شیمی پنهان عناصر سنگین رمزگشایی شد!

لیگاند‌های سنگین مانند پلی‌اکسومتالات‌ها افق جدیدی را در شیمی اکتینید‌ها گشوده‌اند.

به گزارش ساینس دیلی، مطالعه موادی که هم رادیواکتیو و هم کمیاب هستند، چالش‌های قابل توجهی به همراه دارد. عناصر پس از پلوتونیوم در جدول تناوبی، که به عنوان عناصر ترانس‌پلوتونیوم شناخته می‌شوند، هم بسیار رادیواکتیو و هم نادر هستند. در نتیجه، خواص شیمیایی آنها همچنان به‌درستی شناخته نشده است. به‌منظور غلبه بر این محدودیت‌ها، پژوهشگران اغلب از عناصر لانتانیدی غیررادیواکتیو به‌عنوان جایگزین استفاده می‌کنند تا بتوانند رفتار اکتینید‌های سنگین‌تر از اورانیوم را به‌طور غیرمستقیم استنتاج کنند.

توسعه روشی جدید برای سنتز ترکیبات ترانس‌پلوتونیوم

در این پژوهش، دانشمندان روشی کارآمدتر برای سنتز ترکیبات ترانس‌پلوتونیوم توسعه داده‌اند. این پیشرفت امکان مقایسه مستقیم و دقیق بین شیمی اکتینید‌های ترانس‌پلوتونیوم و جایگزین‌های لانتانیدی آنها را فراهم کرده است. یافته‌ها نشان می‌دهند که عناصر ترانس‌پلوتونیوم رفتار شیمیایی کاملاً متمایزی دارند و این تفاوت‌ها را نمی‌توان به‌طور کامل بر اساس آنالوگ‌های لانتانیدی پیش‌بینی کرد.

روش جدیدی برای انجام تحقیقات ایمن‌تر و کارآمدتر

این پژوهش با استفاده از سنتز ترکیبات جدید مبتنی بر لیگاند‌های پلی‌اکسومتالات، مطالعه تجربی کارآمدتری را برای اکتینید‌های سنگین‌تر از پلوتونیوم امکان‌پذیر کرده است. دانشمندان با استفاده از نمونه‌های بسیار کوچک این ترکیبات، توانسته‌اند ویژگی‌های ساختاری، ارتعاشی و نوری آنها را تعیین کنند. این رویکرد به‌طور قابل توجهی هزینه و میزان مواجهه با تشعشعات را در آزمایش‌های مرتبط با این عناصر کاهش می‌دهد.

علاوه بر این، روش جدید باعث بهینه‌سازی مصرف ایزوتوپ‌های تحقیقاتی شده و میزان مواد مورد نیاز را به کمتر از ۱٪ مقدار مورد نیاز در روش‌های سنتی کاهش می‌دهد. این روش پیشرفته تاکنون برای مطالعه اکتینید‌های آمریکیم و کوریم به کار گرفته شده و امکان مقایسه مستقیم بین ترکیبات لانتانیدی و ترانس‌پلوتونیوم را فراهم کرده است. تنها از طریق مطالعه مستقیم اکتینیدها، بدون استفاده از جایگزین‌های لانتانیدی، دانشمندان خواهند توانست ویژگی‌های واقعی شیمیایی آنها را کشف کنند.

کشف شیمی منحصر‌به‌فرد در عناصر ترانس‌پلوتونیوم

نتایج آزمایش‌های انجام‌شده در این مطالعه به‌طور قطعی نشان می‌دهد که اکتینید‌های ترانس‌پلوتونیوم دارای شیمی منحصربه‌فردی هستند؛ به‌عبارت دیگر، شیمی آنها ذاتاً با شیمی لانتانید‌ها متفاوت است. این یافته‌ها بیانگر آن هستند که حتی در چارچوب یکسان شیمی کوئوردیناسیون (که توسط لیگاند‌های پلی‌اکسومتالات فراهم می‌شود)، لانتانید‌ها و اکتینید‌ها تفاوت‌های بنیادی در رفتار شیمیایی خود نشان می‌دهند که نمی‌توان آنها را صرفاً با استدلال‌های مبتنی بر تطابق اندازه توجیه کرد. به‌عنوان مثال، ترکیب‌های بلوری ایجاد شده توسط کوریم و آمریکیم ساختار‌هایی را نشان می‌دهند که بر اساس شیمی لانتانیدی قابل پیش‌بینی نبودند.

این پژوهش امکان طراحی ترکیبات اختصاصی پلی‌اکسومتالات برای اکتینید‌ها را فراهم می‌کند، که می‌تواند به توسعه استراتژی‌های نوین جداسازی و تفکیک منجر شود. لیگاند‌های پلی‌اکسومتالات تفاوت‌های بسیار جزئی بین اکتینید‌ها و لانتانید‌ها و حتی میان آمریکیم و کوریم را بزرگ‌نمایی می‌کنند. تأثیرات ساختاری و طیف‌سنجی عناصر اکتینیدی در ترکیبات پلی‌اکسومتالاتی آنها حتی در مقیاس بزرگ نیز قابل مشاهده است؛ این تأثیرات شامل خم‌شدن و پیچ‌خوردگی ساختار کلی و نحوه چیدمان کمپلکس‌های اکتینیدی پلی‌اکسومتالاتی نسبت به یکدیگر است.

علاوه بر این، تأثیری که قبلاً مورد انتظار نبود، مربوط به نقش یون‌های قلیایی متقابل مانند سدیم و سزیم است که تعادل بار الکتریکی ترکیبات را حفظ می‌کنند. این یون‌ها که پیش‌تر به‌عنوان «یون‌های تماشاگر» در نظر گرفته می‌شدند، در واقع تأثیرات شیمیایی متفاوتی بر ترکیبات پلی‌اکسومتالاتی اکتینیدی در مقایسه با ترکیبات لانتانیدی دارند.

این یافته مسیر جدیدی را برای توسعه سیستم‌های شیمیایی گشوده است که در آنها اکتینید‌ها و لانتانید‌ها ترکیبات کاملاً متمایزی تشکیل می‌دهند. چنین پیشرفتی می‌تواند در حوزه‌هایی مانند تشخیص، جذب رادیونوکلئید‌ها و جداسازی عناصر سری f کاربرد‌های مهمی داشته باشد.

انتهای پیام/