Ученые впервые синтезировали органометаллическую молекулу с беркелием

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли совершили значительный прорыв в химии актинидов, впервые синтезировав и охарактеризовав металлоорганическую молекулу с тяжёлым элементом беркелием — беркелоцен. Это открытие расширяет представления о химических свойствах актинидов и может внести вклад в разработку новых методов хранения радиоактивных отходов. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Металлоорганические соединения, в которых металлический ион окружён углеродным каркасом, достаточно хорошо изучены для ранних актинидов, например, урана (92-й элемент). Однако подобные структуры для более тяжёлых элементов, таких как берклий (97-й элемент), до сих пор оставались редкостью.

«Впервые получены убедительные доказательства существования химической связи между берклием и углеродом», — отметил Стефан Минасян, специалист по химии из Лаборатории Беркли и один из ведущих авторов исследования.

Беркелий: элемент, который трудно изучать

Берклий был открыт в 1949 году легендарным химиком-ядерщиком Гленном Сиборгом, который в 1951 году получил Нобелевскую премию. Однако исследовать этот элемент крайне сложно из-за его высокой радиоактивности и ограниченной доступности — в год производится всего несколько миллиграммов.

Чтобы провести эксперимент, группа учёных под руководством Стефана Минасяна, Полли Арнольд и Ребекки Абергель разработала специализированные герметичные боксы, исключающие контакт реагентов с воздухом и влагой. Для синтеза использовалось всего 0,3 миллиграмма изотопа берклий-249, предоставленного Национальным центром разработки изотопов США.

Подтверждение структуры и неожиданные свойства

С помощью рентгеновской кристаллографии исследователи подтвердили строение молекулы: ион Bk(IV) оказался симметрично зажатым между двумя углеродными кольцами. Полученное соединение получило название «беркелоцен» — по аналогии с ураноценом, металлоорганическим комплексом урана, открытым в 1960-х годах.

Теоретический анализ, проведённый Йохеном Аутшбахом из Университета Буффало, показал, что центральный атом берклия стабильно существует в состоянии окисления +4. Это стало неожиданностью для учёных, поскольку ранее считалось, что берклий должен проявлять химическое поведение, схожее с тербием, принадлежащим к группе лантаноидов.

Значение открытия

Новые данные позволяют лучше понять закономерности химии актинидов, что может сыграть важную роль в разработке более безопасных технологий хранения и переработки радиоактивных отходов. Уникальные свойства беркелоцена открывают перспективы для дальнейших исследований взаимодействия тяжёлых элементов, что может привести к новым открытиям в области ядерной химии и материаловедения, пишет Science.