doi.org/10.1038/s41586-024-07267-6
Credibilidade: 999
#Elemento
Uma equipe de cientistas liderada pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) fez recentemente uma observação sem precedentes de como o promécio, um elemento raro, forma ligações químicas em soluções aquosas.
Esta descoberta inovadora foi feita usando a Beamline for Materials Measurement (BMM), uma linha de luz financiada e operada pelo National Institute of Standards and Technology, na National Synchrotron Light Source II, uma instalação de usuário do DOE Office of Science no Brookhaven National Laboratory do DOE.
Aplicações e mistérios do promécio:
Embora o promécio seja raro, ele tem várias aplicações interessantes, incluindo a fabricação de tinta especializada que brilha no escuro, radioterapia e baterias atômicas de longa duração para marcapassos e naves espaciais. Devido à sua alta instabilidade, ainda há muito sobre esse metal radioativo que permanece desconhecido. Entender sua química complexa pode abrir caminho para usos ainda mais exclusivos e estudos de acompanhamento fascinantes.
Observando a contração dos lantanídeos
O promécio é conhecido como um lantanídeo ou metal de terras raras. – Este metal é um dos 15 elementos que ocupam a parte inferior da tabela periódica e carregam os números atômicos de 57 a 71. Embora esses metais pareçam e sejam bastante semelhantes entre si, todos eles têm propriedades magnéticas e eletrônicas únicas. Essas propriedades únicas podem resultar de um fenômeno conhecido como contração dos lantanídeos. – Diz-se que os raios atômicos e iônicos desses elementos diminuem apesar do aumento do número atômico, assim como outros grupos na tabela periódica. Como resultado, os átomos se tornam menores à medida que você se move pela série. Os cientistas não haviam observado isso experimentalmente em todos os lantanídeos em solução até agora. Os resultados dessa pesquisa inovadora foram publicados recentemente na Nature.
Desafios exclusivos do manuseio do promécio:
A qualquer momento, geralmente há apenas um pouco mais de meio quilo desse elemento em seu estado natural na Terra. O promécio é radioativo, mas tem uma meia-vida incrivelmente curta. Isso desempenha um grande papel em sua escassez. A meia-vida mais longa de um isótopo de promécio, o promécio-145, é de apenas 17,7 anos. O ORNL conseguiu criar uma amostra de promécio-147, que tem uma meia-vida de 2,6 anos, usando um subproduto da produção de plutônio para exploração espacial. Assim que o relógio começa a correr, a amostra imediatamente começa a decair no elemento mais estável, o samário.
Um experimento raro com promécio
Tínhamos cerca de 40 ou 50% de todo o estoque de promécio purificado do planeta na linha de luz para estudar, – observou Bruce Ravel, cientista-chefe da linha de luz na BMM e coautor desta pesquisa. Algumas semanas depois, a amostra de promécio não estava mais utilizável, principalmente devido à evaporação da água na solução. Claro, a pesquisa foi interessante, mas todo o processo para fazê-la acontecer também foi interessante. Houve muito planejamento logístico e coordenação necessários para fazer isso acontecer, e todos os envolvidos trabalharam muito duro para colocar cada parte deste experimento no lugar de forma rápida e cuidadosa. –
A amostra começou no ORNL, onde os cientistas extraíram material do fluxo de resíduos do Reator de Isótopos de Alto Fluxo e começaram a separar o promécio do resto dos resíduos. Embalar a amostra com segurança, levá-la do Tennessee para Nova York, tê-la aceita no NSLS-II e, em seguida, realizar experimentos na linha de luz levou tempo, e o tempo tira o precioso promécio.
Pesquisa pioneira em ligações de lantanídeos:
Para estudar a estrutura química do promécio, os cientistas tiveram que primeiro estabilizá-lo em água. Para fazer isso, eles usaram um ligante solúvel em água chamado bispirrolidina diglicolamida. Ligantes são moléculas especializadas que se ligam a átomos de metal. De lá, a equipe levou a amostra para o BMM para medi-la usando espectroscopia de absorção de raios X (XAS), uma técnica de síncrotron bem estabelecida que determina a estrutura e as propriedades dos átomos em um material ao lançar luz de raios X sobre uma amostra e medir como os componentes dessa amostra absorvem os raios X. Átomos diferentes absorvem raios X em energias específicas, o que permite aos cientistas identificar quais elementos estão presentes e como eles estão dispostos no material.
Até onde sabemos, esta foi a primeira vez que alguém, em qualquer lugar, em qualquer síncrotron mediu o elemento promécio com XAS, – comentou Ravel.
Somos as primeiras pessoas a ver um espectro como esse, o que por si só foi muito, muito legal. Tenho feito pesquisas usando XAS há muito tempo e nunca vi nada que ninguém mais tenha visto antes.-
Nesta solução, o íon promécio formou ligações com nove átomos de oxigênio vizinhos. Após analisar e medir o complexo, a equipe conseguiu conectar esse resultado à série de lantanídeos restante, observando que ele se encaixava no padrão de contração que foi teorizado.
A aquisição dessa peça que faltava permitiu que a equipe analisasse a série como um todo, que tinha seu próprio padrão interessante. O encurtamento da ligação foi bastante acelerado no início da série, mas para os lantanídeos mais pesados “”após o promécio, os comprimentos das ligações encurtaram de forma mais constante. Descobrir as propriedades químicas do promécio por si só abre um novo reino de possibilidades de pesquisa, mas obter uma compreensão mais completa dos lantanídeos completa um quebra-cabeça que estava faltando uma peça há algum tempo.
Esta foi uma situação em que o que medimos estava de acordo com nossas expectativas, que foram informadas pela ciência e nosso conhecimento da série de lantanídeos,- disse Ravel. Mas medimos algo extremamente difícil que nunca tinha sido medido antes. Ter conhecimento real, em vez de inferência, é como se faz boa ciência. A importância de preencher essa lacuna em nosso conhecimento coletivo de como os lantanídeos funcionam é muito importante. Sou cientista há 30 anos e nunca corri para a rua e gritei, “Eureka!” Isso foi uma conquista, mas não foi uma grande surpresa. A melhor parte da ciência não é quando alguém diz, “Eureka!” É quando alguém diz, “Huh, isso é estranho.”
Publicado em 28/08/2024 09h51
Artigo original:
Estudo original: