A molti di noi viene spesso detto che somigliamo a un altro membro della nostra famiglia, ad esempio, che abbiamo il naso di nostra madre o gli occhi di nostro padre.

Gli elementi chimici sulla tavola periodica hanno anche somiglianze familiari che potrebbero fornire informazioni predittive sul modo in cui gli elementi interagiscono, portando gli scienziati ad applicazioni non ancora immaginate.

Nel caso di un elemento, protattinio, le somiglianze chimiche prodotte dalla configurazione dei suoi elettroni più esterni collegano due famiglie di elementi:i metalli di transizione stabili e ben noti e gli attinidi più esotici.

In un nuovo studio del Laboratorio nazionale Argonne del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) e dell'Università di Lille in Francia, i chimici hanno esplorato le molteplici somiglianze del protattinio per comprendere più completamente la relazione tra i metalli di transizione e la complessa chimica dei primi elementi attinidi.

Il valore principale di Protactinium non è nei suoi usi commerciali, ma nel fornire nuove conoscenze fondamentali sulla chimica degli elementi. Il protattinio è un elemento attinide e si trova tra il torio e l'uranio nella tavola periodica. Però, protactinium assomiglia molto anche al niobio e al tantalio, entrambi sono metalli di transizione utilizzati in una vasta gamma di applicazioni chimiche e metallurgiche. Quando i chimici capiscono le loro somiglianze in modo più dettagliato, possono scoprire applicazioni nuove e ancora sconosciute per questi e altri elementi correlati.

"Il protattinio è al fulcro della tavola periodica, " ha detto l'autore dello studio e chimico di Argonne Richard Wilson. "La questione di come mettiamo insieme la tavola periodica si trova davvero al centro del nostro pensiero sul protattinio".

La risposta al fatto che il protattinio agisca più come un attinide o come un metallo di transizione si trova nei gusci elettronici esterni di un atomo di protattinio. Gli scienziati designano ogni guscio sia con un numero (da 1 a 7) che con una lettera (s, P, d o f). Quale guscio abitano gli elettroni esterni di un elemento, in termini di numero e lettera, definisce la sua famiglia e aiuta a determinare un'ampia gamma del suo comportamento chimico e fisico.

La differenza tra i metalli di transizione e gli attinidi risiede nel fatto che il guscio esterno viene riempito per primo dagli elettroni disponibili. protattinio, Wilson ha notato, è particolarmente importante perché rappresenta il confine al quale un orbitale 'd' e un orbitale 'f' cambiano di posto energeticamente. Questo determina come gli orbitali vengono riempiti e come interagiscono o si legano con i loro vicini.

"Gli orbitali 'd' nei metalli di transizione partecipano al legame chimico in modo molto diretto, e possono organizzarsi in strutture abbastanza prevedibili, " Wilson ha detto. "Gli attinidi non formano lo stesso tipo di legami con la stessa facilità."

Secondo Wilson, i chimici che studiano gli attinidi che hanno cercato di convincere il protattinio ad agire come i suoi cugini di metalli di transizione hanno riscontrato un successo limitato. "Possiamo far sì che il protattinio si comporti come niobio e tantalio? La risposta sperimentalmente è 'non ancora, '", ha detto Wilson. "Ma lavorare sulla teoria di questo elemento unico potrebbe darci una nuova visione su come è in grado di sedersi proprio in questa importante intersezione chimica ed energetica".

I cambiamenti negli orbitali degli elettroni e nei comportamenti di legame che si verificano all'interno degli elementi pesanti aumentano solo con il procedere della tavola periodica. Negli elementi più pesanti, Wilson ha detto, gli effetti relativistici iniziano a sostituire la nostra comprensione classica di come certi elementi "dovrebbero" comportarsi, fino al punto in cui un elemento ipotizzato potrebbe assomigliare contemporaneamente sia a un gas nobile inerte che a un metallo altamente attivo.

"Stiamo iniziando a capire che il protattinio è la soglia su cui il legame nel sistema periodico sta iniziando a cambiare, " Wilson ha detto. "Stiamo approfondendo fino a ciò che fa davvero ticchettare la tavola periodica".

Lo studio, "Il protattinio e l'intersezione tra attinidi e chimica dei metalli di transizione, " apparso nel numero online del 12 febbraio di Comunicazioni sulla natura .