Secretele elementului radioactiv promețiu, aflate după 80 de ani de la descoperire

Oamenii de știință au dezvăluit secretele unui element de pământuri rare, numit promețiu, la aproape opt decenii după descoperirea acestuia.

Promețiul este unul dintre cele 15 elemente din seria lantanidelor, situate în partea de jos a tabelului periodic. Cunoscute și sub denumirea de pământuri rare, aceste elemente prezintă o serie de proprietăți utile, cum ar fi magnetism puternic, și caracteristici optice neobișnuite, ceea ce le face deosebit de importante în dispozitivele electronice moderne.

• O navă spațială aflată la 8,7 miliarde de kilometri depărtare de Pământ a măsurat lumina Universului
• Patru nutrienți cheie lipsesc din dietele a peste 60% dintre oameni

„Sunt folosite în lasere; fac parte din ecranele smartphone-urilor. De asemenea, sunt folosite în magneții foarte puternici din turbinele eoliene și din vehiculele electrice”, a explicat Ilja Popovs, membru al echipei de cercetare și dezvoltare de la Laboratorul Național Oak Ridge (ORNL) și coautor al unui nou studiu publicat în revista Nature.

Secretele unui element de pământuri rare, elucidate după opt decenii

Promețiul, descoperit de oamenii de știință de la ORNL în 1945, are câteva aplicații minore în bateriile atomice și în diagnosticarea cancerului. Însă oamenii de știință au o înțelegere foarte limitată a chimiei acestui element, ceea ce împiedică utilizări mai extinse.

Studierea elementului radioactiv a reprezentat o provocare de decenii, în parte datorită dificultății de a obține o mostră adecvată, a declarat Alexander Ivanov, membru al echipei și om de știință în cercetare și dezvoltare la ORNL.

„Promețiul nu are un izotop stabil, toți sunt radioactivi, ceea ce înseamnă că se descompun (în alte elemente) în timp. Obții acest element printr-un proces de fisiune, așa că este rar și dificil de studiat”, a spus Ivanov pentru Live Science.

ORNL este singurul producător din SUA de promețiu-147, un izotop al elementului cu un timp de înjumătățire radioactivă de 2,6 ani. Folosind o metodă dezvoltată anul trecut, cercetătorii au separat acest izotop din fluxurile de deșeuri ale reactoarelor nucleare, creând cea mai pură mostră posibilă pentru studiu.

Apoi, echipa a combinat această mostră cu un ligand (o moleculă special concepută pentru a captura atomii de metal) pentru a forma un complex stabil în apă. Molecula de coordonare, cunoscută sub numele de PyDGA, a format nouă legături promețiu-oxigen, oferindu-le cercetătorilor prima oportunitate de a analiza secretele unui element de pământuri rare.

Un element foarte radioactiv

Dar analiza în sine nu a fost o simplă.

„Deoarece promețiul este radioactiv, odată ce se descompune, se transformă în elementul adiacent, care este samariul. Așa că vei avea o cantitate mică de contaminare sub formă de samariu”, a spus Ivanov.

Prin urmare, echipa a folosit o tehnică extrem de specializată și specifică elementelor, numită spectroscopie de absorbție cu raze X bazată pe sincrotron. Fotoni de energie înaltă generați de un accelerator de particule au bombardat complexul de promețiu pentru a crea o imagine a pozițiilor atomilor și a lungimilor legăturilor. Diferențele subtile în lungimile legăturilor metal-oxigen i-au permis echipei să se concentreze pe legătura cheie promețiu-oxigen, excluzând orice contaminare cu samariu.

Crucial, aceste informații au permis pentru prima dată o comparație a proprietăților promețiului cu alte complexe ale pământurilor rare.

„Promețiul a fost ultima piesă a puzzle-ului acestor elemente”, a spus Popovs. Ligandul a oferit o modalitate de a avea un complex stabil pentru toate lantanidele, aceleași rapoarte de elemente și același tip de geometrie. Acest lucru i-a permis echipei să „studieze proprietățile fizico-chimice fundamentale ale acestor complexe în întreaga serie”, a explicat Popovs.

Lantanidele se găsesc în mod natural ca amestecuri de elemente, așa că înțelegerea tendințelor periodice, cum ar fi lungimile legăturilor și comportamentele de formare a complexelor, îi ajută pe oamenii de știință să dezvolte metode noi și mai eficiente de separare a acestor metale valoroase.

Acum, echipa de la ORNL studiază promețiul în apă pentru a construi o imagine mai clară a mediului de coordonare și a comportamentului chimic al acestui element neobișnuit.

„Sperăm ca perspectivele fundamentale pe care le oferim să informeze alți oameni de știință despre cum să proiecteze tehnologii de separare mai bune și poate să stimuleze un interes mai mare pentru studierea sa în alte aplicații”, a spus Popovs.

Vă recomandăm să citiți și:

Avertismentul oamenilor de știință: Roboții învață să mintă tot mai bine!

O nouă metodă de reciclare ar putea rezolva una dintre cele mai mari provocări ale lumii

Racheta care ar putea trimite astronauți pe Marte într-un timp record

Costumul care reciclează transpirația, inspirat din Dune, a fost construit de un YouTuber