Qual é o elemento mais pesado?

Por que é difícil identificar o elemento com densidade mais alta

 

Esta é uma foto de um cristal de ósmio metálico ultrapuro. O cristal de ósmio foi produzido por reação de transporte químico em cloro gasoso. Alchemist-hp, Licença Creative Commons

De

Anne Marie Helmenstine, Ph.D.

Atualizado em 3 de outubro de 2019

Você está se perguntando qual elemento é o mais pesado? Existem três respostas possíveis para esta pergunta, dependendo de como você define "mais pesado" e das condições da medição. Ósmio e irídio são os elementos com maior densidade, enquanto oganesson é o elemento com maior peso atômico.

Principais vantagens: elemento mais pesado

• Existem diferentes maneiras de definir o elemento químico mais pesado.
• O elemento mais pesado, em termos de peso atômico, é o elemento 118 ou oganesson.
• O elemento com maior densidade é ósmio ou irídio. A densidade depende da temperatura e da estrutura do cristal, portanto, qual elemento é mais denso varia de acordo com as condições.

Elemento mais pesado em termos de peso atômico

O elemento mais pesado em termos de mais pesado por um determinado número de átomos é o elemento com o maior peso atômico. Este é o elemento com o maior número de prótons, que é presentemente elemento 118, oganesson ou  ununoctium . Quando um elemento mais pesado é descoberto (por exemplo, o elemento 120), então ele se torna o novo elemento mais pesado. Ununoctium é o elemento mais pesado, mas é feito pelo homem. O elemento mais pesado de ocorrência natural é o urânio (número atômico 92, peso atômico 238,0289).

Elemento mais pesado em termos de densidade

Outra maneira de ver o peso é em termos de densidade, que é massa por unidade de volume. Qualquer um dos dois elementos pode ser considerado o elemento com a maior densidade : ósmio e irídio . A densidade do elemento depende de muitos fatores, portanto não existe um único número de densidade que nos permita identificar um elemento ou outro como o mais denso. Cada um desses elementos pesa aproximadamente o dobro do chumbo. A densidade calculada do ósmio é 22,61 g / cm ³ e a densidade calculada do irídio é 22,65 g / cm ³ , embora a densidade do irídio não tenha sido medida experimentalmente para exceder a do ósmio.

Por que Ósmio e Irídio são tão pesados

Embora existam muitos elementos com valores de peso atômico mais elevados, ósmio e irídio são os mais pesados. Isso ocorre porque seus átomos se compactam mais fortemente na forma sólida. A razão para isso é que seus orbitais de elétrons f são compactados quando n = 5 e n ​​= 6. Os orbitais sentem a atração do núcleo de carga positiva por causa disso, então o tamanho do átomo se contrai. Os efeitos relativísticos também desempenham um papel. Os elétrons nesses orbitais giram em torno do núcleo atômico tão rápido que sua massa aparente aumenta. Quando isso acontece, o orbital s encolhe.

Fonte

• KCH: Kuchling, Horst (1991) Taschenbuch der Physik , 13. Auflage, Verlag Harri Deutsch, Thun und Frankfurt / Main, edição alemã. ISBN 3-8171-1020-0.

 

Mais precisão na datação geológica

Artigo apresenta novo método para definir idade de rochas baseado em isótopos de platina

Por: Fernando Brenha Ribeiro
 

Publicado em 01/11/2005 | Atualizado em 07-05-2016

A idade de meteoritos (como o da imagem, coletado em 1979 na Antártida e identificado como tendo se originado em Marte) poderá ser definida com maior precisão através da análise de um isótopo de platina, método agora aperfeiçoado com a participação de cientistas brasileiros (foto: JPL/Nasa).

Um modelo desenvolvido por pesquisadores brasileiros e italianos deve trazer mais precisão para um recente e promissor método de datação geológica baseado na radiação emitida por certos núcleos do elemento químico platina. Os resultados deverão levar a desdobramentos importantes na determinação das idades de materiais como rochas, minerais e meteoritos. O artigo será publicado em Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B .

A determinação da idade de materiais geológicos, como rochas e minerais, bem como daqueles provenientes do sistema solar – por exemplo, meteoritos e rochas lunares trazidos pelas missões do projeto Apollo – é baseada no decaimento de isótopos radioativos de diversos elementos químicos.

 

Os isótopos radioativos são caracterizados por terem núcleos com um excesso de energia que os torna instáveis. Para atingir a estabilidade, esses núcleos desprezam essa energia extra, emitindo radiação eletromagnética (raios gama) ou partículas do tipo alfa (núcleos do elemento químico hélio, ou seja, dois prótons mais dois nêutrons) e beta (elétrons energéticos).

 

O fenômeno pelo qual o núcleo se livra do excesso de energia é denominado decaimento radioativo. Ao decair, com a emissão de partículas, um núcleo sofre modificação em seu número de massa (soma dos prótons e nêutrons) e/ou número atômico (soma dos prótons), transformando-se no núcleo de outro elemento químico.

 

A liberação de energia, no entanto, não ocorre de forma desordenada. Cada núcleo radioativo de um mesmo tipo tem uma probabilidade bem definida de emitir radiação em um intervalo de tempo finito. Essa probabilidade de decaimento pode ser expressa de várias formas. Uma delas é a chamada meia-vida do isótopo radioativo.

 

A meia-vida corresponde ao tempo necessário para que um conjunto contendo inicialmente N _o núcleos radioativos de um mesmo tipo tenha sua população reduzida à metade. As meias-vidas dos diferentes isótopos radioativos naturais e artificiais variam por diversas ordens de grandeza. O isótopo do carbono com número de massa 14 ( ¹⁴ C) tem, por exemplo, uma meia-vida de 5,7 mil anos, enquanto o isótopo de potássio com número de massa 40 ( ⁴⁰ K) tem uma meia-vida de 1,275 bilhão de anos.

 

Os isótopos radioativos naturais estão presentes nas rochas e nos minerais em quantidades normalmente muito pequenas e que variam ao longo do tempo à medida que ocorre o decaimento radioativo. Os métodos de determinação de idade fundamentados na radioatividade (ou métodos radiométricos de datação) se baseiam na observação dos efeitos da radioatividade.

 

Alguns desses métodos medem o número de partículas emitidas por unidade de tempo por um elemento radioativo, como o método de datação do ¹⁴ C. Outros medem a variação do número de isótopos radioativos e do número dos novos núcleos produzidos pelo seu decaimento ao longo da história do mineral ou da rocha. Um exemplo deste último é o método de datação potássio-argônio (K-Ar). Parte do potássio radioativo ( ⁴⁰ K) decai, produzindo um núcleo de argônio com número de massa 40. Medindo as quantidades de potássio e de argônio contidos em uma amostra e conhecendo a meia-vida do ⁴⁰ K, é possível determinar a idade do material.

 

Os diferentes métodos de datação radiométrica podem ser imaginados como relógios usados para marcar o tempo geológico. O pêndulo desse relógio é a meia-vida do isótopo no qual o método se baseia. Se o período do pêndulo é bem conhecido, o passar do tempo é medido com precisão por um relógio. Da mesma forma, se a meia-vida do isótopo é bem conhecida, a idade de uma amostra pode ser determinada com precisão.

 

Recentemente, foi proposto um novo método de datação baseado no decaimento radioativo do isótopo da platina com número de massa 190 ( ¹⁹⁰ Pt). Esse isótopo emite uma partícula alfa e se transforma no isótopo do ósmio com número de massa 186. As propriedades químicas da platina e do ósmio permitem considerar o novo método como muito promissor para estudos geocronológicos e geoquímicos realizados em minerais ricos em sulfetos e em alguns tipos de meteoritos.

 

A aplicação do método encontra, no entanto, uma dificuldade fundamental. A meia-vida da ¹⁹⁰ Pt não é conhecida com precisão. Diferentes métodos foram usados para determinar essa meia-vida, mas os resultados obtidos até o momento variam entre 240 bilhões e 1 trilhão de anos. O valor adotado atualmente é de 650 bilhões de anos. Meias-vidas assim longas são difíceis de medir, uma vez que o número de decaimentos radioativos que esse isótopo sofre em qualquer intervalo de tempo de observação em laboratório é muito pequeno.

 

Pesquisadores do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), associados a colegas da Universidade de Roma, vêm contribuindo para a obtenção de um valor mais preciso para a meia-vida da ¹⁹⁰ Pt. Uma de suas contribuições consiste em uma equação obtida teoricamente para predizer o valor da meia-vida de um isótopo. Um dos parâmetros dessa equação não pode ter seu valor determinado pela teoria que deu origem à equação e deve ser estabelecido a partir de dados experimentais. Por essa razão, o modelo é chamado de semi-empírico.

 

Os autores – os pesquisadores brasileiros Odilon Tavares e Emil Medeiros, do CBPF, e a italiana Maria Letizia Terranova, da Universidade de Roma – usaram valores de meia-vida de outros 18 isótopos da platina, que podem ser descritos pela equação e cuja meia-vida é bem conhecida. Com o parâmetro semi-empírico determinado, a meia-vida da ¹⁹⁰ Pt foi calculada em (3,7 ± 0,3) x 10 ¹¹ anos, ou seja, 370 bilhões de anos, com um desvio de 30 bilhões de anos para mais ou para menos.

 

Esse valor é comparável com o valor experimental de 320 bilhões de anos – ou seja, (3,2 ± 0,1) x 10 ¹¹ – obtido pelos mesmos autores há alguns anos. O resultado é uma contribuição importante para a solução do difícil problema de estabelecer a meia-vida da ¹⁹⁰ Pt com a precisão necessária para estudos geocronológicos e geoquímicos.


Fernando Brenha Ribeiro
Departamento de Geofísica,
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas,
Universidade de São Paulo

Memórias de irídio

15/12/2010
Agência FAPESP – Um dos metais mais raros na Terra pode ser uma excelente opção para a produção de memórias cada vez mais rápidas para computadores e dispositivos eletrônicos, segundo estudo feito por um grupo de cientistas de Taiwan.
Trata-se do irídio, o elemento químico de número atômico 77, um metal de transição muito resistente à corrosão. É empregado em ligas de alta resistência que podem suportar elevadas temperaturas. Pouco abundante, é encontrado na natureza associado ao ósmio e à platina.
“Ao inserirmos nanocristais de irídio na porta flutuante, uma parte crítica da memória flash, verificamos excelente capacidade de funcionamento bem como estabilidade nas temperaturas elevadas usadas no processamento de tais dispositivos semicondutores”, disse Wen-Shou Tseng, do Instituto de Pesquisa em Tecnologia Industrial de Taiwan, um dos autores do estudo.


Estudo indica que metal tem propriedades excelentes para a produção de memórias cada vez mais rápidas para computadores e dispositivos eletrônicos (divulgação)

Os resultados foram publicados no Applied Physics Letters, periódico do American Institute of Physics. A porta flutuante é um dos tipos de transistores na memória flash, separada da porta de controle por uma camada fina de um óxido.
Os cientistas escolheram o irídio principalmente por duas propriedades muito desejadas na fabricação de memórias eletrônicas. Em primeiro lugar, o metal mantém fortemente seus elétrons, o que é uma propriedade excelente relacionada com a manutenção de informação digital.
Em segundo, tem um ponto de derretimento de cerca de 2.500º C, muito acima dos 900º C que os chips precisam suportar durante a fabricação. Além disso, apesar de ser raro, apenas um bilionésimo de bilionésimo de grama de irídio é necessário para cada porta das memórias.
Muitos países têm investigado novas formas de melhorar a popular memória flash, que é um tipo de chip de memória não volátil usado em praticamente todas as câmeras digitais e eletrônicos portáteis. Recentemente, a memória flash também tem sido aplicada em computadores, como a nova versão do MacBook Air, da Apple.
Segundo o novo estudo, a maneira mais fácil para que as futuras memórias do tipo contenham mais dados e possam gravar e acessar dados mais rapidamente está na diminuição das dimensões dos chips atuais, incluindo das portas de seus transistores.
O problema é que o desenho da porta flutuante atual já evoluiu até um ponto a partir do qual não será possível diminuir muito mais e continuar suportando as cargas elétricas responsáveis pelo armazenamento dos dados.
E é aí que entram os nanocristais de irídio, propostos como uma mudança relativamente simples para melhorar a performance e reduzir o tamanho dos componentes, sem que isso implique alterar fundamentalmente seu desenho atual.
O artigo Formation of iridium nanocrystals with highly thermal stability for the applications of nonvolatile memory with excellent trapping ability (doi:10.1063/1.3498049), de Wen-Shou Tseng e outros, pode ser lido por assinantes da Applied Physics Letters em http://link.aip.org/link/applab/v97/i14/p143507/s1.