Беркелоцен: новая металлоорганическая молекула меняет представления о таблице Менделеева
В металлоорганических молекулах ион металла окружен углеродной структурой. Молекулы металлов из группы ранних актиноидов, например, уран, уже достаточно хорошо исследованы, в то время как более тяжелые элементы, в том числе, берклий, ученым еще лишь предстоит изучить в полной мере. Команда специалистов под руководством Стефана Минасяна смогла доказать существование химической связи между атомами углерода и берклия, что позволяет взглянуть по-новому на поведение этого металла по сравнению с другими элементами таблицы Менделеева.
Берклий был открыт в 1949 году выдающимся химиком-ядерщиком Гленном Сиборгом в Лаборатории Беркли. Этот элемент стал одним из множества открытий этого выдающего ученого, получившего за них Нобелевскую премию по химии в 1951 году. С тех пор ученые продолжают всесторонне изучать группу актиноидов, особенно в контексте создания новых моделей поведения этих элементов и разработки методов безопасного хранения ядерных отходов.
Изучать берклий крайне сложно в техническом отношении, так как этот элемент радиоактивен и синтезируется в крайне малых количествах. К тому же металлоорганические соединения, подобные беркелоцену, чрезвычайно чувствительны к воздуху и способны к самовоспламенению, что требует особых условий для работы с ними. Чтобы преодолеть эти препятствия, были разработаны специальные перчаточные боксы, которые позволяют проводить синтез в среде, полностью защищенной от воздуха.
Для экспериментов по рентгеновской дифракции на монокристаллах химики использовали всего 0,3 миллиграмма изотопа берклий-249, полученного из Национального центра разработки изотопов (Oak Ridge National Laboratory). Исследования показали, что молекула беркелоцена имеет симметричное строение: атом берклия заключен между двумя восьмичленными кольцами из атомов углерода, словно сэндвич. Такое же строение ранее было обнаружено у ураноцена — металлоорганического соединения урана, открытого в 1960-х годах.
Особенно удивительным стало электронное моделирование структуры, проведенное профессором Йохеном Аутчбахом из Университета Буффало. Оно показало, что берклий в беркелоцене находится в тетравалентном состоянии (+4), тогда как традиционная химия предполагала, что его поведение должно быть ближе к лантаноидам, например, к тербию. Однако оказалось, что ион берклия намного устойчивее в таком, что ставит под сомнение привычные представления ученых о свойствах f-элементов.
Открытие беркелоцена не только расширяет знания об актиноидах, но и позволяет создать новые модели, описывающих поведение таких элементов. Это, в свою очередь, имеет значительную практическую роль: понимание свойств актиноидов поможет решить актуальные проблемы, связанные с утилизацией и долговременным хранением радиоактивных отходов.
Ранее российские ученые разработали новую химическую реакцию, которая упростит получение материалов для электроники.
