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terça-feira, 24 de dezembro de 2013

Coisas que só Tony Stark pode fazer: criar seu próprio elemento químico

Há um bocado de exemplos interessantes e/ou insanos nos filmes e quadrinhos, que podem ser explorados à luz da Ciência. Mesmo que Física e Biologia tenham ganhado mais espaço na cultura pop, muitas ideias e conceitos bebem também da água da Química.

Um bom exemplo está no Homem de Ferro 2.


No filme, a genialidade de Tony Stark é posta à prova mais uma vez para que ele sobreviva. O reator Arc em seu peito está vazando paládio para sua corrente sangüínea, intoxicando-o. A solução contra uma morte lenta e nada glamurosa é obter um substituto para o paládio. Se nenhum dos 118 elementos conhecidos e listados na Tabela Periódica serve, então o jeito é fazer um novo, conforme previsto pelo pai de Tony em uma mensagem codificada na maquete da Expo 1974. 





Ninguém sabe direito como o arc-reactor gera energia para a armadura. Aliás, uma quantidade descomunal de energia vinda de um dispositivo pequenino. Só sabemos que a energia gerada por ele é provavelmente oriunda de fusão nuclear e que  contém Paládio. Há trabalhos teóricos estudando o uso de Paládio como catalisador de uma fusão a frio com átomos de hidrogênio, porém nenhum resultado prático, ainda.


O Paládio é a raiz do problema para o HdF, e o que se deve saber para propôr substituí-lo?

Como a gente sabe, todos os elementos químicos conhecidos são produzidos no cerne das estrelas (por isso, inclusive, é que Carl Sagan afirma que nós somos feitos de "Star Stuff").


Todos, exceto os de número atômico de 99 a 118, os quais foram sintetizados. Essa síntese envolve processos de fusão nuclear ou de absorção de nêutrons. Dá pra se ter uma ideia de que não é nada simples. Além disso, a meia vida desses elementos é em geral curtíssima. A meia vida do isótopo Ununoctium-294 (Z=118) é de 0,89 milissegundos, quando então decai para Lv-290.


A tabela periódica lista todos os elementos conhecidos, e os elementos são definidos por seu numero atômico. Isto é, só é novo um elemento cujo número atômico ainda não esteja tabelado, e esses são os números maiores.

 Então temos aqui algumas hipóteses sobre que elemento é este.
1- o pai de Tony preparou o " blueprint" do novo elemento antes de 1974. Nessa época, o último elemento da tabela era o Seabórgio (Z=106). Tony poderia ter preparado um dos seguintes, e que estão tabelados hoje. Porém, Jarvis o identifica como um novo elemento, e sua informação é a mais atual, então hipótese descartada.
2- da mesma maneira, não poderia ser um isótopo de um elemento já conhecido, ou seja um átomo já conhecido, mas com alguns nêutrons a mais, já que, por definição, um novo isótopo não é um novo elemento. Então assumimos que o novo elemento de Stark seria de fato algo novo (duh).

Então que raios de elemento é este? Será que um dia realmente será sintetizado? 


Para tentar isto, alguns critérios:
O último elemento da tabela periódica atual é o de número atômico 118, o Ununóctio (este é um nome provisório, que apenas significa 1-1-8. Quando for confirmado, ganhará um nome definitivo). Novos elementos, portanto, só a partir de 119 prótons.


Do ponto de vista de propriedades do novo material, se o objetivo é substituir o Paládio, logo deve ter alguma característica semelhante. A organização periódica da Tabela permite localizar em grupos materiais com propriedades semelhantes. Se o Paládio tem função importante em catálise, seus parentes de grupo Níquel e Platina também o têm. 

O novo elemento poderia estar no mesmo grupo do Paládio, portanto Z=128. 

Poderia este elemento ser o tal Vibranium?

A teoria atômica estabelece "números mágicos" (um conceito científico, apesar do nome) para a composição de núcleos atômicos estáveis. De acordo com ela, o próximo elemento estável deve ter número atômico Z=126, e que pode apresentar propriedades úteis semelhantes (ou até melhores) que o Pd, mas não dá pra prever. Ainda pode se assemelhar, já que cairá no grupo do Rutênio e Ósmio, que junto com Platina, Paládio, Ródio e Irídio formam o grupo dos 6 metais platinados, que possuem características parecidas e até costumam ser encontrados juntos em minérios.


Para obtê-lo, Tony monta um acelerador de partículas com peças da garagem. Não entraremos neste mérito, embora seja algo perfeitamente possível, com os dispositivos certos e uma fonte razoável de energia. Ele poderia então promover a fusão de um núcleo de Califórnio-249 (Z=98) com um de Zinco (Z=30), por exemplo, algo parecido com o que foi feito para sintetizar o Ununóctio (que foi sintetizado a partir da fusão de Califórnio-249 e Cálcio-48 (Z=20)), não sei...


Ciclotron U-400, em Dubna, Rússia
O Ununóctio é fruto da colaboração do Joint Institute for Nuclear Research (Dubnia, Russia) e do Lawrence Livermore National Laboratory, Califórnia, publicado em 2002.








Resumidamente, eles bombardearam os íons de Cálcio em uma placa de Titânio na qual os átomos de Califórnio estavam depositados. 

O experimento durou 2300 horas de bombardeamento (95 dias!!), consumindo 2.5 x 1019 íons de Cálcio (quase 2 mg) para no final resultar em dois átomos de Ununóctio-294 que existiram por 2,55 e 3,16 milissegundos. 
Na verdade, esses átomos "podem ter existido", já que a IUPAC considera que não há dados suficientes para confirmá-los.


"Deal with it"
Então, esbarramos em alguns problemas:
  • Esses novos elementos são todos radioativos (em geral com decaimento alfa);
  • O elemento que teria propriedades químicas para substituir o Paládio não bate com as teorias atômicas atuais de previsão de novos elementos estáveis;
  • Seriam necessários quase 3 meses com o ciclotron funcionando a todo vapor para sintetizar o novo elemento;
  • A quantidade sintetizada não gera um material massivo, e sim um punhado de átomos que só existe por milissegundos.


O filme é maneiro mesmo assim. Fiquemos com a boa e velha suspensão de descrença.


quinta-feira, 12 de dezembro de 2013

Parece mágica, mas é ciência #2


Isto é Hexafluoreto de Enxofre, densidade de 6,17g/L (a densidade do ar é cerca de 1,22 g/L).