La maggior parte delle persone ha familiarità con l'uranio come combustibile per le centrali nucleari. E mentre questa è l'applicazione più comune, questo elemento è utilizzato anche in molti altri campi, come coloranti, dispositivi medici, e armi. Gli scienziati dell'Environmental Microbiology Laboratory (EML) dell'EPFL hanno recentemente fatto un'importante scoperta sull'uranio che potrebbe avere importanti implicazioni per la bonifica del suolo e delle acque sotterranee, nonché per la gestione dei rifiuti radioattivi. La loro ricerca è stata appena pubblicata in Comunicazioni sulla natura .

L'uranio è un metallo pesante radioattivo che si trova nella crosta terrestre e in piccole concentrazioni nell'acqua, aria, piante e organismi viventi:gli esseri umani hanno piccole quantità di uranio nelle ossa. Gli scienziati EML hanno studiato le proprietà dell'uranio come si trova naturalmente nell'ambiente, e ha fatto scoperte significative nella comprensione di come si passa da uno stato di ossidazione all'altro, transizione da un composto solubile in acqua a un minerale stabile.

"Allo stato di ossidazione +6, l'uranio è per lo più solubile e può quindi diffondersi incontrollatamente nell'ambiente, "dice Zezhen Pan, uno scienziato EML e autore principale dello studio. "Ma allo stato di ossidazione +4, è meno solubile e meno mobile. Nella nostra ricerca siamo stati in grado di individuare i meccanismi su scala nanometrica di interazione tra uranio e particelle di magnetite, un ossido di ferro magnetico, passaggio da uno stato di ossidazione all'altro. Abbiamo mostrato la persistenza dell'uranio allo stato di ossidazione +5, che di solito è considerato metastabile."

Una struttura a nanofili

Più interessante, gli scienziati hanno anche identificato un fenomeno molecolare che si verifica durante la trasformazione dallo stato di ossidazione +6 a +4:hanno scoperto la formazione di nuovi nanofili composti da nanoparticelle molto piccole (~1-2 nm) che si assemblano spontaneamente in catene. Queste catene alla fine collassano quando le singole nanoparticelle diventano più grandi.

Gli scienziati sono stati in grado di visualizzare i nanofili, che hanno un diametro di soli 2-5 nm, o 100, 000 volte più sottile di un capello umano, grazie ai microscopi elettronici del Centro interdisciplinare per la microscopia elettronica (CIME) dell'EPFL. L'identificazione della struttura del nanofilo potrebbe migliorare la comprensione di come i composti radioattivi si diffondono nel sottosuolo nei siti contaminati.

"Questi risultati sono molto promettenti perché forniscono informazioni su come i minerali su scala nanometrica si formano naturalmente attraverso le interazioni nell'interfaccia acqua-minerale, " dice Rizlan Bernier-Latmani, il capo dell'EML. "Ora abbiamo una migliore comprensione dei meccanismi molecolari al lavoro per questo processo".