Майже через 80 років після відкриття виявлено властивості рідкісноземельного елемента прометію

Єдиний рідкісноземельний елемент, хімія якого була майже невідома, тепер став менш загадковим. Хоча сам по собі прометій навряд чи стане настільки ж важливим для суспільства, як його сусіди по періодичній таблиці, відкрита про нього інформація може допомогти покращити наш доступ до решти елементів.

Категорія, відома як “рідкісноземельні елементи”, останнім часом створила деяку прикру плутанину, оскільки багато з цих елементів стають набагато важливішими. Наприклад, неодим допомагає створювати найсильніші постійні магніти, що робить його цінним товаром для революції в галузі чистої енергії. Віднесення його до рідкісноземельних елементів сприяло поширенню думки про те, що його може не вистачити для задоволення наших потреб, але насправді він майже так само поширений у земній корі, як мідь, і набагато більше, ніж свинець.

На відміну від прометію, який належить до найрідкісніших елементів на Землі, навіть поступаючись деяким трансурановим елементам, які колись вважалися неіснуючими, доки ми їх не винайшли. Отже, прометій не був відкритий до 1945 року, і був настільки дефіцитним, що його хімію мало досліджували.

Тепер Національна лабораторія Оук-Рідж (ORNL), де вперше відкрили прометій, прагне змінити цю ситуацію. “Вся ідея полягала в тому, щоб дослідити цей дуже рідкісний елемент для отримання нових знань”, – сказав доктор Алекс Іванов у своїй заяві. “Як тільки ми зрозуміли, що його було відкрито в цій національній лабораторії і в місці, де ми працюємо, ми відчули, що зобов’язані провести це дослідження, щоб зберегти спадщину ОРНЛ”. Команда ORNL першою визначила характеристики прометію в розчині.

Команда очистила прометій-147, що утворюється як відхід виробництва плутонію.

Відповідно до міфічної фігури, на честь якої він був названий, команда зв’язала свій прометій органічними молекулами, які називаються дигліколамідними лігандами, і за допомогою рентгенівської спектроскопії виміряла довжину зв’язку між прометієм та його сусідами. Потім команда зробила те саме з іонами 3+ всіх інших лантаноїдів для порівняння.

Таким чином, вони змогли підтвердити, що, як і його сусіди, атом прометію переживає явище, відоме як “лантаноїдне стиснення”, яке упаковує електрони щільніше до ядра, ніж у більшості інших атомів. Це одна з причин, чому ртуть – єдиний елемент, що перебуває в рідкому стані при кімнатній температурі.

Оскільки всі інші лантаноїди зазнають такого стиснення, не дивно, що прометій також зазнає його, але ступінь стиснення не однаковий для кожного елемента. “Скорочення цього хімічного зв’язку прискорюється вздовж цього атомного ряду, але після прометію воно значно сповільнюється”, – сказав Іванов. Отже, не вимірявши скорочення, ми не знали, чи буде прометій більше схожий на неодим зліва від нього, чи на самарій справа.

Прометій зустрічається набагато рідше, ніж інші лантаноїди, оскільки жоден з його ізотопів не має періоду напіврозпаду довшого, ніж 17,7 років. Через мільярди років після того, як атоми, з яких складається більша частина Землі, утворилися в результаті спалаху наднової, від неї нічого не залишилося. Єдина причина, чому на Землі взагалі існують крихітні природні кількості, – це рідкісні події, такі як потрапляння неодиму-146 під космічні промені. Кожен інший лантаноїд має принаймні один стабільний ізотоп.

“Оскільки прометій не має стабільних ізотопів, він був останнім відкритим лантаноїдом, і його було найскладніше вивчати”, – каже д-р Ілля Поповс.

Хімія інших 14 лантаноїдів добре вивчена – насправді вони напрочуд схожі, що ускладнює їх розділення при видобутку з однієї руди. Команда ORNL вважає, що їхня робота допоможе в цьому. Розуміння деталей скорочення для кожного елемента полегшить визначення шляхів їх розділення для задоволення зростаючого попиту.

“Існують тисячі публікацій про хімію лантаноїдів без прометію. Це була кричуща прогалина для всієї науки, – сказала д-р Санта Янсоне-Попова. “Вченим доводилося припускати більшість його властивостей. Тепер ми можемо виміряти деякі з них”.