Dado que el elemento 99, einstenio, fue descubierto en 1952 en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) a partir de los escombros de la primera bomba de hidrógeno, los científicos han realizado muy pocos experimentos con él porque es muy difícil de crear y es excepcionalmente radiactivo. Un equipo de químicos de Berkeley Lab ha superado estos obstáculos para informar del primer estudio que caracteriza algunas de sus propiedades, abriendo la puerta a una mejor comprensión de los elementos transuránicos restantes de la serie de actínidos.

Publicado en la revista Naturaleza , el estudio, "Caracterización estructural y espectroscópica de un complejo de einstenio, "fue codirigida por la científica del laboratorio de Berkeley Rebecca Abergel y el científico del laboratorio nacional de Los Alamos Stosh Kozimor, e incluyó a científicos de los dos laboratorios, UC Berkeley, y la Universidad de Georgetown, varios de los cuales son estudiantes graduados y becarios postdoctorales. Con menos de 250 nanogramos del elemento, el equipo midió la primera distancia de enlace de einstenio, una propiedad básica de las interacciones de un elemento con otros átomos y moléculas.

"No se sabe mucho sobre el einstenio, "dijo Abergel, quien dirige el grupo de Química de Elementos Pesados ​​de Berkeley Lab y es profesor asistente en el departamento de Ingeniería Nuclear de UC Berkeley. "Es un logro notable que pudiéramos trabajar con esta pequeña cantidad de material y hacer química inorgánica. Es significativo porque cuanto más entendemos sobre su comportamiento químico, cuanto más podamos aplicar este conocimiento para el desarrollo de nuevos materiales o nuevas tecnologías, no necesariamente solo con einstenio, pero también con el resto de actínidos. Y podemos establecer tendencias en la tabla periódica ".

De corta duración y difícil de hacer

Abergel y su equipo utilizaron instalaciones experimentales que no estaban disponibles hace décadas cuando se descubrió el einstenio por primera vez:la Fundición Molecular en el Laboratorio de Berkeley y la Fuente de Luz de Radiación de Sincrotrón de Stanford (SSRL) en el Laboratorio Nacional del Acelerador de SLAC. ambas instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, para realizar experimentos de espectroscopía de luminiscencia y espectroscopía de absorción de rayos X.

Pero primero, conseguir la muestra en una forma utilizable fue casi la mitad de la batalla. "Todo este artículo es una larga serie de eventos desafortunados, "dijo con ironía.

El material se fabricó en el reactor de isótopos de alto flujo del Laboratorio Nacional Oak Ridge, uno de los pocos lugares en el mundo que es capaz de producir einstenio, que implica bombardear objetivos de curio con neutrones para desencadenar una larga cadena de reacciones nucleares. El primer problema que encontraron fue que la muestra estaba contaminada con una cantidad significativa de californio, ya que fabricar einstenio puro en una cantidad utilizable es un desafío extraordinario.

Así que tuvieron que desechar su plan original para utilizar la cristalografía de rayos X, que se considera el estándar de oro para obtener información estructural en moléculas altamente radiactivas, pero requiere una muestra pura de metal, y en su lugar idearon una nueva forma de hacer muestras y aprovechar técnicas de investigación de elementos específicos. Los investigadores de Los Alamos brindaron asistencia fundamental en este paso al diseñar un soporte de muestra especialmente adecuado para los desafíos intrínsecos al einstenio.

Luego, lidiar con la desintegración radiactiva fue otro desafío. El equipo del laboratorio de Berkeley realizó sus experimentos con einstenio-254, uno de los isótopos más estables del elemento. Tiene una vida media de 276 días, que es el tiempo que tarda la mitad del material en descomponerse. Aunque el equipo pudo realizar muchos de los experimentos antes de la pandemia de coronavirus, tenían planes para experimentos de seguimiento que se interrumpieron gracias a los cierres relacionados con la pandemia. Para cuando pudieron regresar a su laboratorio el verano pasado, la mayor parte de la muestra había desaparecido.

Bond distancia y más allá

Todavía, Los investigadores pudieron medir una distancia de enlace con einstenio y también descubrieron un comportamiento físico-químico que era diferente de lo que se esperaría de la serie de actínidos. que son los elementos de la fila inferior de la tabla periódica.

"Determinar la distancia de enlace puede no parecer interesante, pero es lo primero que le gustaría saber sobre cómo un metal se une a otras moléculas. ¿Qué tipo de interacción química va a tener este elemento con otros átomos y moléculas? ", Dijo Abergel.

Una vez que los científicos tienen esta imagen de la disposición atómica de una molécula que incorpora einstenio, pueden intentar encontrar propiedades químicas interesantes y mejorar la comprensión de las tendencias periódicas. "Al obtener este dato, ganamos una mejor, comprensión más amplia de cómo se comporta toda la serie de actínidos. Y en esa serie, tenemos elementos o isótopos que son útiles para la producción de energía nuclear o radiofármacos, " ella dijo.

Tentadoramente, esta investigación también ofrece la posibilidad de explorar lo que está más allá del borde de la tabla periódica, y posiblemente descubrir un nuevo elemento. "Realmente estamos empezando a comprender un poco mejor lo que sucede hacia el final de la tabla periódica, y lo siguiente es, también podría imaginarse un objetivo de einstenio para descubrir nuevos elementos, ", Dijo Abergel." Al igual que los elementos más recientes que se descubrieron en los últimos 10 años, como tennessine, que utilizó un objetivo de berkelio, si pudieras aislar suficiente einstenio puro para hacer un objetivo, podrías empezar a buscar otros elementos y acercarte a la isla (teorizada) de la estabilidad, "donde los físicos nucleares han predicho que los isótopos pueden tener vidas medias de minutos o incluso días, en lugar de las semividas de microsegundos o menos que son comunes en los elementos superpesados.