Pentru prima dată, oamenii de știință au reușit să dezvăluie proprietățile esențiale ale unei substanțe radioactive misterioase numită promețiu, la aproape opt decenii de la descoperirea sa. Acest element chimic, descoperit în 1945, face parte dintr-un grup de elemente deosebit de importante în tehnologiile moderne.
Promețiul este unul dintre cele cincisprezece elemente lantanide situate în partea de jos a tabelului periodic. Lantanidele, cunoscute și ca pământuri rare, au proprietăți unice, cum ar fi magnetismul puternic și caracteristici optice speciale.
Pământurile rare sunt folosite în multe domenii tehnologice datorită proprietăților lor excepționale. Aceștia joacă un rol crucial în funcționarea laserelor, a ecranelor smartphone-urilor și chiar a magneților foarte puternici găsiți în turbinele eoliene și vehiculele electrice. În ciuda numelui lor, unele dintre ele nu sunt atât de rare. Pe de altă parte, extracția și separarea lor sunt adesea complexe și costisitoare.
Studierea promețiului a fost mult timp problematică, în principal din cauza naturii sale radioactive. Acest lucru se datorează faptului că, spre deosebire de alte elemente, promețiul nu are un izotop stabil, ceea ce înseamnă că se descompune în alte elemente în timp. Acest lucru face dificilă obținerea de mostre adecvate pentru studiu. Acest element rar este produs în general printr-un proces de fisiune în reactoare nucleare.
Laboratorul Național Oak Ridge (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) din Statele Unite este singurul producător american de promețiu-147, un izotop cu un timp de înjumătățire de 2,6 ani. Folosind o metodă recent dezvoltată, cercetătorii de aici au reușit să separe acest izotop de deșeurile reactorului nuclear pentru a obține cea mai pură probă posibilă. Oamenii de știință au combinat apoi proba de promețiu cu o moleculă numită ligand, concepută pentru a prinde atomii de metal și astfel să formeze un complex stabil în apă. Această moleculă, cunoscută sub numele de PyDGA, a creat nouă legături între prometiu și oxigen, oferind oamenilor de știință o oportunitate unică de a analiza proprietățile acestui element.
Pentru a analiza proprietățile prometiului, cercetătorii au folosit o tehnică foarte avansată și specializată, numită spectroscopie de absorbție a raze X pe bază de sincrotron. Această metodă utilizează fotoni de înaltă energie, care sunt particule de lumină generate de un accelerator de particule, o mașină complexă care accelerează particulele la viteze extrem de mari. Mai precis, spectroscopia de absorbție cu raze X funcționează prin măsurarea modului în care fotonii sunt absorbiți de atomii din probă. Când fotonii lovesc atomii de promețiu, ei excită electronii din acești atomi, făcându-i să sară la niveluri de energie mai înalte. Analizând modelul de absorbție a razelor X, oamenii de știință pot determina apoi poziția exactă a atomilor din probă și pot măsura lungimea legăturilor dintre atomii de prometiu și alți atomi, cum ar fi oxigenul, din complexul format. Cu alte cuvinte, această metodă face posibilă distingerea legăturilor specifice de promețiu, chiar și în prezența altor elemente care ar putea contamina proba. În acest caz, samariul, elementul adiacent promețiului din tabelul periodic, ar putea interfera. Cu toate acestea, datorită preciziei înalte a spectroscopiei de absorbție a razelor X, oamenii de știință au reușit să excludă orice contaminare cu samariu, asigurându-se că datele colectate provin exclusiv din promețiu.
Datele obținute în urma acestor analize au permis oamenilor de știință să compare proprietățile prometiului cu cele ale altor elemente din seria lantanidelor. Înțelegând modul în care promețiul se leagă de alți atomi, inclusiv de oxigen, cercetătorii pot vedea cum se compară cu alte lantanide în ceea ce privește lungimea legăturilor, rezistența legăturilor și comportamentul chimic. Această comparație este crucială deoarece pământurile rare au adesea proprietăți similare, dar diferențele subtile pot influența utilizarea lor în diverse aplicații. ionii tehnologici. De exemplu, diferențele în modul în care elementele se leagă le pot afecta proprietățile magnetice, optice sau capacitatea lor de a cataliza reacții chimice. Prin completarea tabelului cu proprietățile chimice ale lantanidelor, oamenii de știință pot înțelege mai bine tendințele periodice și variațiile dintre aceste elemente.
Înțelegerea acestor proprietăți de legare și coordonare va ajuta la dezvoltarea de noi metode pentru a separa mai eficient aceste elemente valoroase. Separarea pământurilor rare, adesea găsite împreună în minereuri, este adesea costisitoare și complexă. Informațiile obținute în urma acestui studiu ar putea conduce astfel la tehnologii de separare mai eficiente care vor reduce costurile și vor îmbunătăți eficiența extracției acestora.
Descoperirile făcute în acest studiu, care a fost descris într-un articol publicat în revista Nature nu se limitează la pământurile rare. Ele ar putea deschide calea pentru noi aplicații pentru promețiu și alte lantanide. De exemplu, o mai bună înțelegere a chimiei promețiului ar putea permite utilizarea acesteia în noile tehnologii sau ar putea îmbunătăți aplicațiile sale existente în bateriile atomice și diagnosticarea medicală. În plus, aceste progrese ar putea stârni un interes sporit pentru studiul promețiului și elementelor similare, determinând mai mulți cercetători să exploreze aceste zone. Acest lucru ar putea duce la descoperiri și mai semnificative care ne vor îmbogăți înțelegerea chimiei pământurilor rare și a potențialelor lor aplicații.
