Geralmente pensamos na relatividade como algo que acontece perto de buracos negros. Ou em aceleradores de partículas. Distante. Não no frasco de acetona que está na sua mesa. Mas as ideias estranhas de Albert Einstein estão mais próximas do que você pensa. Muito mais perto.
Dentro dos átomos pesados, os elétrons se movem tão rápido que sentem os efeitos da relatividade especial.
Lai-Sheng Wang, da Universidade Brown, e sua equipe acabaram de perceber isso em flagrante. Pela primeira vez. Eles observaram uma molécula feita de bismuto e carbono. O bismuto é pesado. Ele fica próximo ao final da tabela periódica. Os elétrons ao seu redor não estão apenas avançando; eles estão acelerando o suficiente para que as regras padrão da mecânica quântica comecem a falhar.
A relatividade especial não está mais apenas dobrando o tempo e o espaço. Está remodelando as ligações químicas.
A bagunça do sigma pi
Aqui está como geralmente funciona. Você tem dois átomos conectados. Os elétrons entre eles formam ligações. Pense nos títulos sigma como uma sobreposição frontal. Como um aperto de mão. Ligações Pi se sobrepõem lado a lado. Como ficar um ao lado do outro e dar os braços. É uma imagem arrumada. Limpar. Previsível.
A equipe de Wang mapeou a distribuição de elétrons na molécula de bismuto-carbono. Eles esperavam três títulos. Um sigma. Dois pi. Tarifa padrão.
Eles analisaram os dados. Estava errado.
Em vez de formas distintas de sigma ou pi, eles viram um borrão. Dois dos títulos eram híbridos confusos. Uma mistura de tudo. “Seus personagens são diferentes do entendimento normal”, disse Wang. Você nem poderia chamá-los de sigma ou pi.
Por que? O núcleo do bismuto é enorme. Ele puxa com força esses elétrons internos. Tão forte, na verdade, que a interação eletromagnética força os elétrons a velocidades relativísticas.
Kirk Peterson, da Washington State University, analisou os números. Ele confirmou isso. Esta mistura aconteceu porque os eletrões próximos do bismuto estavam a aproximar-se o suficiente da velocidade da luz para se preocuparem com a matemática de Einstein. Peterson chama os dados experimentais de “um luxo”. Ele observa como é difícil obter bons dados para elementos pesados.
Frio e claro
Havia um truque para ver isso claramente. Você não pode ter elétrons instáveis. Wang esfriou drasticamente as moléculas. *Muito frio.
Isso matou o nervosismo. Sem ruído térmico. Sem desfoque. Apenas um mapa nítido de onde os elétrons queriam estar. Sem esse passo, a distorção relativística teria se perdido na estática.
Isso faz você se perguntar por que ignoramos a relatividade nas aulas de química com tanta frequência.
Trond Saue, da Universidade de Toulouse, diz claramente: a mecânica quântica padrão fica na parte inferior da tabela. Você precisa da relatividade para fazê-la funcionar. Esta não é uma notícia nova em teoria. O ouro é amarelo em vez de branco prateado por causa disso. Mercúrio é um líquido em vez de um bloco sólido. Mas ver isso mudar ativamente a forma como os átomos se ligam? Isso é raro.
Pekka Pyykkö, de Helsinque, diz que isso é importante para a química. Se você estiver usando bismuto em reações orgânicas, a torção relativística nas ligações pode mudar o modo como ele se comporta. Pode torná-lo um catalisador melhor. Ou um pior. Estudos recentes do instituto Max Planck já sugerem que os efeitos relativísticos tornam o bismuto um bom acelerador para certos processos químicos.
Então a estrutura de títulos entrou em colapso? Não exatamente. Simplesmente mudou.
Wang quer saber quando. Exatamente qual ponto da tabela periódica faz com que os títulos tradicionais falhem completamente. Eles estão trocando bismuto por vizinhos para testar os limites.
Parece que estamos apenas arranhando a superfície da química dos elementos pesados. Os livros antigos provavelmente já estão desatualizados. Mas ninguém atualizou as capas ainda.
O mais difícil é a falta de dados experimentais realmente bons.
Isso muda hoje. Talvez amanhã o carvão em sua caneta também aja de forma estranha. Provavelmente não. Mas por que presumir que não?
