Una nuova ricerca mostra che uno degli elementi più pesanti conosciuti può essere manipolato in misura maggiore di quanto si pensasse in precedenza, potenzialmente aprendo la strada a nuove strategie per riciclare il combustibile nucleare e un migliore stoccaggio a lungo termine degli elementi radioattivi.

Un team internazionale di ricercatori ha dimostrato come il curio, elemento 96 della tavola periodica e uno degli ultimi visibili ad occhio nudo, risponda all'applicazione di un'alta pressione creata dalla compressione di un campione tra due diamanti.

Guidato dal professor Thomas Albrecht-Schmitt della Florida State University e dai collaboratori dell'Università di Buffalo e dell'Università di Aachen, il team ha scoperto che il comportamento degli elettroni esterni del curio, che influenzano la sua capacità di legarsi ad altri elementi, può essere alterato accorciando la distanza tra esso e gli atomi più leggeri circostanti. I risultati sono pubblicati sulla rivista Natura .

"Questo non era previsto perché la chimica del curio lo rende resistente a questo tipo di cambiamenti, " disse Albrecht-Schmitt, il professore di chimica Gregory R. Choppin alla Florida State University. "In breve, è abbastanza inerte."

Sebbene solo alcuni composti del curio abbiano mostrato cambiamenti, era ancora interessante per gli scienziati perché il curio è normalmente completamente resistente all'alterazione delle sue proprietà.

Oltre ad Albrecht-Schmitt, lo studio è stato condotto dai professori di chimica dell'Università di Buffalo Jochen Autschbach e Eva Zurek, nonché da Manfred Speldrich, ricercatore presso l'Università di Aquisgrana in Germania.

Il lavoro di Albrecht-Schmitt fa parte della missione generale del suo laboratorio di comprendere meglio il più pesante, o attinidi, elementi in fondo alla tavola periodica. Nel 2016, ha ricevuto $ 10 milioni dal Dipartimento dell'Energia per formare il Center for Actinide Science and Technology per concentrarsi sull'accelerazione degli sforzi scientifici per ripulire i rifiuti nucleari.

Nonostante la loro presenza nella tavola periodica, gli elementi più pesanti rimangono ancora in gran parte un mistero per gli scienziati, in particolare rispetto a elementi più leggeri come ossigeno o azoto. "È un esperimento entusiasmante che ha dimostrato che abbiamo un controllo molto maggiore della chimica di questi elementi difficili da controllare di quanto si pensasse in precedenza, "Ha detto Albrecht-Schmitt.

"Lo ione curio (3+) che abbiamo studiato ha un guscio di elettroni esterno riempito a metà che è molto difficile da coinvolgere nel legame chimico, " disse Autschbach, Larkin Professore di Chimica presso l'Università di Buffalo. "Un approccio sperimentale e teorico integrato ha mostrato che l'applicazione dell'alta pressione a un cristallo contenente curio (3+), insieme a ioni zolfo-organico e ammonio, fa sì che il guscio esterno del curio partecipi al legame chimico covalente con lo zolfo. Questa scoperta può aiutare a guidare nuovi modi di studiare il misterioso comportamento dei gusci di attinidi chimicamente resistenti".

Il gruppo di Autschbach presso l'Università di Buffalo ha effettuato calcoli che hanno aiutato a spiegare cosa è successo durante gli esperimenti ad alta pressione, rivelando dettagli su come si comporta il curio quando i composti contenenti l'elemento vengono schiacciati tra i diamanti. Il team di Zurek ha posto le basi per questi calcoli determinando le strutture cristalline dei composti ad alta pressione.

"Sotto pressione, i composti e i materiali chimici possono comportarsi in modo completamente diverso rispetto alle condizioni atmosferiche, rendendo le scoperte nella ricerca ad alta pressione così eccitanti, " ha detto Zurek.

Una maggiore comprensione degli elementi più pesanti apre le porte a strategie aggiuntive per controllare la separazione chimica utilizzata nel riciclaggio nucleare e nella progettazione di materiali resilienti per lo stoccaggio a lungo termine di elementi radioattivi, ha detto Albrecht-Schmitt. Il team di ricerca ritiene che i risultati ottenuti in relazione al curio si tradurranno anche in altri elementi pesanti.

Il team prevede di seguire questo lavoro progettando esperimenti simili per elementi più pesanti come californio ed einsteinio, dove gli effetti della pressione potrebbero essere anche maggiori di quelli riscontrati per il curio.