Un nuevo compuesto de curio (un elemento radiactivo, raro y costoso) fotografiado en LLNL durante experimentos de cristalografía. El equipo de LLNL y OSU utilizó los llamados "ligandos de polioxometalato" (POM) para capturar isótopos raros y formar cristales lo suficientemente grandes como para ser caracterizados, incluso cuando solo hay disponibles 1-10 microgramos del isótopo raro. Los cristales de este compuesto de curio no tienen color bajo la luz ambiental, pero brillan con un rojo rosado intenso cuando se exponen a la luz ultravioleta. Crédito:Gauthier Deblonde/LLNL.
La síntesis y el estudio de compuestos radiactivos son naturalmente difíciles debido a la extrema toxicidad de los materiales involucrados, pero también por el costo y la escasez de isótopos de investigación.
Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y sus colaboradores en la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han desarrollado un nuevo método para aislar y estudiar con gran detalle algunos de los elementos más raros y tóxicos de la Tierra. La investigación aparece en Nature Chemistry .
Los métodos sintéticos tradicionales y los estudios químicos se centran en pequeños complejos inorgánicos u orgánicos del isótopo estudiado y, por lo general, requieren varios miligramos de muestra por intento. Las cantidades de miligramos pueden no parecer mucho, pero para algunos isótopos esto es equivalente al suministro mundial anual. Algunos radioisótopos también son demasiado costosos, de vida demasiado corta o demasiado tóxicos para ser estudiados con los métodos actuales, lo que los deja fuera del alcance de los estudios químicos detallados.
En la nueva investigación, el equipo demostró que al aprovechar las propiedades químicas fundamentales, como el peso molecular y la solubilidad, es posible sintetizar compuestos de coordinación de elementos raros/tóxicos/radiactivos/preciosos y caracterizarlos en gran detalle, usando cantidades muy pequeñas. , hasta la escala de microgramos. El nuevo método requiere más de 1000 veces menos material que los enfoques de vanguardia anteriores, lo que representa una herramienta innovadora para avanzar en el conocimiento de los elementos más difíciles de estudiar en la Tierra.
El enfoque recientemente propuesto podría usarse para descubrir y estudiar muchos compuestos nuevos que contienen isótopos raros, como actínidos y radiolantánidos, lo que permite a los científicos desentrañar tendencias de enlaces y posiblemente tendencias isotópicas en la tabla periódica. También ofrece un camino viable para aislar compuestos y estudiar la química de elementos que han permanecido inaccesibles con métodos anteriores, como actinio, elementos transcalifornio y más.
"La sencillez, la eficacia y la modularidad del nuevo método propuesto son sorprendentes y reduce significativamente la exposición a la radiación de los trabajadores, preserva los recursos isotópicos del país y reduce drásticamente los costos", dijo Gauthier Deblonde, científico del LLNL y líder del proyecto.
El método involucra ligandos de polioxometalato (POM) pesados y permite la formación, cristalización, manipulación y caracterización estructural y espectroscópica detallada de complejos que contienen isótopos raros a partir de solo 1 a 10 microgramos. Se encontraron varias estructuras nuevas de difracción de rayos X de cristal único, incluidos tres nuevos compuestos de curio. Para el contexto, los isótopos de curio no solo son radiotóxicos, sino que también son raros y extremadamente caros, hasta el punto de que solo 10 complejos de curio se han aislado y caracterizado por difracción de rayos X de cristal único desde el descubrimiento de este elemento en 1944. El nuevo El enfoque también produjo la primera medición experimental del radio iónico coordinado en 8 del Cm 3+ ión.
"La naturaleza misma de los materiales involucrados en esta investigación tiene muchas limitaciones, pero el nuevo método las supera. Lo suficiente como para que podamos comenzar a comprender su química y apreciar su belleza", dijo Ian Colliard, primer autor de la publicación y OSU. Doctor. candidato en el momento del estudio (ahora investigador postdoctoral en LLNL).
El estudio también reveló que los POM tienen propiedades muy interesantes en comparación con las moléculas clásicas. Por ejemplo, el equipo se dio cuenta de que la mayoría de los POM producen iones de curio (es decir, Cm 3+ ) altamente luminiscentes, ofreciendo una forma potencial de detectarlos incluso en concentraciones muy bajas. Los diversos complejos de curio-POM probados exhiben una fuerte emisión de fluorescencia, tanto en estado sólido como en solución. Los POM también forman complejos altamente luminiscentes con muchos otros elementos como el europio, el terbio, el disprosio y el samario, lo que ofrece una manera conveniente de estudiar su química.
"El equipo continúa aplicando nuestro nuevo enfoque basado en POM para desbloquear el estudio de muchos compuestos de actínidos novedosos y materiales de isótopos raros, con más éxitos ya en camino", dijo Deblonde. La interacción de los desechos nucleares en el medio ambiente puede ser más complicada de lo que se pensaba
