Muitos de nós ouvimos frequentemente que temos uma semelhança com outro membro de nossa família, por exemplo, que temos o nariz da nossa mãe ou os olhos do nosso pai.

Os elementos químicos na tabela periódica também têm semelhanças de família que podem fornecer uma visão preditiva sobre a forma como os elementos interagem, levando cientistas a aplicações ainda não imaginadas.

No caso de um elemento, protactínio, semelhanças químicas produzidas pela configuração de seus elétrons mais externos vinculam duas famílias de elementos:os metais de transição estáveis ​​e bem conhecidos e os actinídeos mais exóticos.

Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Universidade de Lille, na França, os químicos exploraram as múltiplas semelhanças do protactínio para compreender mais completamente a relação entre os metais de transição e a química complexa dos primeiros elementos actinídeos.

O principal valor do Protactinium não está em seus usos comerciais, mas fornecendo novos insights fundamentais sobre a química dos elementos. O protactínio é um elemento actinídeo e fica entre o tório e o urânio na tabela periódica. Contudo, o protactínio também se assemelha muito ao nióbio e ao tântalo, ambos são metais de transição usados ​​em uma variedade de aplicações químicas e metalúrgicas. Quando os químicos entendem suas semelhanças com mais detalhes, eles podem descobrir aplicações novas e ainda não descobertas para esses e outros elementos relacionados.

"O protactínio está em um ponto de apoio na tabela periódica, "disse o autor do estudo e químico da Argonne, Richard Wilson." A questão de como montamos a tabela periódica realmente está no cerne de nosso pensamento sobre o protactínio. "

A resposta para saber se o protactínio age mais como um actinídeo ou como um metal de transição está nas camadas externas de elétrons de um átomo de protactínio. Os cientistas designam cada concha com um número (1 a 7) e uma letra (s, p, d ou f). Qual camada os elétrons externos de um elemento habitam, em termos de número e letra, define sua família e ajuda a determinar uma ampla gama de seu comportamento químico e físico.

A diferença entre os metais de transição e os actinídeos reside no fato de que a camada externa é preenchida primeiro pelos elétrons disponíveis. Protactínio, Wilson observou, é particularmente importante porque representa o limite no qual um orbital 'd' e um orbital 'f' mudam energeticamente. Isso determina como os orbitais são preenchidos e como eles interagem ou se relacionam com seus vizinhos.

"Os orbitais 'd' nos metais de transição participam da ligação química de uma forma muito direta, e eles podem se organizar em estruturas bastante previsíveis, "Wilson disse." Os actinídeos não formam os mesmos tipos de ligações tão prontamente. "

De acordo com Wilson, Químicos estudando actinídeos que tentaram induzir o protactínio a agir como seus primos de metal de transição tiveram sucesso limitado. "Podemos fazer o protactínio se comportar como nióbio e tântalo? A resposta experimental é 'ainda não, "Wilson disse." Mas trabalhar na teoria desse elemento único pode nos dar uma nova visão sobre como ele é capaz de se encaixar nessa importante interseção química e energética. "

As mudanças nos orbitais de elétrons e nos comportamentos de ligação que ocorrem dentro dos elementos pesados ​​apenas aumentam à medida que a tabela periódica avança. Nos elementos mais pesados, Wilson disse, efeitos relativísticos começam a substituir nosso entendimento clássico de como certos elementos "deveriam" se comportar, até mesmo ao ponto em que um elemento hipotético poderia se assemelhar a um gás nobre inerte e um metal altamente ativo ao mesmo tempo.

"Estamos começando a entender que o protactínio é a porta de entrada na qual a ligação no sistema periódico está começando a mudar, Wilson disse. "Estamos nos aprofundando no que realmente faz a tabela periódica funcionar."

O estudo, "O protactínio e a interseção da química do actinídeo e do metal de transição, "apareceu na edição online de 12 de fevereiro de Nature Communications .