Sob altas pressões, como no interior de estrelas e planetas, a matéria passa a se comportar de forma completamente diferente, ocorrendo mudanças ao nível atômico que transforma metais condutores e isolantes. Por exemplo, o sódio vai de um metal acinzentado e brilhante para um isolante transparente semelhante a vidro, e agora um novo estudo descobriu os processos por trás dessas mudanças sob alta pressão.
Para quem tem pressa:
- Antigamente pensava-se que os materiais sob alta pressão se tornavam metálicos, mas descobriu-se que não;
- Alguns elementos e compostos, na verdade se transformam em isolantes ou semicondutores devido a ligações químicas;
- Essa descoberta permite que saibamos mais sobre características astrofísicas de planetas e estrelas.
A pesquisa foi publicada recentemente no Angewandte Chemie International Edition e liderada pela Universidade de Búfalo. Os pesquisadores investigaram como altas pressões realizam transformações na forma como os átomos de sódio se organizam, fazendo com que ele se torne um isolante.
Durante muito tempo, acreditava-se que os materiais se tornavam metálicos sob altas pressões, no entanto, um estudo publicado há duas décadas e escrito por Neil Ashcroft e Jeffrey Neaton, apontou que alguns elementos, como o sódio, na verdade, se tornavam isolantes ou semicondutores quando comprimidos. Eles teorizaram que elétrons mais próximos aos núcleos, considerados inertes, interagiam entre si e com os elétrons mais externos dos átomos de sódio. No novo estudo, os pesquisadores, liderados por Stefano Racioppi, conectaram essa pesquisa anterior junto de conceitos químicos de ligação.
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Interações entre os átomos de sódio
Foi teorizado que condições de alta pressão comprimem os elétrons de sódio nos espaços entre os átomos, conhecido como estado de eletreto. Nesse estado, os elétrons externos absorvem e refletem a luz, enquanto os próximos ao núcleo permitem simplesmente que a luz passe.
No entanto, os cálculos químicos indicaram que os elétrons continuam presos circundando os átomos e quimicamente ligados a outros. Assim, o surgimento desse estado poderia ser explicado através de ligações químicas. A alta pressão faz com os elétrons assumam camadas mais distantes do núcleo e faça com que essas orbitais, agora mais altas, se sobressaiam e formem ligações que causam concentração de cargas nos espaços entre os átomos.
Percebemos que não se trata apenas de elétrons isolados que decidiram deixar os átomos. Em vez disso, os elétrons são compartilhados entre os átomos em uma ligação química. Eles são muito especiais.
Stefano Racioppi, em comunicado
Os pesquisadores explicaram que esse estudo pode ser útil para entender conceitos astrofísicos de estrelas e planetas. Compreender porque o sódio se torna um isolante e prever como outros átomos e elementos se comportam sob alta pressão podem ajudar a explicar como estrelas e planetas evoluem, como é seu interior e como seus campos magnéticos são gerados.
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