Como o elemento 99 - einsteínio - foi descoberto em 1952 no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Laboratório de Berkeley) a partir dos destroços da primeira bomba de hidrogênio, os cientistas realizaram muito poucos experimentos com ele porque é muito difícil de criar e é excepcionalmente radioativo. Uma equipe de químicos do Berkeley Lab superou esses obstáculos para relatar o primeiro estudo que caracteriza algumas de suas propriedades, abrindo a porta para uma melhor compreensão dos elementos transurânicos restantes da série dos actinídeos.

Publicado no jornal Natureza , o estudo, "Structural and Spectroscopic Characterization of an Einsteinium Complex, "foi co-liderado pela cientista do Berkeley Lab, Rebecca Abergel, e pelo cientista do Los Alamos National Laboratory, Stosh Kozimor, e incluiu cientistas dos dois laboratórios, UC Berkeley, e a Georgetown University, vários dos quais são alunos de graduação e pós-doutorandos. Com menos de 250 nanogramas do elemento, a equipe mediu a primeira distância do vínculo de einstênio, uma propriedade básica das interações de um elemento com outros átomos e moléculas.

"Não se sabe muito sobre o einstênio, "disse Abergel, que lidera o grupo de Química de Elementos Pesados ​​do Berkeley Lab e é professor assistente no departamento de Engenharia Nuclear da UC Berkeley. "É uma conquista notável que fomos capazes de trabalhar com essa pequena quantidade de material e fazer química inorgânica. É significativo porque quanto mais entendemos sobre seu comportamento químico, mais podemos aplicar esse entendimento para o desenvolvimento de novos materiais ou novas tecnologias, não necessariamente apenas com einsteinium, mas com o resto dos actinídeos também. E podemos estabelecer tendências na tabela periódica. "

De curta duração e difícil de fazer

Abergel e sua equipe usaram instalações experimentais não disponíveis décadas atrás, quando o einsteínio foi descoberto pela primeira vez - a Molecular Foundry no Berkeley Lab e a Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) no SLAC National Accelerator Laboratory, ambas as instalações do DOE Office of Science - para conduzir experimentos de espectroscopia de luminescência e espectroscopia de absorção de raios-X.

Mas primeiro, colocar a amostra em uma forma utilizável foi quase metade da batalha. "Todo este artigo é uma longa série de eventos infelizes, "ela disse ironicamente.

O material foi feito no High Flux Isotope Reactor do Oak Ridge National Laboratory, um dos poucos lugares no mundo que é capaz de fazer einsteinium, que envolve o bombardeio de alvos de cúrio com nêutrons para desencadear uma longa cadeia de reações nucleares. O primeiro problema que encontraram foi que a amostra estava contaminada com uma quantidade significativa de califórnio, pois produzir einsteinio puro em uma quantidade utilizável é extraordinariamente desafiador.

Então, eles tiveram que descartar seu plano original de usar cristalografia de raios-X - que é considerada o padrão-ouro para obter informações estruturais sobre moléculas altamente radioativas, mas requer uma amostra pura de metal - e, em vez disso, criaram uma nova maneira de fazer amostras e alavancar técnicas de pesquisa de elementos específicos. Os pesquisadores de Los Alamos forneceram assistência crítica nesta etapa, projetando um porta-amostras especialmente adequado para os desafios intrínsecos ao einsteínio.

Então, lutar contra a decadência radioativa foi outro desafio. A equipe do Berkeley Lab conduziu seus experimentos com einsteinium-254, um dos isótopos mais estáveis ​​do elemento. Tem meia-vida de 276 dias, que é o tempo para metade do material se decompor. Embora a equipe tenha conseguido conduzir muitos dos experimentos antes da pandemia do coronavírus, eles tinham planos para experimentos de acompanhamento que foram interrompidos devido a paralisações relacionadas à pandemia. Quando eles puderam voltar para o laboratório no verão passado, a maior parte da amostra havia sumido.

Distância da ligação e além

Ainda, os pesquisadores conseguiram medir uma distância de ligação com einsteinium e também descobriram algum comportamento físico-químico que era diferente do que seria esperado da série de actinídeos, quais são os elementos da linha inferior da tabela periódica.

"Determinar a distância da ligação pode não parecer interessante, mas é a primeira coisa que você gostaria de saber sobre como um metal se liga a outras moléculas. Que tipo de interação química esse elemento terá com outros átomos e moléculas? ”, Disse Abergel.

Uma vez que os cientistas têm essa imagem do arranjo atômico de uma molécula que incorpora einsteínio, eles podem tentar encontrar propriedades químicas interessantes e melhorar a compreensão das tendências periódicas. "Ao obter esses dados, nós ganhamos um melhor, compreensão mais ampla de como toda a série de actinídeos se comporta. E nessa série, temos elementos ou isótopos que são úteis para a produção de energia nuclear ou radiofármacos, " ela disse.

Tantalizantemente, esta pesquisa também oferece a possibilidade de explorar o que está além da borda da tabela periódica, e possivelmente descobrindo um novo elemento. "Estamos realmente começando a entender um pouco melhor o que acontece no final da tabela periódica, e a próxima coisa é, você também pode imaginar um alvo de einstênio para descobrir novos elementos, "Abergel disse." Semelhante aos elementos mais recentes que foram descobertos nos últimos 10 anos, como tennessine, que usava um alvo de berquélio, se você fosse capaz de isolar einsteínio puro o suficiente para fazer um alvo, você poderia começar a procurar outros elementos e chegar mais perto da (teorizada) ilha de estabilidade, "onde os físicos nucleares previram que os isótopos podem ter meia-vida de minutos ou mesmo dias, em vez dos microssegundos ou menos meias-vidas que são comuns nos elementos superpesados.