Раскрывая тайну прометия: редкоземельный элемент без стабильных изотопов
Ученые впервые смогли детально охарактеризовать координационное соединение прометия в растворе. Это значительный шаг вперед в понимании химии сложных лантаноидов. Прометий** — уникальный редкоземельный элемент, примечательный тем, что у него нет стабильных изотопов. Из-за этого он постоянно подвергается радиоактивному распаду, что сильно затрудняет его изучение. В ходе недавнего исследования ученым удалось выделить чистый образец изотопа прометий-147 (¹⁴⁷Pm) и изучить его свойства в водном растворе.
Трудности изучения радиоактивного элемента
Природа прометия делает работу с ним исключительно сложной. Во-первых, он очень редок. В земной коре он встречается лишь в следовых количествах как продукт спонтанного деления урана. Основная часть доступного прометия производится искусственно в ядерных реакторах.
Во-вторых, его радиоактивность требует особых мер предосторожности. Все изотопы прометия нестабильны. Наиболее долгоживущий из них, прометий-145, имеет период полураспада 17,7 лет. Однако в исследованиях чаще используется прометий-147 с периодом полураспада 2,62 года, который является продуктом деления урана-235. Работа с такими материалами возможна только в специализированных “горячих” камерах или перчаточных боксах, оборудованных мощной радиационной защитой. Это сильно ограничивает возможности для экспериментов.
Прорыв в исследовании: первый взгляд на химию прометия в растворе
Команда исследователей из Окриджской национальной лаборатории (ORNL) Министерства энергетики США смогла преодолеть эти трудности. Они получили около 10 миллиграммов высокочистого изотопа прометий-147. Этот изотоп был получен в результате химической переработки отработавших мишеней из плутония-239, облучённых в Исследовательском реакторе с высокой интенсивностью потока нейтронов (HFIR) в ORNL.
Затем ученые создали комплексное соединение, связав ионы прометия со специальной органической молекулой — лигандом на основе дигликоламида (DGA), растворенным в воде. Такие лиганды известны своей способностью прочно связываться с лантаноидами.
Используя метод спектроскопии поглощения рентгеновского излучения на синхротроне (метод XAFS), исследователи смогли впервые измерить ключевые характеристики этого соединения. В частности, они определили длину химической связи между атомом прометия и атомами кислорода окружающего его лиганда. Измеренная длина связи Pm–O составила примерно 2,42 ангстрема (1 ангстрем = 0,1 нанометра).
Значение открытия для химии лантаноидов
Это измерение стало важным достижением. Оно позволило заполнить пробел в понимании так называемого «лантаноидного сжатия». Это явление заключается в постепенном уменьшении ионных радиусов элементов по мере продвижения по ряду лантаноидов (от лантана до лютеция) в периодической таблице.
Из-за сложности работы с **прометием**, его химические свойства, включая точные размеры иона в соединениях, до сих пор оставались плохо изученными по сравнению с другими лантаноидами. Новое исследование предоставляет экспериментальные данные, подтверждающие теоретические предсказания о положении прометия в ряду лантаноидного сжатия.
Понимание тонкостей химии лантаноидов имеет большое практическое значение. Лантаноиды обладают очень схожими химическими свойствами, поэтому их разделение — сложная задача. Однако такое разделение необходимо во многих областях, включая:
- Переработку отработавшего ядерного топлива (для извлечения ценных или опасных компонентов).
- Медицину (в радиофармпрепаратах).
- Промышленность (в катализаторах, магнитах, лазерах).
Данные о координационной химии **прометия**, полученные в этом исследовании, помогут усовершенствовать модели, описывающие поведение лантаноидов в процессе их химического разделения. В итоге, это может привести к разработке более эффективных и селективных методов разделения этих ценных, но трудноразделимых элементов.