Poiché l'elemento 99, l'einsteinio, è stato scoperto nel 1952 presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia dai detriti della prima bomba all'idrogeno, gli scienziati hanno eseguito pochissimi esperimenti con esso perché è così difficile da creare ed è eccezionalmente radioattivo. Un team di chimici del Berkeley Lab ha superato questi ostacoli per riportare il primo studio che ne caratterizza alcune proprietà, aprendo la porta a una migliore comprensione dei restanti elementi transuranici della serie degli attinidi.

Pubblicato sulla rivista Natura , lo studio, "Caratterizzazione strutturale e spettroscopica di un complesso di Einsteinio, " è stato co-diretto dalla scienziata del Berkeley Lab Rebecca Abergel e dallo scienziato del Los Alamos National Laboratory Stosh Kozimor, e comprendeva scienziati dei due laboratori, UC Berkeley, e la Georgetown University, molti dei quali sono studenti laureati e borsisti post-dottorato. Con meno di 250 nanogrammi dell'elemento, il team ha misurato la prima distanza di legame dell'einsteinio, una proprietà di base delle interazioni di un elemento con altri atomi e molecole.

"Non si sa molto dell'einsteinio, " disse Abergel, che guida il gruppo di chimica degli elementi pesanti del Berkeley Lab ed è un assistente professore nel dipartimento di ingegneria nucleare della UC Berkeley. "È un risultato straordinario che siamo stati in grado di lavorare con questa piccola quantità di materiale e fare chimica inorganica. È significativo perché più comprendiamo il suo comportamento chimico, più possiamo applicare questa comprensione per lo sviluppo di nuovi materiali o nuove tecnologie, non necessariamente solo con einsteinio, ma anche con il resto degli attinidi. E possiamo stabilire le tendenze nella tavola periodica".

Di breve durata e difficile da realizzare

Abergel e il suo team hanno utilizzato strutture sperimentali non disponibili decenni fa, quando è stato scoperto per la prima volta l'einsteinio:la Molecular Foundry presso il Berkeley Lab e la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory, entrambe le strutture per gli utenti dell'Office of Science del DOE, per condurre esperimenti di spettroscopia di luminescenza e di spettroscopia di assorbimento di raggi X.

Ma prima, ottenere il campione in una forma utilizzabile era quasi metà della battaglia. "L'intero documento è una lunga serie di sfortunati eventi, "disse amaramente.

Il materiale è stato realizzato presso il reattore isotopico ad alto flusso dell'Oak Ridge National Laboratory, uno dei pochi posti al mondo in grado di produrre einsteinio, che prevede il bombardamento di bersagli di curio con neutroni per innescare una lunga catena di reazioni nucleari. Il primo problema che hanno riscontrato è stato che il campione era contaminato da una quantità significativa di californio, poiché produrre einsteinio puro in una quantità utilizzabile è straordinariamente impegnativo.

Quindi hanno dovuto scartare il loro piano originale per utilizzare la cristallografia a raggi X, che è considerata il gold standard per ottenere informazioni strutturali su molecole altamente radioattive, ma richiede un campione di metallo puro, e invece hanno escogitato un nuovo modo per fare campioni e sfruttare tecniche di ricerca per elementi specifici. I ricercatori di Los Alamos hanno fornito un'assistenza fondamentale in questa fase, progettando un supporto per campioni particolarmente adatto alle sfide intrinseche all'einsteinio.

Quindi, lottare con il decadimento radioattivo era un'altra sfida. Il team del Berkeley Lab ha condotto i suoi esperimenti con l'einsteinio-254, uno degli isotopi più stabili dell'elemento. Ha un'emivita di 276 giorni, che è il tempo per il decadimento di metà del materiale. Sebbene il team sia stato in grado di condurre molti degli esperimenti prima della pandemia di coronavirus, avevano piani per esperimenti di follow-up che sono stati interrotti grazie a chiusure legate alla pandemia. Quando sono riusciti a tornare nel loro laboratorio l'estate scorsa, la maggior parte del campione era sparita.

Distanza di legame e oltre

Ancora, i ricercatori sono stati in grado di misurare una distanza di legame con l'einsteinio e hanno anche scoperto un comportamento chimico fisico diverso da quello che ci si aspetterebbe dalla serie degli attinidi, che sono gli elementi nella riga inferiore della tavola periodica.

"La determinazione della distanza di legame potrebbe non sembrare interessante, ma è la prima cosa che vorresti sapere su come un metallo si lega ad altre molecole. Che tipo di interazione chimica avrà questo elemento con altri atomi e molecole?", ha detto Abergel.

Una volta che gli scienziati hanno questa immagine della disposizione atomica di una molecola che incorpora einsteinio, possono provare a trovare proprietà chimiche interessanti e migliorare la comprensione delle tendenze periodiche. "Ottenendo questo pezzo di dati, otteniamo una migliore, comprensione più ampia di come si comporta l'intera serie di attinidi. E in quella serie, abbiamo elementi o isotopi utili per la produzione di energia nucleare o radiofarmaci, " lei disse.

allettante, questa ricerca offre anche la possibilità di esplorare ciò che è oltre il bordo della tavola periodica, e possibilmente scoprendo un nuovo elemento. "Stiamo davvero iniziando a capire un po' meglio cosa succede verso la fine della tavola periodica, e la prossima cosa è, potresti anche immaginare un obiettivo di einsteinium per scoprire nuovi elementi, " ha detto Abergel. "Simile agli ultimi elementi che sono stati scoperti negli ultimi 10 anni, come Tennessine, che usava un bersaglio al berkelio, se fossi in grado di isolare abbastanza einsteinio puro per creare un bersaglio, potresti iniziare a cercare altri elementi e avvicinarti all'isola (teorizzata) della stabilità, "dove i fisici nucleari hanno previsto che gli isotopi possono avere emivite di minuti o addirittura giorni, invece del microsecondo o meno emivite che sono comuni negli elementi superpesanti.