Ερευνητές αποκάλυψαν τις μυστηριώδεις ιδιότητες ενός σπάνιου ραδιενεργού στοιχείου

Σχεδόν 80 χρόνια αφότου οι επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί των ΗΠΑ ανακάλυψαν ένα εξαιρετικά σπάνιο ραδιενεργό στοιχείο που ονομάζεται προμήθειο, μια άλλη ερευνητική ομάδα στο ίσιο εργαστήριο κατάφερε κάτι που θα μπορούσε να «ξαναγράψει τα βιβλία χημείας». Χρησιμοποιώντας μια πρωτοποριακή νέα μέθοδο, οι ερευνητές ανακάλυψαν τις βασικές ιδιότητες του προμηθείου, ενός στοιχείου σπάνιας γαίας με ελάχιστα κατανοητές εφαρμογές.

Το προμήθειο ανήκει στην ομάδα των λανθανιδών– των λεγόμενων σπάνιων γαιών- και υπάρχει φυσικά σε ελάχιστες ποσότητες. Τα μέταλλα που ανήκουν σε αυτή την ομάδα χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών και τεχνολογικών εφαρμογών.

«Χρησιμοποιούνται σε λέιζερ, σε οθόνες κινητών, καθώς και σε πολύ ισχυρούς μαγνήτες σε ανεμογεννήτριες και ηλεκτρικά οχήματα», δήλωσε ο Ίλια Πόποβς, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο Oak Ridge National Laboratory (ORNL) και συν-συγγραφέας μιας νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature».

Το προμήθειο, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1945, έχει μερικές δευτερεύουσες εφαρμογές στις ατομικές μπαταρίες και στη διάγνωση του καρκίνου. Αλλά οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν πολλά για τη χημεία του στοιχείου. Η μελέτη του ραδιενεργού αυτού στοιχείου αποτελεί πρόκληση για τους επιστήμονες επειδή δεν είναι δύσκολο να βρουν το κατάλληλο δείγμα.

«Το προμήθειο δεν διαθέτει σταθερό ισότοπο – είναι όλα ραδιενεργά, που σημαίνει ότι διασπώνται [σε άλλα στοιχεία] με τον καιρό. Το στοιχείο αυτό προκύπτει μέσω μιας διαδικασίας σχάσης, επομένως είναι σπάνιο και δύσκολο να μελετηθεί» σημείωσε ο ερευνητής Αλεξάντερ Ιβάνοφ.

Το ORNL είναι το μόνο που εργαστήριο στις ΗΠΑ που παράγει προμήθειο-147, ένα ισότοπο του στοιχείου με χρόνο ημιζωής 2,6 χρόνια. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που αναπτύχθηκε πέρυσι, οι ερευνητές διαχώρισαν αυτό το ισότοπο από τα απόβλητα των πυρηνικών αντιδραστήρων, προκειμένου να το μελετήσουν. Στη συνέχεια, συνδύασαν αυτό το δείγμα με έναν συνδέτη- ένα μόριο δηλαδή που έχει σχεδιαστεί για να παγιδεύει άτομα μετάλλου – προκειμένου να σχηματίσουν ένα σταθερό σύμπλεγμα στο νερό. Το μόριο, γνωστό ως PyDGA, σχημάτισε εννέα δεσμούς προμηθείου-οξυγόνου, δίνοντας στους ερευνητές την πρώτη ευκαιρία να αναλύσουν τις ιδιότητες σύνδεσης ενός συμπλέγματος προμηθείου.

Ωστόσο, η ανάλυση δεν ήταν εύκολη υπόθεση.

«Επειδή το προμήθειο είναι ραδιενεργό, μόλις αποσυντεθεί, μετατρέπεται στο παρακείμενο στοιχείο, που είναι το σαμάριο», είπε ο Ιβάνοφ. «Έτσι έχουμε μια μικρή ποσότητα μόλυνσης με τη μορφή σαμάριου» πρόσθεσε.

«Το τελευταίο κομμάτι του παζλ»

Η ομάδα χρησιμοποίησε μια εξειδικευμένη τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία απορρόφησης ακτίνων Χ με βάση το σύγχροτρο. Φωτόνια υψηλής ενέργειας που παράγονται από έναν επιταχυντή σωματιδίων «βομβάρδισαν» το σύμπλεγμα του προμηθείου προκειμένου να δημιουργήσουν μια εικόνα των θέσεων των ατόμων και των μηκών των δεσμών. Οι ανεπαίσθητες διαφορές στα μήκη του δεσμού μετάλλου-οξυγόνου επέτρεψαν στην ομάδα να μελετήσει τον βασικό δεσμό προμηθείου-οξυγόνου. Έτσι, οι ερευνητές μπόρεσαν να συγκρίνουν τις ιδιότητες του προμηθείου με άλλα σύμπλοκα σπάνιων γαιών για πρώτη φορά.

Οι λανθανιδες βρίσκονται στη φύση ως μίγματα στοιχείων, οπότε η κατανόηση των περιοδικών τάσεων, όπως τα μήκη των δεσμών και οι συμπεριφορές σχηματισμού συμπλόκων, βοηθά τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέες και πιο αποτελεσματικές μεθόδους διαχωρισμού αυτών των πολύτιμων μετάλλων.

ΠΗΓΗ: Live Science