Tecnologia Científica

Pesquisadores descobrem que química de elementos pesados ​​pode mudar a altas pressões
Uma equipe internacional de cientistas demonstrou como o cúrio - elemento 96 na tabela periódica e um dos últimos que podem ser vistos a olho nu - responde à aplicação de alta pressão criada ao espremer uma amostra entre dois diamantes.
Por Florida State University - 16/07/2020


Cristais de cúrio com brilho laranja, que os pesquisadores usavam para monitorar as mudanças na química quando aplicavam pressão. Crédito: Thomas Albrecht-Schmitt / Nature

Novas pesquisas mostram que um dos elementos mais pesados ​​conhecidos pode ser manipulado em maior grau do que se pensava, potencialmente abrindo caminho para novas estratégias de reciclagem de combustível nuclear e melhor armazenamento a longo prazo de elementos radioativos.

Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou como o cúrio - elemento 96 na tabela periódica e um dos últimos que podem ser vistos a olho nu - responde à aplicação de alta pressão criada ao espremer uma amostra entre dois diamantes.

Liderada pelo professor Thomas Albrecht-Schmitt, da Universidade Estadual da Flórida, e colaboradores da Universidade de Buffalo e Aachen University, a equipe descobriu que o comportamento dos elétrons externos do cúrio - que influenciam sua capacidade de se relacionar com outros elementos - pode ser alterado diminuindo a distância entre e átomos mais leves circundantes. Os resultados são publicados na revista Nature .

"Isso não foi antecipado porque a química do cúrio o torna resistente a esses tipos de alterações", disse Albrecht-Schmitt, professor de química da Universidade Estadual da Flórida Gregory R. Choppin. "Em resumo, é bastante inerte."

"Sob pressão, compostos e materiais químicos podem se comportar de maneira completamente diferente das condições atmosféricas, tornando as descobertas em pesquisas de alta pressão tão emocionantes",

Zurek.

Embora apenas certos compostos de cúrio exibissem alterações, ainda era interessante para os cientistas porque o cúrio é normalmente completamente resistente a ter suas propriedades alteradas.

Além de Albrecht-Schmitt, o estudo foi conduzido pelos professores de química da Universidade de Buffalo, Jochen Autschbach e Eva Zurek, além de Manfred Speldrich, pesquisador da Universidade de Aachen na Alemanha.

O trabalho de Albrecht-Schmitt faz parte da missão geral de seu laboratório para entender melhor os elementos mais pesados ​​ou actinídeos na parte inferior da tabela periódica. Em 2016, ele recebeu US $ 10 milhões do Departamento de Energia para formar o Center for Actinide Science and Technology para se concentrar em acelerar os esforços científicos para limpar o lixo nuclear.

Apesar da presença na tabela periódica , os elementos mais pesados ​​ainda permanecem um mistério para os cientistas, principalmente se comparados aos elementos mais leves, como oxigênio ou nitrogênio. "É um experimento emocionante que mostrou que temos um controle muito maior da química desses elementos difíceis de controlar do que se pensava", disse Albrecht-Schmitt.

"O íon curium (3+) que estudamos possui uma camada externa de elétrons pela metade, que é muito difícil de envolver em ligações químicas ", disse Autschbach, professor de química da Larkin na Universidade de Buffalo. "Uma abordagem experimental e teórica integrada mostrou que a aplicação de alta pressão a um cristal contendo cúrio (3+), juntamente com íons orgânicos de enxofre e amônio, faz com que a concha externa do cúrio participe de ligações químicas covalentes com enxofre. Essa descoberta pode ajudar a orientar novas maneiras de estudar o comportamento misterioso das conchas de actinídeos quimicamente resistentes ".

O grupo de Autschbach na Universidade de Buffalo realizou cálculos que ajudaram a explicar o que aconteceu durante os experimentos de alta pressão, revelando detalhes sobre como o cúrio se comporta quando os compostos que contêm o elemento são espremidos entre os diamantes. A equipe de Zurek estabeleceu as bases para esses cálculos, determinando as estruturas cristalinas dos compostos sob alta pressão.

"Sob pressão, compostos e materiais químicos podem se comportar de maneira completamente diferente das condições atmosféricas, tornando as descobertas em pesquisas de alta pressão tão emocionantes", disse Zurek.

Uma maior compreensão dos elementos mais pesados ​​abre as portas para estratégias adicionais para controlar a separação química usada na reciclagem nuclear e no design de materiais resilientes para armazenamento a longo prazo de elementos radioativos, disse Albrecht-Schmitt. A equipe de pesquisa acredita que os resultados alcançados relacionados ao cúrio também se traduzirão em outros elementos pesados.

A equipe planeja seguir esse trabalho projetando experimentos semelhantes para elementos mais pesados , como o californio e o einsteinio, onde os efeitos da pressão podem ser ainda maiores do que os encontrados para o curium.

 

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