Ağır aktinitler – plütonyumdan sonra periyodik tablonun altındaki elemanlar – radyoaktif, nadir ve kimyasal olarak karmaşıktır, bu da onları çalışılmasını zorlaştırır. Bu unsurlar üzerinde yapılan çoğu çalışma geleneksel olarak bir zaman zaman tek bir bileşik yapıldı veya lantanidler gibi daha güvenli olan daha az toksik ve radyoaktif olmayan vekillerden tahmin edildi. Bu nedenle, ağır aktinitlerin kimyasal özellikleri hakkında nispeten az şey bilinmektedir.
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki (LLNL) araştırmacılar, ağır aktinit bileşiklerin sentezi ve analizi için bu alanın engellerini akıcı ve verimli bir “seri yaklaşım” ile kırıyorlar.
Yayınlanan yeni bir çalışma Amerikan Kimya Derneği Dergisi Aktinides Amerium ve Curium’un, bazı aktinitlerin ve lantanidlerin aynı kimyayı sergilediği tarihsel fikir birliğinden ayrılan gerçekten benzersiz kimyasal özelliklere sahip olduğunu ortaya koymaktadır.
Yazarlara göre, LLNL bilim adamları Ian Colliard ve Gauthier Deblonde, bu muhtemelen Amerium ve Curium bileşiklerinde yayınlanan en büyük kristalografik ve spektroskopik veri kümesi.
Colliard, “Yaklaşımımız, en nadir ve en zorlu unsurlardan ikisi olan Americium ve Curium içeren bileşiklerin sentezi, kristalleşmesi ve ayrıntılı yapısal ve spektroskopik analizine izin verir.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Livermore’daki kaynaklar sayesinde, artık böyle unsurlar üzerinde seri kimya yapabiliriz – ki bu daha önce mümkün değildi.”
DeBlonde ve Colliard, ilgili lantanid analogları, neodimyum ve europium ile birlikte amerium ve curiyumun koordinasyon komplekslerini sentezledi ve karakterize etti.
Burada, bir koordinasyon kompleksi, Amerium veya Curium atomlarının polioksometalatlar (POMS) ligandları ile çevrili olduğu bir tür kimyasal bileşiğe atıfta bulunur – daha iyi, kararlı metal ve oksijen atomları kümeleri. Bu ligandlar, Amerium veya Curium atomlarının etrafına sarılarak ayrıntılı olarak incelenebilen kararlı bir kompleks oluşturur.
Bir pom kompleksi oluşturmak, yeni bir bileşiği keşfetmenin ilk adımıdır. Çalışmaları için araştırmacılar, sulu çözeltilerdeki 25 curium -pom kompleksinin lüminesans özelliklerini araştırdılar ve bu alan için önemli bir deneysel veri kümesini temsil ettiler. Bu 25 kompleksden, yedi curyum bileşiği tek kristaller olarak başarılı bir şekilde izole edildi ve yapısal olarak karakterize edildi, aktinit koordinasyon kimyasının çalışmasına farklı katkılar gösterildi.
Nadir bir ağır elementin 500 ila 5.000 mikrogramı arasında herhangi bir yerde gerektiren önceki çalışmalara kıyasla, POM’lar kullanmak, araştırmacıların gerekli miktarı reaksiyon başına sadece 1-10 mikrograma kadar önemli ölçüde azaltmasına izin verdi. Bu çalışmada, bu inovasyon Amerium ve Curium’un etkili sentezini sağladı, ancak gelecekteki araştırmalarda diğer birçok ağır unsura da uygulanabilir.
Yeni piyasaya sürülen veri kümesi ile, bugüne kadar yapısal olarak karakterize edilen curyum bileşiklerinin yaklaşık% 45’i LLNL’de yapılan araştırmaların bir sonucudur.
Deblonde, “Şimdi, Enerji Bölümü tarafından üretilen değerli araştırma izotoplarından çok daha azını kullanırken daha fazla veri alabiliriz. Bu, gerçek kimyasal eğilimleri sadece tek bileşik deneylerden tahmin etmekle kalmayıp bir dizi bileşikte tespit edebileceğimiz anlamına geliyor.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Ayrıca öğrencileri ve yeni nesil radyoçıları geleneksel olarak sınır dışı olan unsurlar konusunda eğitebiliriz.”
Bileşiklerin yapısal, titreşim ve optik özelliklerini incelemek ve karakterize etmek için, Colliard ve Deblonde analitik tekniklerin bir kombinasyonunu kullanmıştır. Katı hal spektroskopisi, curium komplekslerindeki atomlar arasında nadiren gözlenen titreşim etkileşimlerini ortaya çıkardı, bu da yeni yayılan (ışık yayan) yolların potansiyelini gösterdi.
Bu yollar, lüminesans fenomenlerinin ve ağır elementlerin ışık hızına yakın yörüngesinde yörüngede olan elektronların özelliklerini geliştirmek için gereklidir.
Bu bulgular, bazı özellikleri paylaşırken, Americium ve Curium gibi aktinitlerin lantanidleri inceleyerek tam olarak tahmin edilemeyen benzersiz kimyasal davranışlar sergilediğini ortaya koyarak aktinit -lantanid benzerliği varsayımına meydan okuyor. Aktinitlerin farklı kimyasal ve fiziksel özellikleri, yeni bileşik serisinde belirgindi.
Daha sonra, araştırmacılar “seri yaklaşımlarını” nükleer uygulamalarda bulunan diğer nadir unsurlara uygulamak için istekli ve periyodik tablonun kenarındaki unsurların benzersiz özelliklerini daha da araştırıyorlar.
