Chemicy tworzą einstein – nieuchwytny 99 pierwiastek

Naukowcom udało się zbadać einstein – jeden z najbardziej nieuchwytnych i najcięższych pierwiastków układu okresowego – po raz pierwszy od dziesięcioleci. To osiągnięcie przybliża chemików do odkrycia tak zwanej „wyspy stabilności”, na której, jak się uważa, znajdują się jedne z najcięższych i najkrócej żyjących pierwiastków.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych po raz pierwszy odkrył einstein w 1952 r., podczas pierwszych testów bomby wodorowej. Pierwiastek nie występuje naturalnie na Ziemi i może być wytwarzany jedynie w mikroskopijnych ilościach przy użyciu specjalistycznych reaktorów jądrowych. Jest również trudny do oddzielenia od innych pierwiastków, jest wysoce radioaktywny i szybko się rozpada, co sprawia, że ​​jest niezwykle trudny do zbadania.

Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) na Uniwersytecie Kalifornijskim niedawno stworzyli 233-nanogramową próbkę czystego einsteinu i przeprowadzili pierwsze eksperymenty na tym pierwiastku od lat 70. W ten sposób po raz pierwszy byli w stanie odkryć niektóre z podstawowych właściwości chemicznych pierwiastka.

Naukowcy z Berkeley Lab Jennifer Wacker (od lewej), Leticia Arnedo-Sanchez, Korey Carter i Katherine Shield pracują w laboratorium chemicznym Rebeki Abergel. (Zdjęcie: Marilyn Sargent / Berkeley Lab)

Bardzo trudne do nauki

Fizycy prawie nic nie wiedzą o einsteinie.

„Trudno jest zbadać ten pierwiastek ze względu na to, gdzie jest w układzie okresowym” – powiedział współautor, Korey Carter, adiunkt na University of Iowa i były naukowiec z Berkeley Lab.

Podobnie jak inne pierwiastki z serii aktynowców – grupa 15 pierwiastków metalicznych znajdujących się na dole układu okresowego – einstein jest wytwarzane przez bombardowanie pierwiastka docelowego, w tym przypadku kiur, neutronami i protonami, aby stworzyć cięższe pierwiastki. Zespół użył specjalistycznego reaktora jądrowego w Oak Ridge National Laboratory w Tennessee, jednym z niewielu miejsc na świecie, w których można wytwarzać einstein.

Reakcja ma na celu wytworzenie kalifornu – pierwiastka o znaczeniu handlowym używanego w elektrowniach jądrowych – jako produkt uboczny wytwarza tylko bardzo małą ilość einsteinu. Wyodrębnienie czystej próbki einsteinu z kalifornu jest trudne ze względu na podobieństwa między dwoma pierwiastkami, co oznaczało, że naukowcy otrzymali tylko niewielką próbkę einsteinu-254, jednego z najbardziej stabilnych izotopów lub wersji nieuchwytnego pierwiastka.

„To bardzo mała ilość materiału” – powiedział Carter. – Nie możesz zobaczyć tego pierwiastka, a jedyny sposób, w jaki możesz to stwierdzić “jest”, wynika z sygnału radioaktywnego.

Jednak zdobycie einsteinu to tylko połowa sukcesu. Następnym problemem jest znalezienie miejsca do przechowywania tego pierwiastka.

Einsteinium-254 ma okres półtrwania wynoszący 276 dni – czas, w którym rozpada się połowa materiału – i rozpada się na berkelium-250, które emituje wysoce szkodliwe promieniowanie gamma. Naukowcy z Los Alamos National Laboratory w Nowym Meksyku zaprojektowali specjalny pojemnik na próbki wydrukowany w 3D, który zawiera einstein i chroni naukowców z Berkeley Lab przed tym promieniowaniem.

Jednak rozpad pierwiastka stworzył także inne problemy dla badaczy.

„Rozkłada się konsekwentnie, więc studiując go, tracisz 7,2% jego masy” – powiedział Carter. „Musisz wziąć to pod uwagę podczas planowania eksperymentów”.

Zespół Berkeley Lab był przyzwyczajony do radzenia sobie z innymi pierwiastkami o krótkich okresach półtrwania. Mimo to zespół rozpoczął pracę tuż przed wybuchem pandemii COVID-19, co oznaczało, że stracili cenny czas i nie byli w stanie ukończyć wszystkich zaplanowanych eksperymentów.

Zaskakujące wyniki

Głównym odkryciem z badania był pomiar długości wiązania einstein – średniej odległości między dwoma związanymi atomami – podstawowej właściwości chemicznej, która pomaga naukowcom przewidzieć, jak będzie oddziaływać z innymi pierwiastkami. Okazało się, że długość wiązania einsteinu jest sprzeczna z ogólnym trendem aktynowców. Jest to coś, co teoretycznie przewidywano w przeszłości, ale nigdy wcześniej nie zostało to udowodnione eksperymentalnie.

W porównaniu z resztą serii aktynowców, einstein również świeci zupełnie inaczej po wystawieniu na działanie światła, co Carter opisuje jako „bezprecedensowe zjawisko fizyczne”. Potrzebne są dalsze eksperymenty, aby ustalić, dlaczego.

Nowe badanie „kładzie podwaliny pod możliwość prowadzenia badań chemicznych na naprawdę małych próbkach” – powiedział Carter. „Nasze metody pozwolą innym przekraczać granice badając inne pierwiastki w ten sam sposób”.

Badania zespołu mogą również ułatwić tworzenie einsteinu w przyszłości. W takim przypadku einstein mogłoby potencjalnie zostać użyte jako element docelowy do tworzenia jeszcze cięższych pierwiastków, w tym nieodkrytych, takich jak hipotetyczny pierwiastek 119, zwany także ununenn. Jednym z ostatecznych celów dla niektórych chemików byłoby odkrycie hipotetycznych superciężkich pierwiastków, które mają okres półtrwania minut lub nawet dni – co oznacza, że ​​„żyją” na tej wyspie stabilności – w porównaniu z co najwyżej mikrosekundami dla okresów półtrwania inne ciężkich pierwiastków.

Badanie zostało opublikowane w Internecie 3 lutego w czasopiśmie Nature .

Źródła: Harry Baker

Structural and spectroscopic characterization of an einsteinium complex

Zdjęcia: Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x