Tabela Periódica para moléculas é quadridimensional

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2019

Além de serem quadridimensionais, são várias tabelas periódicas para diferentes tipos de moléculas.
[Imagem: Tsukamoto et al. - 10.1038/s41467-019-11649-0]

Tabela Periódica para moléculas

O ano em que a Tabela Periódica completou 150 anos marcou também o advento de uma Tabela Periódica para altas pressões, seguindo-se a uma Tabela Periódica Monoatômica, que está servindo como guia para sintetizar materiais bidimensionais.

E já há novidades na área: uma equipe do Instituto de Tecnologia de Tóquio acaba de desenvolver tabelas semelhantes à tradicional Tabela Periódica dos elementos, mas que listam moléculas em vez de átomos.

Esta abordagem promete facilitar muito o trabalho de prever novas substâncias estáveis e criar novos materiais úteis.

Embora alguns pesquisadores já tivessem pensado nessa possibilidade antes, e até proposto regras periódicas para prever a existência de certas moléculas, essas previsões se mostraram válidas apenas para grupos de átomos com simetria quase esférica, devido às limitações das próprias teorias. No entanto, existem muitos grupos de átomos com outras formas e outros tipos de simetrias que devem ser considerados em aplicações do mundo real.

A chave para a elaboração das tabelas periódicas para moléculas consiste em levar em conta as simetrias das moléculas.
[Imagem: Tsukamoto et al. - 10.1038/s41467-019-11649-0]

Modelos orbitais adaptados à simetria

Takamasa Tsukamoto e seus colegas propuseram agora uma nova abordagem, que se mostrou capaz de viabilizar a construção de tabelas periódicas para moléculas com múltiplos tipos de simetrias.

A nova estrutura é baseada em uma observação sobre o comportamento dos elétrons de valência dos átomos que formam aglomerados moleculares. Os elétrons de valência podem ser considerados elétrons "livres" em átomos com um orbital mais externo e, portanto, podem interagir com os elétrons de outros átomos para formar compostos.

Quando múltiplos átomos formam um aglomerado com uma forma simétrica, seus elétrons de valência tendem a ocupar orbitais moleculares específicos, chamados de "orbitais superatômicos", nos quais eles se comportam quase exatamente como se fossem os elétrons de um átomo enorme.

Levando esse fato em consideração, e analisando os efeitos das simetrias estruturais para cada aglomerado, os pesquisadores propuseram o que eles chamam de "modelos orbitais adaptados à simetria", ou SAO na sigla em inglês (Symmetry-Adapted Orbital). Esses modelos se mostraram de acordo com várias moléculas conhecidas e com o estado da arte em termos de cálculos da mecânica quântica.

As novas tabelas periódicas, que podem ser criadas para cada tipo de simetria, são na verdade quadridimensionais, porque as moléculas são organizadas de acordo com quatro parâmetros: grupos e períodos (com base em seus elétrons de valência, de forma similar à Tabela Periódica normal), espécies (com base nos elementos constituintes) e famílias (com base no número de átomos).

Os nanomateriais - aqui ilustrados apenas na simetria tetraédrica - estão entre os principais alvos da busca por novos materiais promissores.
[Imagem: Tsukamoto et al. - 10.1038/s41467-019-11649-0]

Síntese de novos materiais

As tabelas periódicas para moléculas representam o guia que faltava para o campo dos novos materiais, sempre envolvido com o projeto e a síntese de materiais com propriedades inovadoras.

O caminho a seguir consiste em expandir ainda mais essas tabelas para abranger grupos moleculares com outras formas e simetrias, e usá-las para prever moléculas estáveis que possam então ser sintetizadas.

"As modernas técnicas de síntese nos permitem produzir muitos materiais inovadores baseados no modelo SAO, como materiais magnéticos leves. Entre as infinitas combinações de elementos constituintes, a tabela periódica proposta será uma contribuição significativa para a descoberta de novos materiais funcionais," disse o professor Yamamoto.

Bibliografia:

Artigo: Periodicity of molecular clusters based on symmetry-adapted orbital model
Autores: Takamasa Tsukamoto, Naoki Haruta, Tetsuya Kambe, Akiyoshi Kuzume, Kimihisa Yamamoto
Revista: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-019-11649-0