З моменту свого синтезу в американській лабораторії після Другої світової війни в 1949 році, берклій став справжнім бунтарем періодичної таблиці, порушуючи закони квантової механіки і набираючи додатковий позитивний заряд, якому не слідують його родичі.
Нещодавно команда вчених з лабораторії Лоуренса Берклі, “alma mater” берклію, змогла укласти це неуловний елемент в рідкісне партнерство з вуглецем, що дозволить їм дослідити його більш детально.
Через складнощі у виробництві і безпечному зберіганні важкого елементу, лише кілька хіміків мали привілей працювати з берклієм. Один грам цього елементу може коштувати неймовірні 27 мільйонів доларів США. Для цього експерименту було потрібно всього 0,3 міліграма берклію-249.
Ті важкі, радіоактивні хімікати складно вивчати окремо. Однак у формі органометалевих комплексів, завдяки високим симетріям і численним ковалентним зв’язкам з вуглецем, набагато простіше досліджувати електронну структуру атома.
Проте, молекулярна структура така реактивна до повітря, що лише кілька лабораторій у світі можуть захистити як її, так і працюючих з нею людей.
Результатом цих досліджень стала молекула “беркелоцен”, модельовану на подібній структурі, відомій як фероцен. Замість зарядженого атома заліза, іон радіоактивного елементу берклію був поміщений між двома кільцями вуглецю, утворюючи органометалевий комплекс. Завдяки цьому вчені сподіваються краще зрозуміти цей високо радіоактивний елемент і, можливо, його поведінку в таких матеріалах, як ядерні відходи.
Дослідники важких елементів давно прагнули зв’язати 15 радіоактивних елементів серії актиноїдів з вуглецевими зв’язками, зокрема після того, як вони зуміли утримати уран у більш термодинамічно стабільній формі — ураноцен.
Протягом 60-х і 70-х років хіміки створювали органометалеві комплекси з іншими актиноїдами, такими як торій, протактиній, нептуній і плутоній.
Але берклій, під номером 97 в періодичній таблиці, досі уникала своєї актиноїдної долі.
“Це перший випадок, коли отримано доказ утворення хімічного зв’язку між берклієм і вуглецем”, — каже хімік Лабораторії Берклі Стефан Мінасіан. “Це відкриття дає нове розуміння того, як берклій і інші актиноїди поводяться порівняно зі своїми родичами в періодичній таблиці”.
Завдяки фіксації атома берклію команда змогла протестувати свою модель електронної структури за допомогою спектроскопії в ультрафіолетовому, видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах.
“Традиційне розуміння періодичної таблиці передбачає, що берклій буде поводити себе як лантаноїд тербій”, — каже Мінасіан. “Проте, на відміну від лантаноїдних аналогів, іон берклію віддає перевагу стану з зарядом ‘+4’, що свідчить про те, що іонні зв’язки з’єднують органометалеву молекулу, як два магніти, а не сильніші ковалентні зв’язки”.
Рентгенівська дифракція окремих кристалів створеного органометалевого комплексу показала, що атом берклію утримується на місці двома кільцями з вуглецю та водню, зв’язуючись з атомами вуглецю.
Дослідники сподіваються, що розуміння поведінки важчих актиноїдів дозволить підготуватися до вирішення проблем, що виникають при довготривалому зберіганні та очищенні ядерних відходів, оскільки ці нестабільні синтетичні елементи поступово спускаються вниз по періодичній таблиці.