Após 69 anos, cientistas finalmente conseguem estudar o elemento químico einstênio

Concebido pela primeira vez na combustão de uma bomba de hidrogênio na ilha de Elugelab, no Pacífico Sul, em 1952, o elemento pesado einstênio é um dos membros mais tímidos da Tabela Periódica; ele não ocorre naturalmente e é tão instável que é difícil obter uma quantidade suficiente dessa substância e por tempo suficiente para realmente estudá-la.

Agora, uma equipe de químicos do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Laboratório Nacional de Los Alamos e da Universidade de Georgetown conseguiram fazer exatamente isso. Eles analisaram uma quantidade microscópica de einstênio-254 para entender melhor as propriedades químicas fundamentais e o comportamento do elemento elusivo. A pesquisa foi publicada na quarta-feira (3) na revista Nature.

• Micróbios “mineradores” poderão um dia extrair elementos raros de rochas no espaço
• Tabela periódica mais antiga do mundo é encontrada durante faxina em armazém de universidade escocesa

O einstênio é feito no reator de isótopos de alto fluxo do Oak Ridge National Laboratory como um subproduto da produção bianual de califórnio-252 (outro elemento pesado sintetizado em laboratório, mas que tem utilidade comercial). Avanços tecnológicos permitiram que esses elementos radioativos pudessem ser feitos em ambientes de laboratório, sem a pirotecnia destrutiva de meados do século XX. O reator em Oak Ridge, Tennessee, é um dos poucos fornecedores de califórnio-252.

“A razão pela qual eles podem criar esses elementos é porque eles têm um fluxo realmente alto de nêutrons, então eles podem simplesmente empurrar mais e mais e mais para fora [de suas camadas de núcleos]”, disse Katherine Shield, uma química do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e coautora do artigo, em videochamada. O produto inicial do reator é “apenas uma bagunça total, uma combinação de todos os tipos de coisas”, disse Shield, explicando que “não se trata apenas de fazer o elemento ou fazer o isótopo, mas também purificá-lo para que possamos fazer química com isso”.

O reator isotópico de alto fluxo em Oak Ridge, Tennessee. Imagem: Wikimedia Commons (Fair Use)

Elementos pesados ​​e radioativos como einstênio e califórnio, bem como nomes conhecidos como urânio e plutônio, fazem parte do grupo dos actinídeos: elementos 89 a 103 da Tabela Periódica. Apenas alguns deles, como einstênio e califórnio, são sintetizados. Depois que uma equipe de pesquisa finaliza o trabalho logístico de protocolos de segurança (para garantir que os elementos radioativos, como qualquer outro material de laboratório, sejam manuseados com segurança), os desafios são principalmente garantir que eles tenham material suficiente para trabalhar e que o material seja puro o suficiente para oferecer resultados úteis. Extraído do processo de produção de califórnio, o einstênio pode frequentemente ser contaminado pelo primeiro.

A equipe de pesquisa estava trabalhando com meros 200 nanogramas de einstênio, uma quantidade cerca de 300 vezes mais leve do que um grão de sal. De acordo com Korey Carter, um químico agora na Universidade de Iowa e principal autor do estudo, um micrograma era anteriormente considerado o mínimo para um tamanho de amostra.

“Havia perguntas do tipo ‘A amostra vai sobreviver?’, para as quais poderíamos nos preparar da melhor maneira possível”, disse Carter em uma videochamada. “Surpreendentemente, funcionou.”

A equipe conseguiu medir a distância de ligação do einstênio-254 usando espectroscopia de absorção de raios-X, na qual você bombardeia a amostra com raios-X (esta linha de investigação também exigiu a construção de um suporte especializado para a amostra, um que não se desintegrasse sob bombardeios de raios-X ao longo de cerca de três dias). Os pesquisadores analisaram o que aconteceu com a luz que foi absorvida pela amostra e descobriram que a luz emitida posteriormente foi desviada para o azul, o que significa que os comprimentos de onda foram ligeiramente encurtados.

Isso foi uma surpresa, porque eles esperavam um desvio para o vermelho – comprimentos de onda mais longos – e isso sugere que os elétrons do einstênio podem se acoplar de maneira diferente do que outros elementos próximos a ele na Tabela Periódica. Infelizmente, a equipe não foi capaz de obter dados de difração de raios-X devido a uma contaminação de califórnio em sua amostra, o que atrapalharia seus resultados com o método.

Químicos inspecionam uma amostra de laboratório de einstênio-254. Foto: Marilyn Sargent/Berkeley Lab

Anteriormente, os pesquisadores presumiam que podiam extrapolar certas tendências observadas em elementos mais leves para os elementos actinídeos mais pesados — por exemplo, como eles absorvem luz e como o tamanho dos átomos e íons de outros elementos, chamados lantanídeos, diminui à medida que seus números atômicos aumentam. Mas os novos resultados sugerem que a extrapolação pode não ser verdadeira.

“Houve um grande trabalho nos últimos 20 anos, avançando progressivamente na série de actinídeos, mostrando que…a química dos actinídeos tem mais coisas acontecendo”, disse Carter. “As regras que desenvolvemos para coisas menores, talvez não funcionem tão bem”.

Trabalhos radioanalíticos haviam sido feitos em einstênio logo após sua descoberta na década de 1950, mas na época, pouco foi estudado sobre actinídeos em geral, além de suas propriedades radioativas. A pesquisa recente mostrou que as distâncias da ligação do einstênio – o comprimento médio da conexão entre os núcleos de dois átomos em uma molécula – eram um pouco menores do que o esperado. O resultado, disse Carter, é um “primeiro dado significativo”.

Como tantos outros cientistas durante esta pandemia, a equipe não foi capaz de conduzir os experimentos de acompanhamento que havia planejado. Quando eles finalmente voltaram para o laboratório, a maior parte da amostra havia se deteriorado. Mas, como acontece com qualquer primeiro passo, este certamente será seguido por avanços. É só uma questão de tempo.