Uma nova pesquisa mostra que um dos elementos conhecidos mais pesados ​​pode ser manipulado em um grau maior do que se pensava, potencialmente pavimentando o caminho para novas estratégias de reciclagem de combustível nuclear e melhor armazenamento de longo prazo de elementos radioativos.

Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou como o cúrio - elemento 96 da tabela periódica e um dos últimos que podem ser vistos a olho nu - responde à aplicação de alta pressão criada ao apertar uma amostra entre dois diamantes.

Liderado pelo professor Thomas Albrecht-Schmitt da Florida State University e colaboradores da University at Buffalo e da Aachen University, a equipe descobriu que o comportamento dos elétrons externos do cúrio - que influenciam sua capacidade de se ligar a outros elementos - pode ser alterado encurtando a distância entre ele e os átomos mais leves ao redor. Os resultados são publicados na revista Natureza .

"Isso não foi previsto porque a química do cúrio o torna resistente a esses tipos de mudanças, "disse Albrecht-Schmitt, o Gregory R. Choppin Professor de Química na Florida State University. "Resumidamente, é bastante inerte. "

Embora apenas alguns compostos de cúrio exibam mudanças, ainda era interessante para os cientistas porque o cúrio normalmente é completamente resistente a ter suas propriedades alteradas.

Além de Albrecht-Schmitt, o estudo foi conduzido pelos professores de química da University at Buffalo, Jochen Autschbach e Eva Zurek, bem como por Manfred Speldrich, pesquisador da Universidade de Aachen na Alemanha.

O trabalho de Albrecht-Schmitt faz parte da missão geral de seu laboratório de compreender melhor os mais pesados, ou actinida, elementos na parte inferior da tabela periódica. Em 2016, ele recebeu US $ 10 milhões do Departamento de Energia para formar o Centro de Ciência e Tecnologia de Actinídeos para se concentrar na aceleração dos esforços científicos para limpar o lixo nuclear.

Apesar de sua presença na tabela periódica, os elementos mais pesados ​​ainda permanecem um mistério para os cientistas, particularmente em comparação com elementos mais leves como oxigênio ou nitrogênio. "É um experimento empolgante que mostrou que temos muito maior controle da química desses elementos difíceis de controlar do que se pensava anteriormente, "Albrecht-Schmitt disse.

"O íon de cúrio (3+) que estudamos tem uma camada externa de elétrons meio preenchida que é muito difícil de envolver em ligações químicas, "disse Autschbach, Larkin Professor de Química da Universidade de Buffalo. "Uma abordagem experimental e teórica integrada mostrou que a aplicação de alta pressão a um cristal contendo cúrio (3+), junto com íons orgânicos de enxofre e amônio, faz com que a camada externa do cúrio participe de uma ligação química covalente com o enxofre. Essa descoberta pode ajudar a orientar novas maneiras de estudar o comportamento misterioso de conchas de actinídeo quimicamente resistentes. "

O grupo de Autschbach na Universidade de Buffalo realizou cálculos que ajudaram a explicar o que aconteceu durante os experimentos de alta pressão, revelando detalhes sobre como o cúrio se comporta quando os compostos contendo o elemento são espremidos entre os diamantes. A equipe de Zurek lançou as bases para esses cálculos, determinando as estruturas cristalinas dos compostos sob alta pressão.

"Sob pressão, compostos químicos e materiais podem se comportar de maneira completamente diferente do que em condições atmosféricas, tornando as descobertas em pesquisas de alta pressão tão empolgantes, "Zurek disse.

Uma maior compreensão dos elementos mais pesados ​​abre a porta para estratégias adicionais para controlar a separação química usada na reciclagem nuclear e no projeto de materiais resilientes para armazenamento de longo prazo de elementos radioativos, Albrecht-Schmitt disse. A equipe de pesquisa acredita que os resultados alcançados relacionados ao cúrio também se traduzirão em outros elementos pesados.

A equipe planeja seguir este trabalho projetando experimentos semelhantes para elementos mais pesados, como califórnio e einstênio, onde os efeitos da pressão podem ser ainda maiores do que o que eles encontraram para o cúrio.