Una serie di complicati esperimenti che coinvolgono uno degli elementi meno compresi della tavola periodica ha capovolto alcuni principi di vecchia data del mondo scientifico.

I ricercatori della Florida State University hanno scoperto che la teoria della meccanica quantistica non spiega adeguatamente come funzionano gli elementi più pesanti e rari che si trovano alla fine della tabella. Anziché, un'altra nota teoria scientifica, la famosa Teoria della Relatività di Albert Einstein, aiuta a governare il comportamento degli ultimi 21 elementi della Tavola Periodica.

Questa nuova ricerca è pubblicata su Giornale della Società Chimica Americana .

La meccanica quantistica sono essenzialmente le regole che governano il comportamento degli atomi e spiegano completamente il comportamento chimico della maggior parte degli elementi sulla tavola. Ma, Thomas Albrecht Schmitt, il professore di chimica Gregory R. Choppin alla FSU, ha scoperto che queste regole sono in qualche modo scavalcate dalla Teoria della Relatività di Einstein quando si tratta del più pesante, elementi meno noti della tavola periodica.

"È quasi come essere in un universo alternativo perché vedi una chimica che semplicemente non vedi negli elementi di tutti i giorni, "Ha detto Albrecht-Schmitt.

Lo studio, che ha richiesto più di tre anni per essere completato, coinvolto l'elemento berkelio, o Bk sulla tavola periodica. Attraverso esperimenti che hanno coinvolto quasi due dozzine di ricercatori nel campus dell'FSU e nel National High Magnetic Field Laboratory con sede dell'FSU, Albrecht-Schmitt ha creato composti dal berkelio che hanno iniziato a mostrare una chimica insolita.

Non seguivano le normali regole della meccanica quantistica.

Nello specifico, gli elettroni non si stavano organizzando attorno agli atomi di berkelio nel modo in cui si organizzano attorno a elementi più leggeri come l'ossigeno, zinco o argento. Tipicamente, gli scienziati si aspetterebbero di vedere gli elettroni allineati in modo che siano rivolti tutti nella stessa direzione. Questo controlla come il ferro agisce come un magnete, ad esempio.

Però, queste semplici regole non si applicano quando si tratta di elementi dal berkelio e oltre perché alcuni degli elettroni si allineano in modo opposto al modo in cui gli scienziati hanno previsto da tempo.

Albrecht-Schmitt e il suo team si sono resi conto che la Teoria della Relatività di Einstein spiegava effettivamente ciò che vedevano nei composti del berkelio. Sotto la teoria della relatività, più veloce è qualsiasi cosa con movimenti di massa, più diventa pesante.

Poiché il nucleo di questi atomi pesanti è altamente carico, gli elettroni iniziano a muoversi a frazioni significative della velocità della luce. Questo li fa diventare più pesanti del normale, e le regole che tipicamente si applicano al comportamento degli elettroni iniziano a rompersi.

Albrecht-Schmitt ha detto che è stato "esaltante" quando lui e la sua squadra hanno iniziato a osservare la chimica.

"Quando vedi questo fenomeno interessante, inizi a farti tutte queste domande come come puoi renderlo più forte o spegnerlo, " Ha detto Albrecht-Schmitt. "Alcuni anni fa, nessuno pensava nemmeno che si potesse fare un composto di berkelio."

Il berkelio è stato utilizzato principalmente per aiutare gli scienziati a sintetizzare nuovi elementi come l'elemento 117 Tennessine, che è stato aggiunto alla tabella l'anno scorso. Ma è stato fatto poco per capire cosa può fare da solo l'elemento, o molti dei suoi vicini sui tavoli, e come funziona.

Il Dipartimento dell'Energia ha dato ad Albrecht-Schmitt 13 milligrammi di berkelio, circa 1, 000 volte più di chiunque altro abbia usato per importanti studi di ricerca. Per fare questi esperimenti, lui e la sua squadra hanno dovuto muoversi in modo eccezionalmente veloce. L'elemento si riduce alla metà dell'importo in 320 giorni, a quel punto non è abbastanza stabile per gli esperimenti.