Gli scienziati hanno scoperto le proprietà di un elemento delle terre rare scoperto per la prima volta 80 anni fa nello stesso laboratorio, aprendo un nuovo percorso per l'esplorazione di elementi fondamentali nella tecnologia moderna, dalla medicina ai viaggi nello spazio.
Il promezio fu scoperto nel 1945 presso i Clinton Laboratories, ora l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia, e continua a essere prodotto presso l'ORNL in quantità minime. Alcune delle sue proprietà sono rimaste sfuggenti nonostante l'uso dell'elemento delle terre rare negli studi medici e nelle batterie nucleari di lunga durata. Prende il nome dal titano mitologico che consegnò il fuoco agli esseri umani e il cui nome simboleggia l'impegno umano.
"L'idea era quella di esplorare questo elemento molto raro per acquisire nuove conoscenze", ha affermato Alex Ivanov, uno scienziato dell'ORNL che ha co-diretto la ricerca. "Una volta che ci siamo resi conto che è stato scoperto in questo laboratorio nazionale e nel luogo in cui lavoriamo, abbiamo sentito l'obbligo di condurre questa ricerca per sostenere l'eredità dell'ORNL."
Il team di scienziati guidato dall'ORNL ha preparato un complesso chimico di promezio, che ne ha consentito la caratterizzazione in soluzione per la prima volta. Così, in una serie di meticolosi esperimenti, hanno svelato i segreti di questo lantanide estremamente raro, il cui numero atomico è 61.
Il loro studio, pubblicato sulla rivista Nature , segna un progresso significativo nella ricerca sulle terre rare e potrebbe riscrivere i libri di testo di chimica.
"Poiché non ha isotopi stabili, il promezio è stato l'ultimo lantanide ad essere scoperto ed è stato il più difficile da studiare", ha affermato Ilja Popovs dell'ORNL, che ha co-diretto la ricerca. La maggior parte degli elementi delle terre rare sono i lantanidi, elementi dal 57-lantanio-al 71-lutezio-sulla tavola periodica. Hanno proprietà chimiche simili ma differiscono nelle dimensioni.
Gli altri 14 lantanidi sono ben compresi. Sono metalli con proprietà utili che li rendono indispensabili in molte tecnologie moderne. Sono cavalli di battaglia in applicazioni quali laser, magneti permanenti nelle turbine eoliche e nei veicoli elettrici, schermi a raggi X e persino medicinali antitumorali.
"Ci sono migliaia di pubblicazioni sulla chimica dei lantanidi senza promezio. Questa è stata una lacuna evidente per tutta la scienza", ha affermato Santa Jansone-Popova dell'ORNL, che ha co-diretto lo studio. "Gli scienziati devono presumere la maggior parte delle sue proprietà. Ora possiamo effettivamente misurarne alcune."
La ricerca si è basata su risorse e competenze uniche disponibili presso i laboratori nazionali del DOE. Utilizzando un reattore di ricerca, celle calde e supercomputer, nonché le conoscenze e le competenze accumulate da 18 scienziati in diversi campi, gli autori hanno dettagliato la prima osservazione di un complesso di promezio in soluzione.
Gli scienziati dell'ORNL hanno legato, o chelato, il promezio radioattivo con speciali molecole organiche chiamate ligandi diglicolamidici. Quindi, utilizzando la spettroscopia a raggi X, hanno determinato le proprietà del complesso, inclusa la lunghezza del legame chimico del promezio con gli atomi vicini:una novità assoluta per la scienza e un pezzo mancante da tempo nella tavola periodica degli elementi.
Il promezio è molto raro; solo circa una libbra si trova naturalmente nella crosta terrestre in un dato momento. A differenza di altri elementi delle terre rare, sono disponibili solo piccole quantità di promezio sintetico perché non ha isotopi stabili.