Nova Molécula de Metal Pesado pode Revelar Segredos dos Processos de Resíduos Nucleares

Desde sua primeira síntese em um laboratório americano pós-Segunda Guerra Mundial em 1949, o berquélio se destacou na tabela periódica, desafiando a mecânica quântica ao adotar uma carga positiva extra que seus parentes normalmente evitam.

Agora, cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory — local de nascimento do berquélio — ligaram com sucesso esse elemento elusivo ao carbono, criando um complexo organometálico raro. Essa descoberta permitirá um estudo mais detalhado das propriedades únicas do berquélio.

Devido aos desafios de produzir e manusear com segurança esse elemento pesado, poucos químicos tiveram a chance de trabalhar com ele. Um único grama custa espantosos US$ 27 milhões, embora esse experimento exigisse apenas 0,3 miligramas de berquélio-249. Como elementos pesados ​​e radioativos são difíceis de analisar por si só, formar um complexo organometálico simplifica o processo. Esses compostos, conhecidos por sua alta simetria e fortes ligações covalentes com o carbono, fornecem uma imagem mais clara da estrutura eletrônica de um átomo.

Poder Reativo 

No entanto, a molécula resultante é tão reativa ao ar que apenas um punhado de laboratórios no mundo todo consegue lidar com ela com segurança. Este novo composto, chamado “berkelocene”, espelha a estrutura do ferroceno. Em vez de um núcleo de ferro, os íons de berquélio são intercalados entre dois anéis de carbono, formando um complexo organometálico. Ao estudar esta estrutura, os pesquisadores esperam obter insights mais profundos sobre o berquélio e seu comportamento potencial em materiais de resíduos nucleares.

Décadas de Progresso na Ligação de Carbono de Actinídeo

A estrutura de raios X do berkeloceno mostra um íon Bk(IV) intercalado entre dois ligantes ciclooctatetraeno substituídos. (Stefan Minasian/Berkeley Lab)

Por décadas, os químicos têm procurado ligar os 15 elementos actinídeos radioativos em estruturas baseadas em carbono. Esse esforço começou quando o urânio foi estabilizado na forma termodinamicamente favorável do uranoceno. Na década de 1970, os pesquisadores sintetizaram complexos semelhantes — toroceno a partir do tório, protactinoceno a partir do protactínio, neptunoceno a partir do neptúnio e plutonoceno a partir do plutônio. Mais recentemente, até mesmo actinídeos mais pesados ​​como amerício e califórnio foram incorporados em estruturas organometálicas.

No entanto, o berquélio, elemento 97, permaneceu fora de alcance — até agora.

“Esta é a primeira vez que confirmamos uma ligação química entre berquélio e carbono”, explica o químico Stefan Minasian do Berkeley Lab. “Esta descoberta aumenta nossa compreensão de como o berquélio e outros actinídeos se comparam aos seus vizinhos da tabela periódica.”

Ao estabilizar o berquélio nessa forma, a equipe testou sua estrutura eletrônica usando espectroscopia ultravioleta-visível-infravermelho próximo. Minasian observa que as previsões tradicionais da tabela periódica sugeriram que o berquélio se comportaria como o térbio, um lantanídeo. No entanto, diferentemente de sua contraparte lantanídeo, o berquélio prefere um estado carregado ‘+4’. Isso indica que ligações iônicas — semelhantes à atração magnética — em vez de ligações covalentes mais fortes mantêm a molécula organometálica unida.

Revelações de Berquélio

A difração de raios X de cristal único revelou ainda como o berquélio está posicionado dentro de dois anéis de carbono-hidrogênio, confirmando sua ligação com átomos de carbono.

Entender o comportamento de actinídeos mais pesados ​​como o berquélio é crucial para enfrentar os desafios no armazenamento e limpeza de resíduos nucleares de longo prazo. À medida que esses elementos sintéticos instáveis ​​continuam a se acumular, os insights dessas pesquisas podem ser essenciais para gerenciar seu impacto de longo prazo.

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