Investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos en colaboración con la Universidad de California - Irvine UCI han descubierto un nuevo atributo químico significativo del plutonio, la identificación y verificación estructural del estado de oxidación +2 en un sistema molecular.
"Este hallazgo destaca al plutonio, ya conocido por su química extremadamente compleja, como el elemento actínido con el mayor número de estados de oxidación confirmados", dijo Andrew Gaunt, investigador principal de Los Alamos en el proyecto junto con Stosh Kozimor.
El hallazgo también proporciona un paso significativo hacia una comprensión más completa de las tendencias químicas en toda la serie de actínidos, material de libros de texto, y, en última instancia, proporcionará conocimiento sobre cómo manipular y controlar la química y la estructura electrónica del estado de oxidación.
Una de las propiedades más fundamentales del comportamiento químico de un elemento es su química del estado de oxidación. Un estado de oxidación se relaciona con el número de electrones que se eliminan o se agregan a un elemento neutro estado de oxidación de 0 para formar cationesestados de oxidación positivos o aniones estados de oxidación negativos. El estado de oxidación de un elemento tiene una gran influencia sobre el comportamiento químico y la especiación. Debido a esta importancia, se presume que los estados de oxidación más accesibles ya se han identificado en los últimos 100+años para los elementos de la tabla periódica La química del plutonio Pu se ha estudiado ampliamente en Los Álamos como parte de su misión esencial de seguridad nacional desde el Proyecto Manhattan de la década de 1940, revelando que su química se encuentra entre los elementos más complejos.
Se conocen seis estados de oxidación y se han verificado: 0 forma metálica y +3, +4, +5, +6, +7 en sistemas moleculares. El trabajo actual, recién publicado en el Revista de la Sociedad Americana de Química , demuestra que ahora se ha accedido y verificado un séptimo estado de oxidación formal +2, que representa una nueva forma química inesperada de plutonio.
"Con el tiempo, es fácil empantanarse en los detalles diarios, pero importantes, de experimentos más incrementales y análisis de datos, pero este proyecto fue el tipo de experiencia de investigación y descubrimiento fundamental más profundo que emociona", dijo Gaunt ".Este es exactamente el tipo de química de plutonio que el Laboratorio está en una posición única para lograr en conjunto con colaboradores académicos ".
La investigación se basó en trabajos previos en UCI por los profesores colaboradores William Evans y Filipp Furche que mostraron que el estado de oxidación +2 de los lantánidos Ln, uranio y torio podrían generarse utilizando aniones organometálicos anillos de ciclopentadienilo para facilitar la reducciónde moléculas que contienen un catión metálico +3 a moléculas que contienen un catión metálico +2 metal = Ln, uranio o torio.
Se demostró que estas moléculas +2 eran accesibles debido a la 'estructura organometálica' alrededor del ion metálico, lo que permite que el electrón adicional tras la reducción de +3 a +2 llene una 'd' en lugar de una 'f' orbital, lo cual es inusual. Un estudiante graduado, Cory Windorff, del grupo de Evans en la UCI, pasó un año en Los Alamos trabajando en un laboratorio radiológico especialmente equipado con Gaunt para desarrollar y aplicar una metodología similar con el isótopo radiactivo mucho más potente de Pu-239.
Tras el aislamiento exitoso de la molécula que contiene Pu- + 2, los cálculos de Furche y el estudiante Guo Chen revelaron que, "a diferencia de los análogos de lantánidos, uranio y torio, el plutonio parece exhibir una intrigante estructura electrónica 'punto de cruce' con el extraelectrón que reside principalmente en un orbital 'f', no en un orbital 'd' ", dijo Gaunt.
"Elucidar la naturaleza de esta estructura electrónica 'ruptura' en los cationes actínidos +2 a medida que se atraviesa la serie de actínidos era previamente inaccesible, pero ahora hemos logrado el avance y el área está llena de potencial para una mayor exploración", señaló Kozimor.
"Trabajar con los elementos altamente radiactivos más allá del uranio llamados transuránicos es extremadamente difícil técnicamente, dada la disponibilidad limitada de isótopos de estos elementos y los protocolos de seguridad bajo los cuales se debe realizar la investigación, pero ahora hemos allanado el camino para el futurodescubrimiento de moléculas transuránicas adicionales que contienen el estado de oxidación +2 ", dijo Kozimor.
Dijo Gaunt, "Al ver el cambio de color de azul a morado oscuro al reducir una molécula de plutonio +3, y sabiendo que si el experimento fuera un éxito, sería la primera persona en el mundo en ver un nuevo estado de oxidación formalpara un elemento con mis propios ojos, fue bastante fascinante "
"El momento recuperó la sensación de lo que atrae a muchos químicos al campo en primer lugar", continuó Gaunt. "Es el tipo de química fundamental que realizamos en la escuela secundaria o en la licenciatura, haciendo diferentes estados de oxidación de elementos tales comocomo metales de transición, y maravillado por los cambios de color 'fríos', excepto en este caso, fue con un isótopo raro y altamente radiactivo en instalaciones radiológicas especializadas en un laboratorio nacional, y un elemento para el cual no hace mucho tiempo pocos habrían tenidocreía que Pu II podría generarse, aislarse y caracterizarse "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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