Recentemente, uma equipe internacional de cientistas publicou um estudo na revista Nature, no qual utilizaram espectroscopia a laser para examinar os limites da tabela periódica, focando nos extremos de nêutrons e prótons presentes nos núcleos atômicos dos elementos químicos.
Elementos além do urânio, como o férmio (elemento 100) e o nobélio (elemento 102), não são encontrados na natureza e precisam ser sintetizados artificialmente para estudo.
Utilizando o acelerador de partículas GSI/FAIR, em Darmstadt, na Alemanha, a equipe obteve importantes descobertas sobre a estrutura dos núcleos atômicos de férmio, que possui 100 prótons e entre 145 e 157 nêutrons. O objetivo era analisar como a estrutura quântica interna desses núcleos pesados influencia suas dimensões físicas.
Para realizar as medições, a equipe analisou isótopos do férmio com tempos de vida que variavam de alguns segundos a até cem dias. Para “criar” esses isótopos, foram usados diferentes métodos: os isótopos de vida curta foram gerados no GSI/FAIR, com uma duração de apenas alguns átomos por minuto. Durante o processo, a amostra foi desacelerada em gás argônio, o que permitiu capturar elétrons que formam átomos neutros, mais fáceis de estudar por meio de luz laser.
(Fonte: Universidade de Liverpool)
Já os isótopos de férmio com vida mais longa (ricos em nêutrons) foram produzidos em pequenas quantidades em outros laboratórios e analisados de forma semelhante. Esses isótopos mais estáveis são mais adequados para serem isolados e “aprisionados”, possibilitando uma análise detalhada.
No processo de espectroscopia, a luz laser excita um elétron no átomo de férmio, removendo-o e formando um íon detectável. A energia de excitação varia de acordo com o número de nêutrons, fornecendo pistas sobre as alterações no tamanho do núcleo.
Impactos do estudo sobre os limites da tabela periódica
Os testes revelaram um aumento constante e uniforme no raio de carga nuclear (a área ocupada pelos prótons) nos isótopos de férmio à medida que o número de nêutrons também aumentava. Isso indica que os efeitos de camada nuclear têm pouca influência sobre essa propriedade em núcleos pesados.
Em núcleos mais leves e médios, por outro lado, a estrutura de camada nuclear desempenha um papel fundamental: os prótons e nêutrons ocupam diferentes níveis de energia, como camadas ou “órbitas”. Esses níveis têm um impacto significativo nas energias de ligação necessárias para manter o núcleo estável. Quando um núcleo possui o número “ideal” de prótons ou nêutrons para completar uma camada, ele se torna mais firme e estável.
Os resultados confirmaram as previsões teóricas de que, à medida que a massa nuclear aumenta, os efeitos individuais dos nêutrons e prótons perdem influência. No entanto, esses efeitos continuam predominantes em núcleos onde há um conjunto completo de prótons e nêutrons nas camadas.
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