Thorium-aluminium-kompleks det første med et aktinid-element til at donere elektroner, når det binder med et metal

Et lille team af forskere fra University of California, Lawrence Berkeley National Laboratory og LPCNO, Université de Toulouse, har udviklet en måde at syntetisere et thorium-aluminium-kompleks med et aktinid-element for at donere elektroner, når de binder med et metal. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Kemividenskab, gruppen forklarer, hvordan de opnåede den første af sin slags bedrift.

Thorium (Th) er et sølvfarvet radioaktivt metallisk grundstof. Ligesom andre metaller, det er relativt hårdt, men bøjelig. Det har også et højt smeltepunkt og er meget reaktivt - når det udsættes for luft, den reagerer og bliver sort. Det anses også for at være ustabilt. Det bruges i øjeblikket i visse svejseapplikationer og overvejes som et erstatningsmateriale for uran i nogle atomreaktorer.

Som forskerne bemærker, thoriums position i det periodiske system er unik på grund af dens 5f-orbitalers modvilje mod at indgå i binding, som det sker med andre aktinider. Men det er også kemisk forskelligt fra andre Lewis sure overgangsmetaller. I denne nye indsats, holdet satte sig for bedre at forstå den elektroniske struktur af thorium ved at se specifikt på bimetalliske komplekser med metal-til-metal-bindinger. Som en del af den indsats, de udviklede en måde at syntetisere Th-Al bimetaller ved hjælp af reaktioner mellem forskellige materialer. De resulterende komplekser er unikke, fordi thorium-atomerne viklet op i en +3 oxidationstilstand. Især kun 10 Th(III)-komplekser er nogensinde blevet syntetiseret.

For at syntetisere den nye Th(III) inducerede forskerne reaktioner mellem di-tert-butylcyclopentadienyl, understøttet af et Th(IV)-dihalogenid, med et anionisk aluminiumhydridsalt. Det resulterende materiale blev derefter reduceret, producerer det nye Th (III). For at stabilisere det nye materiale, forskerne parrede den med en alanatligand.

For at bevise, at det nye materiale faktisk var en Th(III), forskerne studerede det ved hjælp af EPR-spektroskopi, som afslørede de delte elektroner mellem de to atomer. De foretog også DFT-beregninger for at vise, at thorium virkelig havde doneret et valg til aluminium. Holdet foreslår, at deres arbejde kan være til nytte for andre kemikere, der ønsker at bruge aktinider som donorer. De bemærker også, at deres eksperimentelle resultater kan vise sig nyttige i fremtiden som en måde at fremstille andre aktinider såsom plutonium, reducere behovet for andre stabilisatorer.

© 2018 Phys.org