Важкі ліганди, такі як поліоксометалати, відкривають новий напрям у хімії актиноїдів. Дослідження матеріалів, які є одночасно радіоактивними та рідкісними, становить значні виклики. Елементи, що йдуть після плутонію у періодичній таблиці, відомі як трансплутонієві елементи, є не лише високорадіоактивними, а й надзвичайно рідкісними. Через це їхні хімічні властивості досі недостатньо вивчені. Щоб подолати ці обмеження, дослідники часто використовують нердіоактивні лантаноїди як замінники, екстраполюючи їхню поведінку на важчі актиноїди за межами урану.
Однак у цьому дослідженні вчені розробили ефективніший метод синтезу трансплутонієвих сполук. Це дало змогу проводити прямі та точні порівняння хімії трансплутонієвих актиноїдів із їхніми лантаноїдними аналогами. Результати показали, що трансплутонієві елементи мають унікальну хімічну поведінку, яку неможливо достовірно передбачити лише на основі аналогів лантаноїдів.
Новий метод для безпечніших і ефективніших досліджень
Це дослідження дозволяє ефективно вивчати актиноїди за межами плутонію завдяки новому підходу до синтезу сполук із використанням груп атомів, відомих як поліоксометалатні ліганди. Використовуючи мікроскопічні зразки цих сполук, науковці можуть визначати їхні структурні, вібраційні та оптичні властивості. Це суттєво знижує витрати та потенційний радіаційний вплив, пов’язаний із дослідженням цих елементів.
Крім того, новий метод дозволяє значно економніше використовувати дослідницькі ізотопи, зменшуючи необхідну кількість менш ніж до 1% від обсягу, потрібного при традиційних підходах. Вчені вже застосували його для оптимізації досліджень актиноїдів америцію та кюрію, а також для прямих порівнянь сполук лантаноїдів і трансплутонієвих елементів. Тільки безпосереднє дослідження актиноїдів, а не їхніх замінників, дозволить повністю розкрити їхні справжні хімічні властивості.
Виявлення унікальної хімії трансплутонієвих елементів
Експериментальні результати цього дослідження однозначно свідчать, що трансплутонієві актиноїди демонструють унікальну хімію, яка принципово відрізняється від хімії лантаноїдів. Навіть у межах однакової координаційної хімії (забезпеченої поліоксометалатними лігандами) лантаноїди та актиноїди мають фундаментальні хімічні відмінності, які неможливо пояснити лише аргументами розміру йонів. Наприклад, кюрій і америцій утворюють кристалічні структури, які не можна було б передбачити на основі хімії лантаноїдів.
Ця робота дозволить створювати специфічні поліоксометалатні сполуки актиноїдів, що відкриє нові стратегії їх розділення та очищення. Поліоксометалатні ліганди здатні посилювати зазвичай незначні відмінності між актиноїдами та лантаноїдами, а також між америцієм і кюрієм. Вплив актиноїдів на структуру поліоксометалатних сполук проявляється навіть на великій відстані, наприклад, у вигинах і скрученнях загальної структури та у взаємному розташуванні актинідів у поліоксометалатних комплексах.
Ще один раніше неочікуваний ефект полягає у тому, що йони лужних металів (зокрема, натрій і цезій), які раніше вважалися “спостерігачами”, насправді мають помітний хімічний вплив на поліоксометалатні сполуки актиноїдів і лантаноїдів. Це відкриває нові можливості для пошуку хімічних систем, у яких актиноїди й лантаноїди утворюватимуть принципово різні сполуки для майбутніх застосувань, таких як детекція, захоплення радіонуклідів і розділення f-елементів.