Terbiyumun bulunması zor artı-4 formu sıradan laboratuvar koşullarında ortaya çıkıyor ve nadir toprak metalleri için olasılıklar açıyor

Iowa Üniversitesi liderliğindeki yeni bir çalışmada kimyagerler, nadir toprak metali terbiyumun atipik bir durumunu izole ettiklerini ve ayrıntılı olarak tanımladıklarını; bu, bilgisayar ve gelişmiş sensörler de dahil olmak üzere kuantum teknolojilerinde kullanımını genişletebilecek bir ilerlemedir. “Tb(IV) polioksometalatın yapısal ve spektroskopik karakterizasyonu” başlıklı çalışma dergide yayınlandı Doğa İletişimi.

Çoğunlukla Çin’de çıkarılan, aynı zamanda Amerika Birleşik Devletleri ve diğer birkaç ülkede de bulunan gümüş grisi bir metal olan Terbiyum, birçok cihaz ve teknolojinin merkezinde yer alıyor. Bu element televizyonlar, floresan lambalar ve LED ekranlar için gerekli olan yeşil fosforun temelini oluşturur. Aynı zamanda katı hal cihazlarında ve yakıt hücrelerinde de önemli bir rol oynar ve aynı kalitede görüntünün çok daha kısa bir maruz kalma süresiyle üretilmesine izin vererek tıbbi X ışınlarının güvenliğini artırmak için kullanılır.

Yararlı olmasına rağmen terbiyum, erişimi ve kullanımı konusunda engellerle birlikte gelir. Lantanitler adı verilen, neredeyse aynı fiziksel özelliklere sahip olan ve sıkı kontrol edilen laboratuvar koşulları dışında ayrılmalarını zorlaştıran bir metal grubu olan bir grup elementin parçasıdır.

Kimya Bölümünde yardımcı doçent olan Korey Carter ve Kimya Bölümünde doçent olan Pere Miro liderliğindeki Iowa kimyagerleri, normal çevre koşulları altında terbiyumu ayırmanın, süreci daha ucuz ve kolay hale getirecek ve metalin tüm özelliklerinin keşfedilmesini sağlayacak bir yol aradılar.

Bunu yapmak için, terbiyumu bağlayan ve oksidasyon durumunu değiştirmesine neden olan metal ve oksijen atomlarından oluşan kafes benzeri bir moleküler yapı tasarladılar; sonuçta izole edilebilecek ve ayrıntılı olarak incelenebilecek yeni bir versiyon ortaya çıktı.

Bu, terbiyumun ve potansiyel olarak diğer lantanitlerin birbirlerinden nasıl daha verimli bir şekilde ayrılabileceğini gösteren bir kavram kanıtıdır ve bu nadir toprak metallerinin her birinin nasıl daha yaygın olarak kullanılabileceği konusunda yeni yollar açmaktadır.

Düz havada ayrılma sorunu

Çalışmanın yazarlarından Carter, “Lantanitlerle ilgili zorluklardan biri, aynı oksidasyon durumunda olmayı tercih etmeleridir ve bu durumu değiştirmek ve böylece laboratuvar gibi sıkı bir şekilde kontrol edilen bir ortamda gerçekleştirilmeden birini diğerinden ayırmanın zor olmasıdır” diyor. “Ancak terbiyumu, özel laboratuvar kontrolleri gerektirmeyen bir ortamda oksidasyon durumunu değiştirerek izole etmek veya ayırmak için bir yöntem geliştirdik.”

Bu, diğer nadir toprak metalleri gibi terbiyumun da daha geniş kullanıma açılmasını sağlayabilir. Alanlardan biri, atomların ve diğer küçük bileşenlerin tuhaf, tahmin edilmesi zor şekillerde hareket ettiği görünmeyen dünya olan kuantum teknolojisidir.

Potansiyel uygulamalar arasında navigasyon, tıbbi görüntüleme ve diğer alanlardaki bilgi işlem ve gelişmiş sensörler yer alır.

Terbiyumun daha nadir bir duruma itilmesi

Terbiyum, diğer lantanitler gibi en yaygın olarak artı-3 oksidasyon durumunda meydana gelir. Oksidasyon durumu, elektronların bir bileşikteki bir atoma nasıl atandığının resmi bir ölçüsüdür. Terbiyumun en kararlı olduğu artı-3 durumundaki özellikleri iyi bir şekilde belgelenmiştir, ancak diğer oksidasyon durumlarındaki özellikleri daha az araştırılmıştır.

Daha az araştırılan formlardan biri artı-4 oksidasyon durumudur. Tb(III)’ün Tb(IV)’e oksitlenmesi, bir ek elektronu resmi olarak ortadan kaldırarak elementin elektronik yapısını ve kimyasal davranışını değiştirir.

Carter şöyle açıklıyor: “Onu bir elektron vermeye veya kabul etmeye zorlayabilirsiniz, ancak bu genellikle enerji açısından elverişsizdir.”

Carter’a göre araştırmacılar terbiyumu artı-4 oksidasyon durumuna dönüştürdüler, ancak bunu sıkı, havasız ortamlarda yaptılar.

Moleküler bir kafes işi yapar

Ekibi, tungsten ve oksijen veya polioksometalattan oluşan moleküler bir düzenek oluşturarak ve ligandlar olarak bilinen bağlayıcı maddeler ekleyerek engelleri azaltmaya çalıştı. Iowa’lı kimyagerler terbiyum atomunu bu kafeslere sıkıştırarak potasyum persülfat adı verilen kimyasal bir oksidan eklediler. Bu, terbiyum atomunun bir elektron kaybetmesine, oksidasyon durumunu değiştirmesine ve dolayısıyla izole edilmesine neden olan bir reaksiyonu başlattı.

Üstelik Carter’ın ekibi terbiyumu ortam koşullarında izole etti; bu, sıcaklık, nem veya basınç gibi özel kontroller gerektirmeyen bir ortam anlamına geliyor.

“Eğer evinizde olsaydınız ve bir kimya deneyi düzenliyor olsaydınız, bu bizim laboratuvarda yaptığımıza benzer olurdu” diyor.

Sonraki hedef: Radyoaktif elementler

Carter, terbiyumun kimyasının normal bir ortamda değiştirilmesinin, kuantum teknolojileri gibi uygulamalara erişmeyi kolaylaştırabileceğini ve potansiyel olarak uygulamalarını genişletebileceğini veya diğer metalleri ayırmaya yardımcı olabilecek bilgiler sağlayabileceğini söylüyor. Grubu şimdi terbiyumun ayrılmasından öğrendiklerini, kanserle mücadele tedavilerinde kullanılan bir grup yüksek radyoaktif element olan aktinitlerin araştırılmasına ve vücuttaki kalp pilleri ve duman dedektörleri gibi cihazlara güç sağlamak için uygulamak istiyor.

Carter, “Bulgularımız, Iowa Üniversitesi’nde dönüştürücü araştırma yapma yeteneğini vurguluyor ve kimyayı UI Radyokimya laboratuvarlarındaki aktinit serisine genişletmek için bir platform sağlıyor” diyor.