厘米(W5) 2

来源:©Ian Colliard et al/施普林格Nature Limited 2022

固体厘米(W52与CsCl-CH共沉淀3.cooc(来自初始缓冲区;左)和Cm(W52(右)都在紫外光下。在这种情况下,将curium与多金属氧酸盐结合,意味着只使用3μg锕系元素进行配位化学研究

由于核化学家开发的一项新技术,现在只需1微克的材料就可以对稀有或危险的同位素进行化学表征。

目前,重锕系元素的许多深层化学成分都是未知的,这主要是因为它们的数量不足以进行彻底的研究。这要么是因为稀缺——全世界的供应量加起来可能只有几毫克——要么是因为获取这些同位素的费用高昂,要么是因为它们的半衰期很短,要么是因为三者的结合。虽然在20世纪40年代就用微量元素对锕系元素进行了表征,但由于费用和困难,进一步的研究已经失宠。例如,自1944年发现该元素以来,只有10个curium配合物被分离和表征。

来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室和俄勒冈州立大学的一个美国团队决定使用重多金属氧酸盐(POM)配体来解决这个问题,这种配体很容易与锕系元素形成复合物。POMs还具有抗辐射性,其结构和光谱特性由结构中心的金属控制,并且是一些仍然可以使用高分辨率光谱技术进行表征的最重和密度最大的配体。

该团队选择了基于钨的POM配体,如W5O186 -,因为它们分子量大,溶于水。利用这些分子,该团队能够与从微量元素中提取的curium和镅形成配合物,并通过各种技术研究配合物的配位化学,包括拉曼显微镜、核磁共振波谱学和单晶x射线衍射。该团队制作的三种curum - pom配合物每次制备仅使用1-10µg目标锕系元素。

锕系元素- pom配合物的结构

来源:©Ian Colliard et al/施普林格Nature Limited 2022

锕系元素- pom配合物的结构研究[AnIII(W5O1829−[AnIII (BW11O39215−[AnIII (PW11O39211−和[AnIII (P2W17O61217−An = Am3 +, Cm3 +).W5W5O186−;BW11, BW11O399−;PW11, PW11O397−;P2W17P2W17O6110−

Gauthier Deblonde劳伦斯利弗莫尔国家实验室的工作人员科学家、这篇论文的通讯作者说,该团队已经在这项新技术上工作了三年多。他说,我们做的事情基本上比目前的方法好了1000多倍,大大降低了工作人员暴露在辐射中的风险,并保存了稀有同位素的库存。“这种方法也为现有方法无法达到的元素的结构特征打开了大门,比如锕和比锎更重的元素。”在论文附带的一篇博客文章中,该团队补充说,他们已经将新方法应用于“开启新型锕系化合物和稀有同位素材料的研究,并已取得一些成功”。

李·克罗宁英国格拉斯哥大学的化学家,在POMs方面很有专长,他说这项技术“非常棒”。“使用高电荷和高氧负荷的POMs进行协调,意味着几乎可以隔离和表征少量的POMs。”这是一个天才的方法。”

托马斯Albrecht-Schoenzart美国科罗拉多矿业学院核科学与工程中心主任李文杰说,这篇论文对锕系元素和稀有同位素化学领域做出了重要贡献。Albrecht-Schoenzart说:“这是一项全面的研究,有助于在未来获得关于爱因斯坦的高质量数据,而这正是我们目前极度缺乏的。”“他们甚至可以获得掺有fermium的镧- pom配合物的光谱数据。”

如果是这样的话,它将深入描述所有一次产生的数量大于单个原子的元素,并将我们对元素周期表的化学知识推进到只存在于超新星和中子星碰撞中的物种领域。