Un team di ricercatori ha rivelato nuove proprietà del raro e sfuggente lantanide, aprendo la strada a potenziali nuove applicazioni tecnologiche.
Per la prima volta, i ricercatori hanno svelato caratteristiche fondamentali dell’enigmatica sostanza radioattiva promezio, quasi ottant’anni dopo l’identificazione di questo raro elemento delle terre rare. Il promezio è uno dei 15 elementi lantanidi situati in fondo alla tavola periodica. Conosciuti anche come terre rare, questi metalli possiedono diverse proprietà utili, tra cui un elevato magnetismo e caratteristiche ottiche uniche, che li rendono essenziali nei dispositivi elettronici moderni. “Sono impiegati nei laser; fanno parte degli schermi dei cellulari. Sono anche utilizzati nei potenti magneti delle turbine eoliche e dei veicoli elettrici,” ha dichiarato Ilja Popovs, membro del team di ricerca e sviluppo dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e coautore di un recente studio pubblicato sulla rivista Nature, in un’intervista a WordsSideKick.com.
“Raro e complesso da analizzare”
Il promezio stesso, scoperto dai ricercatori dell’ORNL nel 1945, ha alcune applicazioni limitate nelle batterie atomiche e nella diagnostica del cancro. Tuttavia, gli scienziati hanno una comprensione molto ridotta della chimica dell’elemento, il che ne limita l’uso più diffuso. Lo studio dell’elemento radioattivo ha rappresentato una sfida di decenni, in parte a causa della difficoltà di ottenere un campione adeguato, ha spiegato Alexander Ivanov, anch’egli scienziato di ricerca e sviluppo presso l’ORNL, in un’intervista a WordsSideKick.com.“Il promezio non ha isotopi stabili: tutti sono radioattivi, il che significa che decadono [in altri elementi] nel tempo,” ha affermato Ivanov. “Questo elemento si ottiene tramite un processo di fissione, quindi è raro e complesso da analizzare.”
L’ORNL è l’unico produttore statunitense di promezio-147, un isotopo dell’elemento con un’emivita di 2,6 anni. Utilizzando una tecnica sviluppata l’anno scorso, i ricercatori hanno separato questo isotopo dai rifiuti dei reattori nucleari, creando il campione più puro possibile per l’analisi.
Quindi, il gruppo ha unito questo campione con un legante – una molecola creata appositamente per catturare gli atomi di metallo – per creare un complesso stabile in soluzione. Il legante, noto come PyDGA, ha stabilito nove legami promezio-ossigeno, offrendo ai ricercatori la prima possibilità di esaminare le caratteristiche di legame di un complesso di promezio.
Tuttavia, l’analisi in sé era tutt’altro che semplice
“Poiché il promezio è radioattivo, una volta che si degrada, si trasforma nell’elemento vicino, il samario”, ha spiegato Ivanov. “Di conseguenza, si avrà una piccola quantità di contaminazione sotto forma di samario.”
“Il pezzo finale del puzzle” Il gruppo ha quindi impiegato una tecnica altamente specializzata e specifica per l’elemento, nota come spettroscopia di assorbimento dei raggi X basata sul sincrotrone. I fotoni ad alta energia generati da un acceleratore di particelle hanno colpito il complesso del promezio, costruendo un’immagine delle posizioni degli atomi e delle lunghezze dei legami. Piccole differenze nelle lunghezze dei legami metallo-ossigeno hanno poi permesso al gruppo di isolare il legame cruciale promezio-ossigeno, escludendo qualsiasi contaminazione da samario.
Queste informazioni hanno permesso per la prima volta di confrontare le proprietà del promezio con altri complessi di terre rare.
“Il promezio era l’ultimo pezzo del puzzle tra questi elementi“, ha detto Popovs. Il legante ha fornito un metodo per ottenere un complesso stabile per tutti i lantanidi: gli stessi rapporti tra gli elementi e lo stesso tipo di geometria. Ciò ha permesso al gruppo di “studiare le proprietà fisico-chimiche fondamentali di questi complessi nell’intera serie“, ha spiegato Popovs.
