Un nuovo composto di curio (un elemento radioattivo, raro e costoso) fotografato al LLNL durante esperimenti di cristallografia. Il team di LLNL e OSU ha utilizzato i cosiddetti "leganti poliossometallati" (POM) per catturare isotopi rari e formare cristalli abbastanza grandi da essere caratterizzati, anche quando sono disponibili solo 1-10 microgrammi dell'isotopo raro. I cristalli di questo composto di curio non sono colorati alla luce ambientale ma brillano di un rosso rosa intenso quando esposti alla luce ultravioletta. Credito:Gauthier Deblonde/LLNL.
La sintesi e lo studio dei composti radioattivi sono naturalmente difficili per l'estrema tossicità dei materiali coinvolti, ma anche per il costo e la scarsità degli isotopi di ricerca.
Ora, gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ei loro collaboratori presso la Oregon State University (OSU) hanno sviluppato un nuovo metodo per isolare e studiare in dettaglio alcuni degli elementi più rari e tossici sulla Terra. La ricerca appare in Nature Chemistry .
I metodi sintetici tradizionali e gli studi chimici si concentrano su piccoli complessi inorganici o organici dell'isotopo studiato e in genere richiedono diversi milligrammi di campione per tentativo. Le quantità in milligrammi potrebbero non sembrare molte, ma per alcuni isotopi ciò equivale alla fornitura annuale mondiale. Alcuni radioisotopi sono anche troppo costosi, di breve durata o troppo tossici per essere studiati con i metodi attuali, il che li lascia fuori dalla portata di studi chimici dettagliati.
Nella nuova ricerca, il team ha dimostrato che sfruttando proprietà chimiche fondamentali, come il peso molecolare e la solubilità, è possibile sintetizzare composti di coordinazione di elementi rari/tossici/radioattivi/preziosi e caratterizzarli in grande dettaglio, utilizzando quantità molto piccole , fino alla scala dei microgrammi. Il nuovo metodo richiede più di 1.000 volte meno materiale rispetto ai precedenti approcci all'avanguardia, rappresentando uno strumento rivoluzionario per far progredire la conoscenza degli elementi più difficili da studiare sulla Terra.
Il nuovo approccio proposto potrebbe essere utilizzato per scoprire e studiare molti nuovi composti contenenti isotopi rari, come attinidi e radiolantanidi, consentendo agli scienziati di svelare le tendenze di legame e forse le tendenze isotopiche nella tavola periodica. Offre inoltre un percorso praticabile per isolare i composti e studiare la chimica degli elementi che sono rimasti inaccessibili con i metodi precedenti, come attinio, elementi transcalifornio e altro ancora.
"La semplicità, l'efficacia e la modularità del metodo appena proposto sono sorprendenti e riduce significativamente l'esposizione alle radiazioni dei lavoratori, preserva le risorse isotopiche della nazione e riduce drasticamente i costi", ha affermato Gauthier Deblonde, scienziato dell'LLNL e responsabile del progetto.
Il metodo coinvolge ligandi poliossometallati pesanti (POM) e consente la semplice formazione, cristallizzazione, manipolazione e caratterizzazione spettroscopica e strutturale dettagliata di complessi contenenti isotopi rari a partire da soli 1-10 microgrammi. Sono state trovate diverse nuove strutture di diffrazione di raggi X a cristallo singolo, inclusi tre nuovi composti di curio. Per contesto, gli isotopi di curio non sono solo radiotossici, ma sono anche rari ed estremamente costosi, al punto che solo 10 complessi di curio erano stati isolati e caratterizzati dalla diffrazione di raggi X a cristallo singolo dalla scoperta di questo elemento nel 1944. Il nuovo approccio ha anche prodotto la prima misurazione sperimentale del raggio ionico a 8 coordinate del Cm 3+ ione.
"La natura stessa dei materiali coinvolti in questa ricerca ha i suoi numerosi limiti, ma il nuovo metodo li supera. Abbastanza da poter iniziare a comprenderne la chimica e ad apprezzarne la bellezza", ha affermato Ian Colliard, primo autore della pubblicazione e dell'OSU dottorato di ricerca candidato al momento dello studio (ora ricercatore post-dottorato presso LLNL).
Lo studio ha anche rivelato che i POM hanno proprietà molto interessanti rispetto alle molecole classiche. Ad esempio, il team si è reso conto che la maggior parte dei POM rende ioni curio (cioè Cm 3+ ) altamente luminescenti, offrendo un potenziale modo per rilevarli anche a concentrazioni molto basse. I vari complessi curio-POM testati mostrano una forte emissione di fluorescenza, sia allo stato solido che allo stato in soluzione. I POM formano anche complessi altamente luminescenti con molti altri elementi come europio, terbio, disprosio e samario, offrendo un modo conveniente per studiarne la chimica.
"Il team continua ad applicare il nostro nuovo approccio basato su POM per sbloccare lo studio di molti nuovi composti attinidi e materiali isotopici rari, con più successi già in cantiere", ha affermato Deblonde. + Esplora ulteriormente
