PROFESSOR

PAULO CESAR

PORTAL DE ESTUDOS EM QUÍMICA
 

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OS SUPERÁTOMOS E A NOVA TABELA PERIÓDICA

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Uma nova visão da tabela periódica em três dimensões com a inclusão dos superátomos que mimetizam o comportamento dos átomos elementare

 

Do desenvolvimento de novos materiais magnéticos à perspectiva de uma nova tabela periódica em 3 dimensões

 

Cluster de Alumínio e Hidrogênio (Al4H7-)

 

Químicos e físicos se preparem! Vem aí uma nova versão da tabela periódica! Talvez o químico russo Dimitri Mendeleev esteja se retorcendo neste momento da história com a possibilidade do surgimento dessa novidade... A nova tabela de que estamos falando desta vez não é composta apenas de átomos mas também de superátomos. Átomos mais fortes e maiores do que os outros? Não, não... Na realidade, estes superátomos constituem-se de um aglomerado estável ou metaestável de átomos (chamados neste texto de cluster) que podem mimetizar o comportamento químico de átomos elementares.

A idéia básica dos superátomos fundamenta-se na analogia entre o espectro eletrônico e a valência química dos clusters quando comparado aos dos átomos. Desde 1997, diversos clusters contendo átomos de alumínio como Al13, BAl12, Al14 e entre outros foram descritos como sendo capazes de mimetizar o comportamento químico de halogênios e metais alcalinos-terrosos. Outros exemplos de superátomos são os clusters Li(HF)3Li, VSi16F e um cluster contendo treze átomos de platina, que possui propriedades magnéticas.

Um superátomo: Cluster contendo treze átomos de alumínio que mimetiza um átomo de iodo.

 

Em um estudo mais recente (2009), publicado na revista Nature Chemistry, o professor Shiv N. Khanna e colaboradores realizam cálculos de primeiros princípios para clusters contendo vanádio e metais alcalinos, como sódio e césio. Especialmente em um deles, observaram que o cluster formado por um átomo de vanádio e oito de césio (VCs8) atua como um minúsculo magneto, mimetizando as propriedades magnéticas de um átomo de manganês.  A explicação deste fenômeno pode ser atribuída ao preenchimento do subnível d do vanádio por elétrons do metal alcalino, o que leva em um aumento no momento magnético de três para cinco magnétons de Bohr (mB), característico de um átomo de manganês. Em outras palavras, o átomo de vanádio deixa de ter sua configuração eletrônica original d3 s2, passando a ser d5 s2.

Uma das vantagens da utilização desses superátomos é a possibilidade de modulação de suas estruturas. A combinação direta de dois clusters de VCs8 leva a formação de um novo composto de fórmula molecular V2Cs16, mais estável do que seus precursores. Esta combinação resultou em alterações nas propriedades magnéticas do composto, onde o momento magnético total de spin observado foi de 12mB, ou seja, 2mB maior do que dois clusters isolados. Verificou-se, através de cálculos DFT, que no estado fundamental os átomos de vanádio estão acoplados ferromagneticamente, assim como no dímero Mn2, mostrando que as propriedades miméticas são mantidas mesmo quando os superátomos estão interagindo entre si.

Segundo o professor Khanna, a associação entre propriedades elétricas e magnéticas observadas em superátomo pode trazer um significante desenvolvimento em uma área conhecida como “eletrônica molecular”, onde se estuda o efeito da corrente elétrica sobre uma molécula e está direcionada para fabricação de nanodispositivos. Aproveitando-se das propriedades magnéticas observadas em alguns superátomos, o grupo do professor Khanna já iniciou os trabalhos em outra área emergente da nanotecnologia, chamada de “spintronica molecular”, na qual se pretende a manipulação do momento magnético de spin da molécula visando-se aplicações em dispositivos de armazenamento de informações e processamento de dados.

Certamente, um dos grandes desafios da ciência dos materiais hoje é o desenvolvimento de novos materiais magnéticos. Nesta linha, as pesquisas com os superátomos mostram-se extremamente promissoras para o desenvolvimento de novas tecnologias.

 

Fontes de informação

Magnetic Super-atoms Discovered Matéria da Science Daily de 16 de junho de 2009. Disponível em: < http://www.sciencedaily.com/releases/2009/06/090615153120.htm>. Acesso em: 18 Junho 2009.

Khanna Research Group. Disponível em: <http://www.people.vcu.edu/~khanna/Faq/Khanna.html>. Acesso em: 18 Junho 2009.

Reveles, J. U. ; Clayborne, P.A.; Reber, A. C.; Khanna, S. N.; Pradhan, K.; Sen, P.; Pederson, M. R.  Designer magnetic superatoms. Nature Chemistry 2009, Publicado online em 14 Junho  2009.

Bergeron, D. E.; Roach, P. J.; Castleman, A. W. Jr; Jones, N. O.; Khanna, S. N. Al cluster superatoms as halogens in polyhalides and as alkaline earths in iodide salts. Science 2005, 307, 231.

Claridge, S. A.; Castleman Jr., A. W.; Khanna, S. N.; Murray, C. B.; Sen, A.; Weiss, P. S. Cluster-Assembled Materials. ACS Nano 2009, 3, 244.

Roach, P. J.;  Woodward, W. H.; Castleman Jr., A. W.; Reber, A. C.; Khanna; S.N. Complementary Active Sites Cause Size-Selective Reactivity of Aluminum Cluster Anions with Water. Science 2009, 323, 492.

 

 

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Este site foi atualizado em 14/01/11