A síntese e o estudo de compostos radioativos são naturalmente difíceis devido à extrema toxicidade dos materiais envolvidos, mas também devido ao custo e escassez de isótopos de pesquisa.
Agora, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e seus colaboradores da Oregon State University (OSU) desenvolveram um novo método para isolar e estudar em grande detalhe alguns dos elementos mais raros e tóxicos da Terra. A pesquisa aparece em Nature Chemistry .

Métodos sintéticos tradicionais e estudos químicos se concentram em pequenos complexos inorgânicos ou orgânicos do isótopo estudado e normalmente requerem vários miligramas de amostra por tentativa. Quantidades de miligramas podem não parecer muito, mas para alguns isótopos isso é equivalente ao suprimento anual do mundo. Alguns radioisótopos também são muito caros, de vida curta ou muito tóxicos para serem estudados com os métodos atuais, deixando-os fora do alcance de estudos químicos detalhados.

Na nova pesquisa, a equipe demonstrou que, aproveitando propriedades químicas fundamentais, como peso molecular e solubilidade, é possível sintetizar compostos de coordenação de elementos raros/tóxicos/radioativos/preciosos e caracterizá-los em grande detalhe, usando quantidades muito pequenas , até a escala de microgramas. O novo método requer mais de 1.000 vezes menos material do que as abordagens de última geração, representando uma ferramenta inovadora para avançar no conhecimento dos elementos mais difíceis de estudar na Terra.

A abordagem recém-proposta pode ser usada para descobrir e estudar muitos novos compostos contendo isótopos raros, como actinídeos e radiolantanídeos – permitindo que os cientistas desvendem tendências de ligação e possivelmente tendências isotópicas na tabela periódica. Também oferece um caminho viável para isolar compostos e estudar a química de elementos que permaneceram inacessíveis com métodos anteriores, como elementos de actínio, transcalifornium e muito mais.

“A simplicidade, eficácia e modularidade do método recém-proposto são surpreendentes, e diminui significativamente a exposição à radiação dos trabalhadores, preserva os recursos isotópicos do país e reduz drasticamente os custos”, disse o cientista do LLNL e líder do projeto Gauthier Deblonde.

O método envolve ligantes polioxometalatos pesados ​​(POMs) e permite a simples formação, cristalização, manuseio e caracterização espectroscópica e estrutural detalhada de complexos contendo isótopos raros a partir de apenas 1-10 microgramas. Várias novas estruturas de difração de raios-X de cristal único foram encontradas, incluindo três novos compostos de cúrio. Para contextualizar, os isótopos de cúrio não são apenas radiotóxicos, mas também são raros e extremamente caros, a ponto de apenas 10 complexos de cúrio terem sido isolados e caracterizados por difração de raios-X de cristal único desde a descoberta deste elemento em 1944. O novo A abordagem também rendeu a primeira medição experimental do raio iônico de 8 coordenadas do Cm ³⁺ íon.

"A própria natureza dos materiais envolvidos nesta pesquisa tem suas muitas limitações, mas o novo método as supera. O suficiente para que possamos começar a entender sua química e apreciar sua beleza", disse Ian Colliard, primeiro autor da publicação e da OSU Ph.D. candidato no momento do estudo (agora um pesquisador de pós-doutorado no LLNL).

O estudo também revelou que os POMs têm propriedades muito interessantes em comparação com as moléculas clássicas. Por exemplo, a equipe percebeu que a maioria dos POMs renderiza íons de cúrio (ou seja, Cm ³⁺ ) altamente luminescente, oferecendo uma maneira potencial de detectá-los mesmo em concentrações muito baixas. Os vários complexos de cúrio-POM testados exibem forte emissão de fluorescência, tanto no estado sólido quanto no estado de solução. Os POMs também formam complexos altamente luminescentes com muitos outros elementos, como európio, térbio, disprósio e samário, oferecendo uma maneira conveniente de estudar sua química.

“A equipe continua a aplicar nossa nova abordagem baseada em POM para desbloquear o estudo de muitos novos compostos de actinídeos e materiais isotópicos raros, com mais sucessos já em andamento”, disse Deblonde. + Explorar mais

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