Naukowcy po raz pierwszy ujawnili kluczowe właściwości tajemniczego, radioaktywnego prometu — niemal osiem dekad po odkryciu tego rzadkiego pierwiastka ziem rzadkich.

Promet to jeden z 15 pierwiastków lantanowców znajdujących się na dole układu okresowego. Znane jako metale ziem rzadkich, mają one szereg użytecznych właściwości, w tym silny magnetyzm i nietypowe właściwości optyczne, co czyni je szczególnie ważnymi w nowoczesnych urządzeniach elektronicznych.

„Używane są w laserach; są częścią ekranów smartfona. Są również stosowane w bardzo silnych magnesach w turbinach wiatrowych i pojazdach elektrycznych,” mówi Ilja Popovs, pracownik badawczo-rozwojowy w Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i współautor nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Nature.

Sam promet, odkryty przez naukowców z ORNL w 1945 roku, ma kilka drobnych zastosowań w bateriach atomowych i diagnostyce raka. Jednak naukowcy mają bardzo ograniczone zrozumienie chemii co tego pierwiastka, co uniemożliwia jego szersze zastosowanie.

Badanie radioaktywnego elementu stanowiło wyzwanie przez dekady, częściowo z powodu trudności w uzyskaniu odpowiedniego próbki, mówi członek zespołu Alexander Ivanov, również naukowiec badawczo-rozwojowy w ORNL.

„Promet nie ma stabilnego izotopu — wszystkie są radioaktywne, co oznacza, że z czasem ulegają rozpadowi na inne pierwiastki,” mówi Ivanov. „Ten pierwiastek uzyskuje się poprzez proces rozszczepienia, więc jest rzadki i trudny do badania.”

ORNL jest jedynym w USA producentem prometu-147, izotopu tego pierwiastka o okresie półtrwania wynoszącym 2,6 roku. Korzystając z metody opracowanej w zeszłym roku, naukowcy oddzielili ten izotop od odpadów z reaktora jądrowego, tworząc najczystszą możliwą próbkę do badań.

Następnie zespół połączył tę próbkę z ligandem — cząsteczką specjalnie zaprojektowaną do wiązania atomów metalu — aby stworzyć stabilny kompleks w wodzie. Cząsteczka koordynująca, znana jako PyDGA, utworzyła dziewięć wiązań prom-tylen, dając naukowcom pierwszą okazję do analizy właściwości wiązań kompleksu prometu.

Jednak sama analiza nie była trywialna.

„Ponieważ promet jest radioaktywny, podczas jego rozpadu przekształca się w sąsiedni pierwiastek, którym jest samar,” mówi Ivanov. „Dlatego w próbce będzie obecne niewielkie zanieczyszczenie w postaci samar.”

Zespół użył więc specjalistycznej techniki zwanej spektroskopią absorpcji rentgenowskiej opartą na synchrotronie. Wysokoenergetyczne fotony generowane przez akcelerator cząstek bombardowały kompleks prometu, aby zbudować obraz pozycji atomów i długości wiązań. Subtelne różnice w długościach wiązań metal-tylen pozwoliły zespołowi skupić się na kluczowym wiązaniu promet-tylen, wykluczając zanieczyszczenia samarem.

„Promet był ostatnim brakującym elementem układanki wśród tych pierwiastków,” mówi Popovs. Ligand umożliwił uzyskanie stabilnego kompleksu dla wszystkich lantanowców, co pozwoliło zespołowi na „badanie fundamentalnych właściwości fizykochemicznych tych kompleksów w całej serii.”

Teraz zespół ORNL bada promet w wodzie, aby uzyskać bardziej klarowny obraz środowiska koordynacyjnego i chemicznych zachowań tego niezwykłego pierwiastka.

Źródło: Live Science