Overraskelseselementet

Mange af os får ofte at vide, at vi ligner et andet medlem af vores familie - f.eks. at vi har vores mors næse eller vores fars øjne.

Kemiske elementer i det periodiske system har også familieligheder, der kan give forudsigelig indsigt i den måde, elementer interagerer på, førende forskere til endnu ikke forestillede applikationer.

I tilfælde af et element, protactinium, kemiske ligheder frembragt ved konfigurationen af ​​dets yderste elektroner forbinder to familier af grundstoffer:de stabile og velkendte overgangsmetaller og de mere eksotiske aktinider.

I en ny undersøgelse fra US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory og University of Lille i Frankrig, kemikere har udforsket protactiniums flere ligheder for mere fuldstændigt at forstå forholdet mellem overgangsmetallerne og den tidlige aktinidelementers komplekse kemi.

Protactiniums hovedværdi er ikke til kommerciel anvendelse, men ved at give ny grundlæggende indsigt i elementernes kemi. Protactinium er et actinidelement og sidder mellem thorium og uran på det periodiske system. Imidlertid, protactinium ligner også niob og tantal, begge er overgangsmetaller, der anvendes i en række kemiske og metallurgiske applikationer. Når kemikere forstår deres ligheder mere detaljeret, de kan opdage nye og endnu uopdagede applikationer til disse og andre relaterede elementer.

"Protactinium er ved et punktum på det periodiske system, "sagde studieforfatter og Argonne -kemiker Richard Wilson." Spørgsmålet om, hvordan vi sammensætter det periodiske system, sidder virkelig i kernen i vores tankegang om protactinium. "

Svaret på, om protactinium virker mere som et actinid eller som et overgangsmetal, ligger i et protactiniumatoms ydre elektronskaller. Forskere betegner hver skal med både et tal (1 til 7) og et bogstav (er, p, d eller f). Hvilken skal et elements ydre elektroner bebor, hvad angår antal og bogstav, definerer sin familie og hjælper med at bestemme en bred vifte af dens kemiske og fysiske adfærd.

Forskellen mellem overgangsmetallerne og actiniderne ligger i, hvor ydre skal først bliver fyldt af tilgængelige elektroner. Protactinium, Wilson bemærkede, er særlig vigtig, fordi den repræsenterer den grænse, ved hvilken en 'd' orbital og en 'f' orbitalændring placerer sig energisk. Dette bestemmer, hvordan orbitalerne bliver fyldt, og hvordan de interagerer eller binder sig til deres naboer.

"D -orbitalerne i overgangsmetaller deltager i kemisk binding på en meget direkte måde, og de kan organisere sig i temmelig forudsigelige strukturer, "Sagde Wilson." Actiniderne danner ikke de samme slags bindinger som let. "

Ifølge Wilson, kemikere, der studerer actinider, der har forsøgt at lokke protactinium til at opføre sig som dets overgangsmetalfætre, har fundet begrænset succes. "Kan vi få protactinium til at opføre sig som niob og tantal? Svaret er eksperimentelt 'endnu ikke, "" Sagde Wilson. "Men at arbejde med teorien om dette unikke element kan give os et nyt syn på, hvordan det er i stand til at sidde lige ved dette vigtige kemiske og energiske skæringspunkt."

Ændringerne i elektronorbitaler og bindingsadfærd, der opstår inden for de tunge elementer, stiger kun, efterhånden som det periodiske system fortsætter. I de tungeste elementer, Wilson sagde, relativistiske effekter begynder at erstatte vores klassiske forståelse af, hvordan visse elementer "skal" opføre sig, selv til det punkt, hvor et hypotetiseret element kunne ligne både en inert ædelgas og et meget aktivt metal på samme tid.

"Vi begynder at forstå, at protactinium er døren, hvor bindingen i det periodiske system begynder at ændre sig, "Sagde Wilson." Vi driller ned på, hvad der virkelig får det periodiske system til at krydse. "

Studiet, "Protactinium og skæringspunktet mellem actinid og overgangsmetalkemi, "optrådte i online -udgaven af Naturkommunikation .