Pela primeira vez, os cientistas revelaram propriedades cruciais da misteriosa substância radioativa promécio – quase oito décadas após a descoberta do indescritível elemento de terras raras.
O promécio é um dos 15 elementos lantanídeos na parte inferior da tabela periódica. Também conhecidos como terras raras, estes metais apresentam uma série de propriedades úteis, incluindo forte magnetismo e características ópticas incomuns, tornando-as particularmente importantes em dispositivos eletrônicos modernos.
“Eles são usados em laser; eles fazem parte das telas do seu smartphone. Eles também são usados em ímãs muito fortes em turbinas eólicas e veículos elétricos.” Ilia Popovmembro da equipe de pesquisa e desenvolvimento do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e coautor de um novo estudo publicado na revista Naturezadisse ao Live Science.
‘Escasso e difícil de estudar’
O próprio Promécio, que foi descoberto por cientistas do ORNL em 1945, tem algumas aplicações menores em baterias atômicas e diagnóstico de câncer. Mas os cientistas têm uma compreensão muito limitada da química do elemento, impedindo utilizações mais generalizadas.
Estudar o elemento radioativo representa um desafio que dura décadas, em parte devido à dificuldade de obter uma amostra adequada, disse um membro da equipe. Alexandre Ivanovtambém cientista de pesquisa e desenvolvimento do ORNL, disse ao Live Science.
“O promécio não tem um isótopo estável – eles são todos radioativos, o que significa que estão se decompondo [into other elements] com o tempo”, disse Ivanov. “Você obtém esse elemento por meio de um fissão processo, por isso é escasso e difícil de estudar.”
ORNL é o único produtor de promécio-147 nos EUA, um isótopo do elemento com meia-vida radioativa de 2,6 anos. Usando um método desenvolvido no ano passadoos pesquisadores separaram esse isótopo dos fluxos de resíduos de reatores nucleares, criando a amostra mais pura possível para estudo.
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Então, a equipe combinou esta amostra com um ligante – uma molécula especialmente projetada para reter átomos metálicos – para formar um complexo estável em água. A molécula coordenadora, conhecida como PyDGA, formou nove ligações promécio-oxigênio, dando aos pesquisadores a primeira oportunidade de analisar as propriedades de ligação de um complexo de promécio.
No entanto, a análise em si não foi uma questão trivial.
“Como o promécio é radioativo, uma vez decaído, ele é transmutado no elemento adjacente, que é samário”, disse Ivanov. “Então você terá uma pequena quantidade de contaminação na forma de samário.”
‘A última peça do quebra-cabeça’
A equipe, portanto, usou uma técnica extremamente especializada e específica de elemento chamada espectroscopia de absorção de raios X baseada em síncrotron. Energia alta fótons gerado por um acelerador de partículas bombardeou o complexo de promécio para construir uma imagem das posições dos átomos e dos comprimentos das ligações. Diferenças sutis nos comprimentos das ligações metal-oxigênio permitiram que a equipe se concentrasse na principal ligação promécio-oxigênio, descontando qualquer samário contaminante.
Crucialmente, esta informação permitiu pela primeira vez uma comparação das propriedades do promécio com outros complexos de terras raras.
“O promécio foi a última peça do quebra-cabeça entre esses elementos”, disse Popovs. O ligante forneceu uma maneira de ter um complexo estável para todos os lantanídeos – as mesmas proporções de elementos e o mesmo tipo de geometria. Isso permitiu à equipe “estudar as propriedades físico-químicas fundamentais desses complexos em toda a série”, explicou Popovs.
Os lantanídeos são encontrados naturalmente como misturas de elementos, portanto, a compreensão das tendências periódicas, como comprimentos de ligações e comportamentos de formação de complexos, ajuda os cientistas a desenvolver métodos novos e mais eficientes para separar esses metais valiosos.
Agora, a equipe do ORNL está estudando o promécio na água para construir uma imagem mais clara do ambiente de coordenação e do comportamento químico desse elemento incomum.
“Esperamos que os insights fundamentais que estamos fornecendo informem outros cientistas sobre como projetar melhores tecnologias de separação e talvez possam estimular mais interesse em estudá-las para outras aplicações”, disse Popovs.