De synthese en studie van radioactieve verbindingen zijn natuurlijk moeilijk vanwege de extreme toxiciteit van de betrokken materialen, maar ook vanwege de kosten en schaarste van onderzoeksisotopen.

Nu hebben wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en hun medewerkers aan de Oregon State University (OSU) een nieuwe methode ontwikkeld om enkele van de zeldzaamste en meest giftige elementen op aarde te isoleren en tot in detail te bestuderen. Het onderzoek verschijnt in Nature Chemistry .

Traditionele synthetische methoden en chemische studies richten zich op kleine anorganische of organische complexen van de bestudeerde isotoop en vereisen doorgaans enkele milligrammen monster per poging. Milligramhoeveelheden klinken misschien niet als veel, maar voor sommige isotopen komt dit overeen met de jaarlijkse voorraad van de wereld. Sommige radio-isotopen zijn ook te duur, te kortlevend of te giftig om met de huidige methoden te worden bestudeerd, waardoor ze onbereikbaar zijn voor gedetailleerd chemisch onderzoek.

In het nieuwe onderzoek toonde het team aan dat door gebruik te maken van fundamentele chemische eigenschappen, zoals molecuulgewicht en oplosbaarheid, het mogelijk is om coördinatieverbindingen van zeldzame/toxische/radioactieve/kostbare elementen te synthetiseren en deze tot in detail te karakteriseren, terwijl zeer kleine hoeveelheden worden gebruikt. , tot op de microgramschaal. De nieuwe methode vereist meer dan 1.000 keer minder materiaal dan eerdere state-of-the-art benaderingen, wat een baanbrekend hulpmiddel is om de kennis van de moeilijkst te bestuderen elementen op aarde te vergroten.

De nieuw voorgestelde benadering zou kunnen worden gebruikt om veel nieuwe verbindingen te ontdekken en te bestuderen die zeldzame isotopen bevatten, zoals actiniden en radiolanthaniden, waardoor wetenschappers bindingstrends en mogelijk isotopentrends in het periodiek systeem kunnen ontrafelen. Het biedt ook een levensvatbaar pad om verbindingen te isoleren en de chemie te bestuderen van elementen die met eerdere methoden ontoegankelijk zijn gebleven, zoals actinium, transcalifornium-elementen en meer.

"De eenvoud, werkzaamheid en modulariteit van de nieuw voorgestelde methode zijn verbazingwekkend, en het vermindert de blootstelling aan straling van werknemers aanzienlijk, behoudt de isotopenbronnen van het land en verlaagt de kosten drastisch", zegt LLNL-wetenschapper en projectleider Gauthier Deblonde.

De methode omvat zware polyoxometalaatliganden (POM's) en maakt de eenvoudige vorming, kristallisatie, hantering en gedetailleerde spectroscopische en structurele karakterisering mogelijk van complexen die zeldzame isotopen bevatten vanaf slechts 1-10 microgram. Er werden verschillende nieuwe monokristallijne röntgendiffractiestructuren gevonden, waaronder drie nieuwe curiumverbindingen. Voor de context:curiumisotopen zijn niet alleen radiotoxisch, maar ze zijn ook zeldzaam en extreem duur, tot een punt waarop slechts 10 curiumcomplexen waren geïsoleerd en gekarakteriseerd door monokristallijne röntgendiffractie sinds de ontdekking van dit element in 1944. De nieuwe benadering leverde ook de allereerste experimentele meting op van de 8-gecoördineerde ionische straal van de Cm ³⁺ ion.

"De aard van de materialen die bij dit onderzoek betrokken zijn, heeft zijn vele beperkingen, maar de nieuwe methode overwint ze. Genoeg zodat we hun chemie kunnen gaan begrijpen en hun schoonheid kunnen waarderen", zegt Ian Colliard, eerste auteur van de publicatie en OSU doctoraat kandidaat ten tijde van de studie (nu een postdoctoraal onderzoeker bij LLNL).

Uit de studie bleek ook dat POM's zeer interessante eigenschappen hebben in vergelijking met klassieke moleculen. Het team realiseerde zich bijvoorbeeld dat de meeste POM's curiumionen maken (d.w.z. Cm ³⁺ ) zeer lichtgevend, wat een potentiële manier biedt om ze zelfs bij zeer lage concentraties te detecteren. De verschillende geteste curium-POM-complexen vertonen een sterke fluorescentie-emissie, zowel in vaste toestand als in oplossing. De POM's vormen ook zeer lichtgevende complexen met vele andere elementen zoals europium, terbium, dysprosium en samarium, wat een handige manier is om hun chemie te bestuderen.

"Het team blijft onze nieuwe POM-gebaseerde aanpak toepassen om de studie van veel nieuwe actinideverbindingen en zeldzame isotopenmaterialen te ontsluiten, met meer successen die al in de pijplijn zitten", zei Deblonde. + Verder verkennen

Interactie met kernafval in het milieu kan ingewikkelder zijn dan ooit werd gedacht