é que geralmente os novos elementos sintéticos não possuem aplicação prática, como o uso em novos materiais, por exemplo, visto que os tempos de existência de seus átomos, muito instáveis, são usualmente muito curtos. No entanto, eles ajudam os cientistas a compreender uma questão intrigante: a estabilidade do núcleo atômico.

Segundo uma hipótese vigente, os núcleos teriam uma estrutura organizada em “camadas”, assim como a eletrosfera, e haveria camadas distintas para prótons e nêutrons, sendo que cada uma delas comportaria apenas um determinado número de partículas. Núcleos com camadas completamente preenchidas seriam mais estáveis do que aqueles com camadas incompletas. Assim, o número máximo de partículas nucleares em cada uma dessas camadas são chamados de “números mágicos”; são eles:

Os núcleos com as camadas de prótons (Z) e nêutrons (n) completamente preenchidas são muito estáveis – nessas condições diz-se que eles possuem números “duplamente mágicos”. Exemplos de núcleos duplamente mágicos são o hélio-4 (Z = 2, n = 2), o cálcio-48 (Z = 20, n = 28) e o chumbo-208 (Z = 82, n = 126). Experimentalmente, verifica-se que todos eles têm uma estrutura muito mais difícil de romper do que a de núcleos com alguma camada incompleta.

Em 1966, alguns trabalhos teóricos sugeriram que o núcleo com 114 prótons e 184 nêutrons teria números duplamente mágicos. Os cálculos mostravam que a estabilidade obtida com o preenchimento total das camadas de prótons e nêutrons garantiria ao novo elemento e seus vizinhos uma vida muito longa. Com isso, a tabela periódica ganharia uma “ilha de estabilidade” povoada por elementos superpesados em torno de Z = 114. Cerca de 50 anos depois, os elementos ao redor desta tal ilha de estabilidade completaram definitivamente o sétimo período da tabela periódica.

tabela periódica

Os cientistas imaginam que o elemento de número atômico 126 seja o próximo a ter os números mágicos de prótons e nêutrons. Indo mais além, o próximo seria o número atômico 184. Mas, será que há um limite para o tamanho do núcleo atômico?

O famoso físico estadunidense Richard Feynman (1918-1988) calculou que o elemento de número atômico 137 seria o limite. Cálculos semelhante ao de Feynman, mas que partiram de modelos mais detalhados, apontam o limite em torno do número atômico 173. Que tipos de materiais esses novos elementos, se é que de fato serão criados, nos permitiriam produzir? E se forem mesmo estáveis, que tipos de novas tecnologias podem vir surgir? Para onde estamos caminhando? Só o futuro poderá responder!

Escrito pelos autores Emiliano Chemello Luís Fernando Pereira. Ambos são coautores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

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