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Descobertas na borda da tabela periódica: as primeiras medições do einstênio
Com menos de 250 nanogramas do elemento, a equipe mediu a primeira distância da ligação de einstênio, uma propriedade básica das interações de um elemento com outros átomos e moléculas.
Por Laboratório Nacional Lawrence Berkeley - 03/02/2021


Os cientistas do Berkeley Lab, Jennifer Wacker (a partir da esquerda), Leticia Arnedo-Sanchez, Korey Carter e Katherine Shield trabalham no laboratório de química de Rebecca Abergel. Crédito: Marilyn Sargent / Berkeley Lab

Desde que o elemento 99 - einsteínio - foi descoberto em 1952 no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) a partir dos destroços da primeira bomba de hidrogênio, os cientistas realizaram muito poucos experimentos com ele porque é muito difícil de criar e é excepcionalmente radioativo. Uma equipe de químicos do Berkeley Lab superou esses obstáculos para relatar o primeiro estudo caracterizando algumas de suas propriedades, abrindo a porta para uma melhor compreensão dos elementos transurânicos restantes da série de actinídeos.

Publicado na revista Nature , o estudo "Structural and Spectroscopic Characterization of an Einsteinium Complex" foi co-liderado pela cientista do Berkeley Lab Rebecca Abergel e pelo cientista do Los Alamos National Laboratory Stosh Kozimor, e incluiu cientistas dos dois laboratórios, UC Berkeley, e a Universidade de Georgetown, várias das quais são estudantes de graduação e pós-doutorandos. Com menos de 250 nanogramas do elemento, a equipe mediu a primeira distância da ligação de einstênio, uma propriedade básica das interações de um elemento com outros átomos e moléculas.

"Não se sabe muito sobre o einstênio", disse Abergel, que lidera o grupo de Química de Elementos Pesados ​​do Berkeley Lab e é professor assistente no departamento de Engenharia Nuclear da UC Berkeley. “É uma conquista notável termos conseguido trabalhar com essa pequena quantidade de material e fazer química inorgânica. É significativo porque quanto mais entendemos sobre seu comportamento químico, mais podemos aplicar esse conhecimento para o desenvolvimento de novos materiais ou novas tecnologias , não necessariamente apenas com einsteinium, mas com o resto dos actinídeos também. E podemos estabelecer tendências na tabela periódica . "

De curta duração e difícil de fazer

Abergel e sua equipe usaram instalações experimentais não disponíveis décadas atrás, quando o einsteinium foi descoberto pela primeira vez - a Molecular Foundry em Berkeley Lab e a Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) no SLAC National Accelerator Laboratory, ambas instalações do DOE Office of Science - para conduzir espectroscopia de luminescência e experimentos de espectroscopia de absorção de raios-X.

Mas, primeiro, colocar a amostra em uma forma utilizável foi quase metade da batalha. "Todo este jornal é uma longa série de eventos infelizes", disse ela ironicamente.

O material foi feito no High Flux Isotope Reactor do Oak Ridge National Laboratory, um dos poucos lugares no mundo que é capaz de produzir einsteínio, que envolve o bombardeio de alvos de cúrio com nêutrons para desencadear uma longa cadeia de reações nucleares. O primeiro problema que encontraram foi que a amostra estava contaminada com uma quantidade significativa de califórnio, pois fazer einsteínio puro em uma quantidade utilizável é extraordinariamente desafiador.
 
Então, eles tiveram que descartar seu plano original de usar cristalografia de raios-X - que é considerada o padrão ouro para obter informações estruturais sobre moléculas altamente radioativas, mas requer uma amostra pura de metal - e, em vez disso, criaram uma nova maneira de fazer amostras e aproveitar técnicas de pesquisa de elementos específicos. Os pesquisadores de Los Alamos forneceram assistência crítica nesta etapa, projetando um porta-amostras adaptado exclusivamente aos desafios intrínsecos ao einsteínio.

Então, lutar contra a decadência radioativa foi outro desafio. A equipe do Berkeley Lab conduziu seus experimentos com einsteinium-254, um dos isótopos mais estáveis ​​do elemento. Sua meia-vida é de 276 dias, que é o tempo de decomposição da metade do material. Embora a equipe tenha sido capaz de conduzir muitos dos experimentos antes da pandemia de coronavírus, eles tinham planos para experimentos de acompanhamento que foram interrompidos devido a interrupções relacionadas à pandemia. Quando puderam voltar ao laboratório, no verão passado, a maior parte da amostra havia sumido.

Distância da ligação e além

Ainda assim, os pesquisadores conseguiram medir uma distância de ligação com o einsteinium e também descobriram um comportamento físico-químico diferente do que seria esperado da série de actinídeos, que são os elementos da linha inferior da tabela periódica.

"Determinar a distância da ligação pode não parecer interessante, mas é a primeira coisa que você gostaria de saber sobre como um metal se liga a outras moléculas. Que tipo de interação química esse elemento terá com outros átomos e moléculas?" Disse Abergel.

Uma vez que os cientistas tenham essa imagem do arranjo atômico de uma molécula que incorpora einsteínio, eles podem tentar encontrar propriedades químicas interessantes e melhorar a compreensão das tendências periódicas. "Ao obter esses dados, ganhamos uma compreensão melhor e mais ampla de como toda a série de actinídeos se comporta. E nessa série, temos elementos ou isótopos que são úteis para a produção de energia nuclear ou radiofármacos", disse ela.

De forma tentadora, essa pesquisa também oferece a possibilidade de explorar o que está além da borda da tabela periódica e, possivelmente, descobrir um novo elemento. "Estamos realmente começando a entender um pouco melhor o que acontece no final da tabela periódica, e a próxima coisa é que você também pode imaginar um alvo de einsteinio para descobrir novos elementos", disse Abergel. "Semelhante aos elementos mais recentes que foram descobertos nos últimos 10 anos, como tennessine, que usava um alvo de berquélio, se você fosse capaz de isolar einsteínio puro suficiente para fazer um alvo, você poderia começar a procurar outros elementos e se aproximar para a (teorizada) ilha de estabilidade ", onde os físicos nucleares previram que os isótopos podem ter meia-vida de minutos ou mesmo dias.

 

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