80 χρόνια μετά την ανακάλυψη του προμηθείου (Pm), οι ερευνητές αποκαλύπτουν σημαντικές ιδιότητες του

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες αποκάλυψαν κρίσιμες ιδιότητες της μυστηριώδους, ραδιενεργού ουσίας προμήθειο, σχεδόν οκτώ δεκαετίες μετά την ανακάλυψη του ασύλληπτου στοιχείου σπάνιων γαιών. Το προμήθειο (Pm) είναι ένα από τα 15 λανθανιδικά στοιχεία που βρίσκονται στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα. Γνωστά και ως σπάνιες γαίες, τα μέταλλα αυτά παρουσιάζουν μια σειρά από χρήσιμες ιδιότητες, όπως ισχυρό μαγνητισμό και ασυνήθιστα οπτικά χαρακτηριστικά, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα σημαντικά στις σύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές.

«Χρησιμοποιούνται στα λέιζερ, αποτελούν μέρος των οθονών του smartphone σας. Χρησιμοποιούνται επίσης σε πολύ ισχυρούς μαγνήτες σε ανεμογεννήτριες και ηλεκτρικά οχήματα», δήλωσε στο Live Science ο Ilja Popovs, μέλος του προσωπικού έρευνας και ανάπτυξης στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.

Το ίδιο το προμήθειο, το οποίο ανακαλύφθηκε από επιστήμονες του ORNL το 1945, έχει μερικές μικρές εφαρμογές στις ατομικές μπαταρίες και στη διάγνωση του καρκίνου. Όμως οι επιστήμονες έχουν πολύ περιορισμένη κατανόηση της χημείας του στοιχείου, γεγονός που αποκλείει ευρύτερες χρήσεις. Η μελέτη του ραδιενεργού στοιχείου αποτελούσε πρόκληση δεκαετιών, εν μέρει λόγω της δυσκολίας εξασφάλισης κατάλληλου δείγματος, δήλωσε στο Live Science το μέλος της ομάδας Alexander Ivanov, επίσης επιστήμονας έρευνας και ανάπτυξης στο ORNL.

«Το προμήθειο δεν έχει σταθερό ισότοπο, είναι όλα ραδιενεργά, γεγονός που σημαίνει ότι αποσυντίθενται σε άλλα στοιχεία με την πάροδο του χρόνου», δήλωσε ο Ivanov. «Λαμβάνουμε αυτό το στοιχείο μέσω μιας διαδικασίας σχάσης, οπότε είναι σπάνιο και δύσκολο να μελετηθεί». Το ORNL είναι ο μοναδικός παραγωγός του προμηθείου-147 στις ΗΠΑ, ένα ισότοπο του στοιχείου με ραδιενεργό χρόνο ημιζωής 2,6 ετών. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που αναπτύχθηκε πέρυσι, οι ερευνητές διαχώρισαν αυτό το ισότοπο από ρεύματα αποβλήτων πυρηνικών αντιδραστήρων, δημιουργώντας το καθαρότερο δυνατό δείγμα για μελέτη.

Στη συνέχεια, η ομάδα συνδύασε αυτό το δείγμα με ένα ligand, ένα μόριο ειδικά σχεδιασμένο να παγιδεύει άτομα μετάλλων, για να σχηματίσει ένα σταθερό σύμπλεγμα στο νερό. Το συντονιστικό μόριο, γνωστό ως PyDGA, σχημάτισε εννέα δεσμούς προμηθείου-οξυγόνου, δίνοντας στους ερευνητές την πρώτη ευκαιρία να αναλύσουν τις ιδιότητες δεσμών ενός συμπλέγματος προμηθείου. Ωστόσο, η ίδια η ανάλυση δεν ήταν ασήμαντη υπόθεση. «Επειδή το προμήθειο είναι ραδιενεργό, όταν διασπάται, μετασχηματίζεται στο γειτονικό στοιχείο, το οποίο είναι το σαμάριο (Sm)», δήλωσε ο Ivanov. «Έτσι, θα έχετε μια μικρή ποσότητα μόλυνσης με τη μορφή σαμαρίου».

Ως εκ τούτου, η ομάδα χρησιμοποίησε μια εξαιρετικά εξειδικευμένη, ειδική για κάθε στοιχείο τεχνική που ονομάζεται συγχροτρονική φασματοσκοπία απορρόφησης ακτίνων Χ. Φωτόνια υψηλής ενέργειας που παράγονται από έναν επιταχυντή σωματιδίων βομβάρδισαν το σύμπλεγμα του προμηθείου για να δημιουργήσουν μια εικόνα των θέσεων των ατόμων και των μηκών των δεσμών. Οι λεπτές διαφορές στα μήκη των δεσμών μετάλλου-οξυγόνου επέτρεψαν στη συνέχεια στην ομάδα να επικεντρωθεί στον βασικό δεσμό προμηθείου-οξυγόνου, αποκλείοντας τυχόν μολυσματικό σαμάριο. Το σημαντικότερο είναι ότι οι πληροφορίες αυτές επέτρεψαν για πρώτη φορά τη σύγκριση των ιδιοτήτων του προμηθείου με άλλα συμπλέγματα σπάνιων γαιών.

«Το προμήθειο ήταν το τελευταίο κομμάτι του παζλ μεταξύ αυτών των στοιχείων», δήλωσε ο Popovs. «Το ligand παρείχε έναν τρόπο να έχουμε ένα σταθερό σύμπλεγμα για όλες τις λανθανίδες, τις ίδιες αναλογίες στοιχείων και το ίδιο είδος γεωμετρίας. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να μελετήσει τις θεμελιώδεις φυσικοχημικές ιδιότητες αυτών των συμπλεγμάτων σε ολόκληρη τη σειρά», εξήγησε ο Popovs.

Οι λανθανίδες βρίσκονται στη φύση ως συμπλέγματα στοιχείων, οπότε η κατανόηση των περιοδικών τάσεων, όπως τα μήκη των δεσμών και οι συμπεριφορές σχηματισμού συμπλεγμάτων, βοηθά τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέες και πιο αποτελεσματικές μεθόδους διαχωρισμού αυτών των πολύτιμων μετάλλων. Πλέον, η ομάδα του ORNL μελετά το προμήθειο στο νερό για να σχηματίσει μια σαφέστερη εικόνα του περιβάλλοντος συντονισμού και της χημικής συμπεριφοράς αυτού του ασυνήθιστου στοιχείου.

«Ελπίζουμε ότι οι θεμελιώδεις γνώσεις που παρέχουμε θα ενημερώσουν άλλους επιστήμονες για το πώς να σχεδιάσουν καλύτερες τεχνολογίες διαχωρισμού και ίσως μπορούν να προκαλέσουν μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τη μελέτη του για άλλες εφαρμογές», δήλωσε ο Popovs.

[via]