El einstenio irrumpe en la química: el seaborgio se comporta distinto a sus vecinos en la tabla periódica

El seaborgio rompió la tendencia habitual de su grupo en la tabla periódica. En un experimento de laboratorio, los investigadores por primera vez midieron la energía necesaria para romper uno de sus enlaces químicos y hallaron un resultado inesperado: en el elemento superpesado el enlace resultó ser más débil que en el wolframio, que está situado por encima en la tabla. Los cálculos sin correcciones relativistas predecían lo contrario.

El seaborgio ocupa la casilla 106 de la tabla periódica y pertenece al mismo grupo que el cromo, el molibdeno y el wolframio. Los investigadores estudiaron el hexacarbonilo de seaborgio Sg(CO)₆, donde el átomo central está rodeado por seis moléculas de monóxido de carbono. En los elementos más ligeros de ese grupo el enlace del metal con CO se fortalece progresivamente desde el cromo hasta el wolframio, por lo que los químicos podían esperar que la tendencia continuara.

El seaborgio se comportó de forma diferente. Para separar la primera molécula de CO de Sg(CO)₆ se requirieron 188 ± 9 kJ/mol. En el análogo de wolframio el valor alcanza 192 ± 8 kJ/mol. La diferencia es pequeña, pero la dirección del cambio fue crucial: tras un crecimiento sucesivo la fuerza del enlace en el seaborgio descendió.

La causa, según la física, se busca en los efectos relativistas, que se manifiestan especialmente en los elementos superpesados. El núcleo del seaborgio contiene 106 protones y atrae con gran fuerza a los electrones. Con cargas tan altas la descripción no relativista ya no es suficiente: la mecánica cuántica relativista modifica el cálculo de la energía y la forma de los orbitales electrónicos, y con ello cambia el enlace químico.

En el caso del seaborgio son especialmente importantes los orbitales 6d. Las correcciones relativistas elevan su energía, por lo que el intercambio de densidad electrónica entre el átomo de seaborgio y las moléculas de CO se debilita. El enlace químico acaba siendo menos fuerte que en el wolframio. Los cálculos modernos predijeron de antemano ese cambio, mientras que el modelo no relativista seguía indicando un aumento desde el molibdeno, pasando por el wolframio, hasta el seaborgio.

Comprobar los cálculos no fue sencillo, ya que no se puede colocar el seaborgio en un tubo de ensayo y estudiarlo con métodos químicos convencionales. Los investigadores trabajaron literalmente con átomos individuales del seaborgio-259 de vida corta. Los átomos entraban en una mezcla de helio y monóxido de carbono, donde una fracción alcanzaba a formar el volátil Sg(CO)₆, tras lo cual los productos se separaban y se registraban por su desintegración radiactiva.

En todo el experimento los detectores registraron 75 sucesos con seaborgio-259, de los cuales solo tres pudieron atribuirse al hexacarbonilo volátil. Para comparar, los científicos estudiaron con el mismo método isótopos de wolframio de vida corta. La proporción de los compuestos obtenidos permitió calcular con qué facilidad Sg(CO)₆ pierde la primera molécula de CO.

El hexacarbonilo de seaborgio se obtuvo por primera vez en 2014, pero entonces no fue posible determinar la energía de ruptura del enlace debido al número demasiado reducido de sucesos. Las nuevas mediciones proporcionaron por primera vez un valor numérico y a la vez comprobaron una de las consecuencias más inusuales de la física de átomos pesados. En el extremo lejano de la tabla periódica, la posición de un elemento ya no siempre permite simplemente continuar las tendencias de sus vecinos más ligeros: los efectos relativistas empiezan a cambiar de forma notable la propia química.