Opdagelser på kanten af ​​det periodiske system:Første målinger nogensinde af einsteinium

Siden element 99 - einsteinium - blev opdaget i 1952 ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) fra resterne af den første brintbombe, forskere har udført meget få eksperimenter med det, fordi det er så svært at oprette og er usædvanligt radioaktivt. Et team af kemikere fra Berkeley Lab har overvundet disse forhindringer for at rapportere den første undersøgelse, der kendetegner nogle af dens egenskaber, åbner døren for en bedre forståelse af de resterende transuraniske elementer i actinidserien.

Udgivet i tidsskriftet Natur , Studiet, "Strukturel og spektroskopisk karakterisering af et Einsteinium -kompleks, "blev ledet af Berkeley Lab-videnskabsmanden Rebecca Abergel og Los Alamos National Laboratory-videnskabsmand Stosh Kozimor, og omfattede forskere fra de to laboratorier, UC Berkeley, og Georgetown University, hvoraf flere er kandidatstuderende og postdoktorer. Med mindre end 250 nanogram af elementet, holdet målte den første nogensinde endesteinium bindingsafstand, en grundlæggende egenskab ved et elements interaktioner med andre atomer og molekyler.

"Der er ikke meget kendt om einsteinium, sagde Abergel, som leder Berkeley Labs Heavy Element Chemistry -gruppe og er adjunkt i UC Berkeleys afdeling for atomteknik. "Det er en bemærkelsesværdig præstation, at vi var i stand til at arbejde med denne lille mængde materiale og lave uorganisk kemi. Det er vigtigt, fordi jo mere vi forstår om dets kemiske adfærd, jo mere vi kan anvende denne forståelse til udvikling af nye materialer eller nye teknologier, ikke nødvendigvis kun med einsteinium, men også med resten af ​​aktiniderne. Og vi kan etablere tendenser i det periodiske system. "

Kortvarig og svær at lave

Abergel og hendes team brugte eksperimentelle faciliteter, der ikke var tilgængelige for årtier siden, da einsteinium første gang blev opdaget - Molecular Foundry ved Berkeley Lab og Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) ved SLAC National Accelerator Laboratory, både DOE Office of Science brugerfaciliteter-til at udføre luminescensspektroskopi og røntgenabsorptionsspektroskopiforsøg.

Men først, at få prøven i en brugbar form var næsten halvdelen af ​​kampen. "Hele dette papir er en lang række uheldige begivenheder, "sagde hun skævt.

Materialet blev fremstillet på Oak Ridge National Laboratory's High Flux Isotope Reactor, et af kun få steder i verden, der er i stand til at lave einsteinium, som indebærer bombardering af curium -mål med neutroner for at udløse en lang kæde af atomreaktioner. Det første problem, de stødte på, var, at prøven var forurenet med en betydelig mængde californium, som at lave rent einsteinium i en brugbar mængde er overordentlig udfordrende.

Så de var nødt til at skrotte deres oprindelige plan om at bruge røntgenkrystallografi-som betragtes som guldstandarden for at indhente strukturelle oplysninger om stærkt radioaktive molekyler, men kræver en ren prøve af metal-og kom i stedet med en ny måde at lave prøver og gearing på elementspecifikke forskningsteknikker. Forskere ved Los Alamos yder kritisk bistand i dette trin ved at designe en prøveholder, der er unikt tilpasset de udfordringer, der er forbundet med einsteinium.

Derefter, at kæmpe med radioaktivt henfald var en anden udfordring. Berkeley Lab-teamet gennemførte deres eksperimenter med einsteinium-254, en af ​​elementets mere stabile isotoper. Den har en halveringstid på 276 dage, hvilket er tidspunktet for halvdelen af ​​materialet til at forfalde. Selvom teamet var i stand til at gennemføre mange af eksperimenterne før coronavirus -pandemien, de havde planer om opfølgningsforsøg, der blev afbrudt takket være pandemirelaterede nedlukninger. Da de var i stand til at komme tilbage til deres laboratorium sidste sommer, det meste af prøven var væk.

Bond afstand og videre

Stadig, forskerne var i stand til at måle en bindingsafstand med einsteinium og opdagede også en fysisk kemisk adfærd, der var forskellig fra, hvad man kunne forvente af actinidserien, som er elementerne på den nederste række i det periodiske system.

"At bestemme bindingsafstanden lyder måske ikke interessant, men det er det første, du vil vide om, hvordan et metal binder sig til andre molekyler. Hvilken slags kemisk interaktion vil dette element have med andre atomer og molekyler? "Sagde Abergel.

Når først forskere har dette billede af atomarrangementet af et molekyle, der inkorporerer einsteinium, de kan forsøge at finde interessante kemiske egenskaber og forbedre forståelsen af ​​periodiske tendenser. "Ved at få dette stykke data, vi får et bedre, bredere forståelse af, hvordan hele aktinidserien opfører sig. Og i den serie, vi har elementer eller isotoper, der er nyttige til atomkraftproduktion eller radiofarmaka, " hun sagde.

Fristende, denne forskning giver også mulighed for at undersøge, hvad der er uden for kanten af ​​det periodiske system, og muligvis opdage et nyt element. "Vi begynder virkelig at forstå lidt bedre, hvad der sker mod slutningen af ​​det periodiske system, og det næste er, du kunne også forestille dig et einsteinium -mål for at opdage nye elementer, "Abergel sagde." Ligesom de nyeste elementer, der blev opdaget i de sidste 10 år, som tennessine, som brugte et berkelium -mål, hvis du kunne isolere nok rent einsteinium til at lave et mål, du kunne begynde at lede efter andre elementer og komme tættere på (teoretiseret) stabilitetens ø, "hvor atomfysikere har forudsagt, at isotoper kan have halveringstider på minutter eller endda dage, i stedet for det mikrosekund eller mindre halveringstider, der er almindelige i de superhøje elementer.