Superátomos – O que é isso?

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

Químicos e físicos que se preparem! Vem aí uma nova versão da tabela periódica! Talvez o químico russo Dmitri Mendeleev esteja se retorcendo neste momento da história com a possibilidade do surgimento dessa novidade... A nova tabela de que estamos falando 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 são aglomerados estáveis ou metaestáveis de átomos (chamados neste texto de cluster), que podem mimetizar o comportamento químico dos átomos elementares.

Figura 1. Uma nova visão da tabela periódica em três dimensões com a inclusão dos superátomos que mimetizam o comportamento dos átomos elementares (Figura: Cortesia do Prof. S. N. Khanna)

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

Figura 2. Um superátomo: Cluster contendo treze átomos de alumínio que mimetiza um átomo de iodo (Figura: Cortesia do Prof. S. N. Khanna)

Em um estudo mais recente (2009), publicado na revista Nature Chemistry, o professor Shiv N. Khanna e colaboradores realizaram cálculos computacionais para clusters contendo vanádio e metais alcalinos, como sódio e césio. 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. Em outras palavras, o átomo de vanádio deixa de ter sua configuração eletrônica original d3 s2, passando a ser d5 s2.

Segundo o professor Khanna, a associação entre as 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 “spintrônica molecular”, na qual se pretende manipular o momento magnético de spin da molécula, na busca de 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.

Fonte: http://www.uff.br/sbqrio/novidades/Novidades2009/Superatomos.html