W przełomowym eksperymencie naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory stworzyli pierwszą w historii cząsteczkę metaloorganiczną zawierającą radioaktywny pierwiastek – berkel. Odkrycie to nie tylko kwestionuje dotychczasowe założenia dotyczące chemii transuranowców, ale może także otworzyć nowe ścieżki badań nad długoterminowym składowaniem odpadów nuklearnych i strukturą materii na poziomie atomowym. Szczegóły opisano w Science.
Berkelocen to cząsteczka, która nie powinna istnieć – a jednak
Berkel (Bk), pierwiastek o liczbie atomowej 97, to jeden z późnych aktynowców – grupy pierwiastków leżących w tzw. bloku f układu okresowego. Po raz pierwszy został otrzymany w 1949 r. przez Glenna Seaborga i jego zespół w Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Ze względu na swoją wysoką promieniotwórczość i niezwykłe właściwości chemiczne, berkel jest niezwykle trudny do badania – na całym świecie produkuje się go w minimalnych ilościach, głównie w celach naukowych.
Czytaj też: To będzie najcięższy pierwiastek w układzie okresowym. Naukowcy o krok od fenomenalnego osiągnięcia
Przez lata uważano, że berkel, podobnie jak inne aktynowce, nie jest w stanie tworzyć stabilnych związków metaloorganicznych – czyli takich, w których metal łączy się z węglem w specyficznej konfiguracji. Jednak najnowsze badania zespołu z Berkeley Lab zrewolucjonizowały to myślenie.
Zespół naukowców, kierowany przez prof. Stefana Minasiana dokonał niemożliwego – stworzył cząsteczkę metaloorganiczną berkelu, nazwaną berkelocenem. Jej struktura przypomina znany już wcześniej uranocen, metaloorganiczny związek zawierający uran. W berkelocenie atom berkelu jest “zamknięty” pomiędzy dwiema ośmioczłonowymi pierścieniami węglowymi, co zapewnia cząsteczce wyjątkową stabilność.
Badacze wykorzystali do eksperymentu zaledwie 0,3 mg izotopu berkelu-249, pracując w specjalnie zaprojektowanych komorach rękawicowych, które chroniły zarówno substancję przed kontaktem z powietrzem i wodą, jak i samych naukowców przed promieniowaniem. Kluczowe znaczenie miała tu metoda rentgenowskiej dyfrakcji na pojedynczym krysztale, dzięki której udało się precyzyjnie określić strukturę nowego związku.
Berkelocen nie tylko dostarcza nowych informacji o chemii berkelu, ale także kwestionuje dotychczasowe założenia dotyczące tego, jak późne aktynowce (pierwiastki o liczbach atomowych 89–103) zachowują się w układzie okresowym. Tradycyjnie uważano, że berkel powinien zachowywać się podobnie do lantanu i jego odpowiedników w bloku f, jednak nowe wyniki sugerują, że bardziej stabilna jest konfiguracja z ładunkiem +4, a nie +3, co było dużym zaskoczeniem dla naukowców.
Takie odkrycia są niezwykle istotne dla lepszego modelowania zachowania pierwiastków promieniotwórczych, co może mieć wpływ na przyszłe technologie związane z gospodarką odpadami radioaktywnymi, a nawet z projektowaniem nowych materiałów.
Badanie właściwości berkelocenu może mieć praktyczne zastosowania w przemyśle jądrowym i medycynie nuklearnej. Lepsze zrozumienie tego, jak aktynowce tworzą związki chemiczne, jest kluczowe dla projektowania bardziej efektywnych metod przechowywania i neutralizacji odpadów radioaktywnych. Naukowcy planują teraz zbadać, czy podobne związki można uzyskać z innymi transuranowcami, co mogłoby poszerzyć naszą wiedzę o tych rzadkich i trudnych do badania pierwiastkach.
