Una nueva investigación muestra que uno de los elementos conocidos más pesados ​​puede manipularse en mayor grado de lo que se pensaba anteriormente, potencialmente allanando el camino para nuevas estrategias para reciclar el combustible nuclear y un mejor almacenamiento a largo plazo de elementos radiactivos.

Un equipo internacional de investigadores ha demostrado cómo el curio —el elemento 96 de la tabla periódica y uno de los últimos que se pueden ver a simple vista— responde a la aplicación de alta presión creada al apretar una muestra entre dos diamantes.

Dirigido por el profesor de la Universidad Estatal de Florida Thomas Albrecht-Schmitt y colaboradores de la Universidad de Buffalo y la Universidad de Aachen, el equipo descubrió que el comportamiento de los electrones externos del curio, que influyen en su capacidad para unirse con otros elementos, puede alterarse acortando la distancia entre él y los átomos más ligeros que lo rodean. Los hallazgos se publican en la revista Naturaleza .

"Esto no se anticipó porque la química del curio lo hace resistente a este tipo de cambios, "dijo Albrecht-Schmitt, el Profesor Gregory R. Choppin de Química en la Universidad Estatal de Florida. "En breve, es bastante inerte ".

Aunque solo ciertos compuestos de curio exhibieron cambios, todavía era interesante para los científicos porque el curio normalmente es completamente resistente a que se alteren sus propiedades.

Además de Albrecht-Schmitt, El estudio fue dirigido por los profesores de química de la Universidad de Buffalo, Jochen Autschbach y Eva Zurek, así como por Manfred Speldrich. investigador de la Universidad de Aquisgrán en Alemania.

El trabajo de Albrecht-Schmitt es parte de la misión general de su laboratorio para comprender mejor los o actínido, elementos en la parte inferior de la tabla periódica. En 2016, recibió $ 10 millones del Departamento de Energía para formar el Centro de Ciencia y Tecnología de Actínidos para concentrarse en acelerar los esfuerzos científicos para limpiar los desechos nucleares.

A pesar de su presencia en la tabla periódica, los elementos más pesados ​​siguen siendo en gran parte un misterio para los científicos, particularmente en comparación con elementos más ligeros como el oxígeno o el nitrógeno. "Es un experimento emocionante que demostró que tenemos un control mucho mayor de la química de estos elementos difíciles de controlar de lo que se pensaba anteriormente. "Dijo Albrecht-Schmitt.

"El ión de curio (3+) que estudiamos tiene una capa de electrones externa medio llena que es muy difícil de entablar enlaces químicos, "dijo Autschbach, Profesor Larkin de Química en la Universidad de Buffalo. "Un enfoque teórico y experimental integrado mostró que la aplicación de alta presión a un cristal que contiene curio (3+), junto con iones de azufre orgánico y amonio, hace que la capa exterior del curio participe en la unión química covalente con el azufre. Este hallazgo puede ayudar a orientar nuevas formas de estudiar el misterioso comportamiento de las cáscaras de actínidos químicamente resistentes ".

El grupo de Autschbach en la Universidad de Buffalo realizó cálculos que ayudaron a explicar lo que sucedió durante los experimentos de alta presión. revelando detalles sobre cómo se comporta el curio cuando los compuestos que contienen el elemento se aprietan entre diamantes. El equipo de Zurek sentó las bases para estos cálculos al determinar las estructuras cristalinas de los compuestos a alta presión.

"Bajo presión, los compuestos químicos y los materiales pueden comportarse de manera completamente diferente a como lo hacen en condiciones atmosféricas, haciendo que los descubrimientos en la investigación de alta presión sean tan emocionantes, "Dijo Zurek.

Una mayor comprensión de los elementos más pesados ​​abre la puerta a estrategias adicionales para controlar la separación química utilizada en el reciclaje nuclear y en el diseño de materiales resilientes para el almacenamiento a largo plazo de elementos radiactivos. Dijo Albrecht-Schmitt. El equipo de investigación cree que los resultados que lograron relacionados con el curio también se traducirán en otros elementos pesados.

El equipo planea seguir este trabajo diseñando experimentos similares para elementos más pesados ​​como el californio y el einstenio. donde los efectos de la presión podrían ser incluso mayores que los que han encontrado para el curio.