Scienziati dell'Università di Manchester sono riusciti per la prima volta a far formare con successo ai metalli attinidi legami molecolari attinidi-attinidi, aprendo un nuovo campo di studio scientifico nella ricerca sui materiali.

Segnalato sul giornale Natura , un gruppo di scienziati delle università di Manchester e Stoccarda ha preparato e caratterizzato con successo il legame attinide-actinide a lungo cercato in un composto isolabile.

La maggior parte della tavola periodica è costituita da metalli, quindi il campo dell'incollaggio metallo-metallo è una vasta area di ricerca dopo quasi 180 anni di indagini, con applicazioni che abbracciano la comprensione della struttura elettronica, catalisi, chimica su superfici metalliche, magnetismo, e chimica bioinorganica. I materiali sfusi possono essere difficili da studiare, quindi c'è un grande interesse nello studio dei composti molecolari che possiedono legami metallo-metallo, poiché tali specie possono essere studiate più direttamente in dettaglio e costituiscono modelli che rappresentano frammenti molecolari di materiali sfusi.

Sebbene il legame metallo-metallo sia estremamente ben sviluppato per i metalli di transizione e gli elementi del gruppo principale, che è servito come fondamento delle domande di cui sopra, è rimasto praticamente sconosciuto per gli elementi attinidi, con esempi limitati a transitori osservati spettroscopicamente o biatomici fondamentali in esperimenti di intrappolamento su scala microscopica. Per di più, fare previsioni sugli elementi del regime relativistico ai piedi della tavola periodica è molto impegnativo. Così, la realizzazione sperimentale del legame attinidi-actinide in molecole isolabili di routine è stato per decenni uno dei principali obiettivi della chimica degli attinidi sintetici.

I ricercatori sono riusciti a preparare un ridotto, che è ricco di elettroni, grappolo di tritorio. Se fossero stati usati i reagenti riducenti convenzionali, il risultato sarebbe mancato, perché quei reagenti eterogenei producono lentamente il cluster di tritorio, quindi solo tracce sono presenti in qualsiasi momento a causa della decomposizione durante i tempi di reazione prolungati. Però, la chiave del successo è stata l'utilizzo di un reagente riducente omogeneo solubile che fornisce reazioni quasi istantanee che forniscono il cluster di tritorio in un'elevata resa isolata prima che possa decomporsi.

Professor Steve Liddle, co-direttore del Center for Radiochemistry Research (CRR) presso l'Università di Manchester, ha condotto la ricerca. Ha detto:"Utilizzando solo il giusto agente riducente combinato con il giusto precursore sintetico, siamo riusciti ad isolare un complesso che altrimenti ci sarebbe sicuramente sfuggito, il che solleva l'interessante domanda se altri legami attinidi-attinidi abbiano eluso il campo prima, ma potrebbero ora essere accessibili".

Sorprendentemente, utilizzando una serie di tecniche di caratterizzazione, i ricercatori hanno scoperto che nel cuore della molecola risiedono due elettroni accoppiati in una nuvola di densità elettronica condivisa equamente tra i tre atomi di torio. Questa situazione molto rara è chiamata legame sigma-aromatico, e il suo rapporto qui estende questo tipo di legame a un record del sesto guscio quantico atomico principale e alla settima riga della tavola periodica.

Il cluster tritorio è notevole su due ulteriori conteggi. in primo luogo, contiene un legame attinide-actinide che può essere realizzato su scala e isolato, che consentirà un più ampio sviluppo e comprensione di esso e della sua chimica, aprendo questo nuovo campo. In secondo luogo, il legame sigma-aromatico è in contrasto con la stragrande maggioranza delle previsioni teoriche precedenti e del legame metallo-metallo realizzato sperimentalmente, evidenziando le difficoltà di fare previsioni sui sistemi relativistici.

Il co-direttore del CRR, il professor Nikolas Kaltsoyannis, ha guidato l'analisi computazionale. Ha detto:"Il legame chimico in questa bellissima molecola è squisitamente inaspettato, sottolineando quanto possano essere imprevedibili gli elementi attinidi".

La capacità ora di produrre e isolare composti legati attinidi-attinidi, la cui reattività e proprietà possono ora essere esaminate direttamente, apre opportunità per far crescere questa nuova area della chimica dei legami metallo-metallo, per esempio fornendo modelli per materiali attinidi sfusi e potenziali nuovi comportamenti quantistici.