Μια συλλογική προσπάθεια ερευνητών στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL), στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia και στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον κατάφερε να «εγκλωβίσει» με επιτυχία ένα άτομο πλουτωνίου μέσα σε ένα ιόν Keggin. Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι ερευνητές μπόρεσαν να παγιδεύσουν πλουτώνιο μέσα σε ένα ιόν Keggin.
Η ανακάλυψη του πλουτώνιου
Μόλις πριν από περίπου 90 χρόνια οι επιστήμονες ανακάλυψαν το στοιχείο Πλουτώνιο, αλλά η χρήση του κυμαίνεται από την παραγωγή ενέργειας σε πυρηνικούς αντιδραστήρες έως την εξερεύνηση του διαστήματος. Το ασημί-γκρι μέταλλο είναι ραδιενεργό και έχει σχεδόν 20 ισότοπα.
Κάθε ένα από αυτά τα ισότοπα έχει διαφορετικό ρυθμό ραδιενεργού αποσύνθεσης και επομένως διαφορετικό χρόνο ημιζωής. Οι ερευνητές έχουν συνθέσει πολλαπλές ενώσεις με αυτό το μέταλλο και, για να προωθήσουν την επιστήμη των υλικών, πρέπει να κατανοήσουν την ατομική του δομή με μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
Τι γνωρίζουμε για το πλουτώνιο
Το πλουτώνιο σχηματίζει γνωστά κράματα με πολλά άλλα μέταλλα και μπορεί επίσης να υπάρχει σε πολλαπλές μεταλλικές φάσεις. Επιπλέον, σχηματίζει ενώσεις συναρμογής. Αυτά είναι μόρια στα οποία ένα κεντρικό άτομο μετάλλου συνδέεται με άλλα μόρια ή ιόντα.
Οι ερευνητές γνωρίζουν ότι σε τέτοιες ενώσεις, το πλουτώνιο δρα ως κατιόν, ένα θετικά φορτισμένο ιόν, και σχηματίζει δεσμούς με άλλα μόρια στο περιβάλλον του. Οι επιστήμονες γνωρίζουν εκατοντάδες τέτοιες δομές συντονισμού πλουτωνίου, αλλά πολύ λίγες από αυτές περιλαμβάνουν πλουτώνιο και πολυοξομεταλλικά (POM).
Τα POM είναι μια ειδική κατηγορία μορίων που είναι μεγάλα συσσωματώματα με βάση το οξυγόνο που μπορούν να λειτουργήσουν ως ανόργανα μοριακά κλουβιά για μεταλλικά ιόντα. Μέχρι πρόσφατα, είχαν απομονωθεί μόνο πέντε ενώσεις πλουτωνίου-POM. Αυτό είναι λιγότερο από το ένα τοις εκατό των γνωστών μορίων και ενώσεων που μπορεί να δημιουργήσει το πλουτώνιο, δείχνοντας πόσο λίγα γνωρίζουμε για το πλουτώνιο και τη χημεία του.
Ερευνητές στο LLNL, το SNL και το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον διερευνούσαν πώς τα POM αλληλεπιδρούν με απαιτητικά ακτινιδικά στοιχεία και προσπάθησαν να απομονώσουν το πλουτώνιο μέσα σε ένα POM.
Πώς το έκαναν;
Στην εργασία τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα POM που ονομάζεται ιόν Keggin. Πρόκειται για ένα αρνητικά φορτισμένο μοριακό συσσωμάτωμα που κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας άτομα βολφραμίου και οξυγόνου. Στο κέντρο του ιόντος Keggin βρίσκεται ένα άτομο φωσφόρου. Αυτό το POM είχε χρησιμοποιηθεί για να παγιδεύσει πολλαπλά μεταλλικά ιόντα, αλλά ποτέ πλουτώνιο.
Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα ειδικά παρασκευασμένο χημικό διάλυμα που περιείχε μόλις έξι εκατομμυριοστά του γραμμαρίου πλουτωνίου (έξι μικρογραμμάρια) και συνέδεσε με επιτυχία το μεταλλικό ιόν ακτινίδης μεταξύ δύο κλωβών Keggin. Για να επιβεβαιώσουν τη σταθερότητα αυτού του νέου συμπλόκου πλουτωνίου-POM, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένα εργαλεία, όπως κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, οπτική φασματοσκοπία, πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό και σκέδαση ακτίνων Χ, τα οποία παρείχαν επίσης πιο λεπτομερείς δομικές πληροφορίες.
Αφού συνέκρινε το σύμπλοκο πλουτωνίου-POM με παρόμοια σύμπλοκα άλλων μετάλλων, η ομάδα βρήκε κάτι απροσδόκητο. Σε σύμπλοκα POM με άλλα μέταλλα, όπως δημήτριο, άφνιο και θόριο, τα μεταλλικά ιόντα διατάσσονται παράλληλα. Παραδόξως, τα σύμπλοκα πλουτωνίου διατάσσονται κάθετα μεταξύ τους.
Οι ερευνητές αποδίδουν αυτή τη διάταξη στο γιατί το πλουτώνιο έχει αψηφήσει απλά μοντέλα και συμπεριφέρεται σαν μπαλαντέρ μεταξύ άλλων στοιχείων. Η έρευνα δείχνει επίσης ότι η προσέγγιση μπορεί να είναι χρήσιμη στην απομόνωση άλλων απαιτητικών στοιχείων στον περιοδικό πίνακα και στη μελέτη τους με μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
www.worldenergynews.gr
