В нашем понимании химии элементов существовал большой пробел, который наконец частично заполнен.
Единственный редкоземельный элемент, чья химия оставалась во многом неизвестной, теперь стал менее загадочным. Хотя сам прометий вряд ли станет таким же важным для общества, как его соседи по периодической таблице, информация, полученная о нем, может помочь улучшить наш доступ к остальным редкоземельным элементам.
Категория “редкоземельные элементы” создала некоторую досадную путаницу в последнее время, поскольку многие из этих элементов становятся все более важными. Например, неодим помогает создавать самые мощные постоянные магниты, что делает его ценным товаром для революции в области чистой энергии. Обозначение “редкоземельный элемент” некоторыми воспринимается как то, что их может не хватить для удовлетворения наших потребностей. Но на самом деле тот же неодим распространен в земной коре почти так же, как и медь, и гораздо более распространен, чем свинец.
Но не прометий. Он входит в число самых редких элементов на Земле, даже уступая некоторым трансурановым, существование которых когда-то считалось невозможным, пока мы их не синтезировали сами. Следовательно, прометий не был открыт до 1945 года, и его было так мало, что исследование его химии практически не проводились.
Теперь Окриджская национальная лаборатория (ORNL), где прометий был впервые открыт, решила изменить ситуацию.
“Вся идея заключалась в том, чтобы изучить этот очень редкий элемент и получить новые знания”, – сказал доктор Алекс Иванов в своем заявлении. “Как только мы поняли, что он был открыт в этой национальной лаборатории и в том месте, где мы работаем, мы почувствовали себя обязанными провести это исследование, чтобы поддержать наследие лаборатории”.
Команда ORNL первой охарактеризовала прометий в растворе.
Они очистили прометий-147, образовавшийся в качестве отходов при производстве плутония. Весьма символично, учитывая мифологическую фигуру, в честь которой он был назван, команда связала свой прометий с органическими молекулами, называемыми лигандами диглигокламида, и использовала рентгеновскую спектроскопию для измерения длины связи между прометием и его соседями.
Затем команда проделала то же самое с 3+ ионами всех остальных лантаноидов для сравнения.
Таким образом, они смогли подтвердить, что, как и его соседи, атом прометия испытывает явление, известное как “лантаноидное сжатие”, которое более плотно упаковывает электроны вокруг ядра, чем для большинства других атомов. Это одна из причин, по которой ртуть является единственным элементом, жидким при комнатной температуре.
Поскольку все остальные лантаноиды испытывают это сжатие, не было сюрпризом, что прометий тоже его испытывает, но степень сжатия не идентична для каждого элемента. “Сжатие химической связи ускоряется вдоль этого атомного ряда, но после прометия оно заметно замедляется”, – сказал Иванов. Следовательно, не измерив сжатие, мы не знали, будет ли оно у прометия больше похоже на неодим слева или на самарий справа.
Однако он намного реже других лантаноидов, потому что ни один из его изотопов не имеет периода полураспада более 17,7 лет. Миллиарды лет спустя после того, как атомы, составляющие большую часть Земли, были сформированы в сверхновой, ничего не осталось. Единственная причина, по которой на Земле вообще есть его крошечные натуральные количества, – это редкие события, такие как попадание космических лучей в неодим-146. Любой другой лантанид имеет хотя бы один стабильный изотоп.
“Поскольку у него нет стабильных изотопов, прометий был последним открытым лантаноидом и самым трудным для изучения”, – сказал доктор Илья Поповс.
Химия остальных 14 лантаноидов хорошо изучена – на самом деле они удручающе похожи, что затрудняет их разделение при добыче из одной и той же руды. Команда ORNL считает, что их работа поможет в этом. Понимание деталей сжатия для каждого элемента облегчит поиск способов их разделения для удовлетворения растущего спроса.
“Существуют тысячи публикаций по химии лантаноидов без прометия. Это был вопиющий пробел для всей науки”, – сказала доктор Санта Янсоне-Попова. “Ученым приходилось лишь предполагать большинство его свойств. Теперь мы можем фактически измерить некоторые из них”.
Исследование находится в открытом доступе в Nature.
Читайте также: Существует ли максимальное количество элементов в таблице Менделеева?
