Dodano: 05 lutego 2021r.

Pierwsze szczegółowe pomiary einsteinu

Pierwiastek chemiczny einstein został odkryty w 1952 roku w pozostałościach po eksplozji bomby termojądrowej. Jednak od tamtego czasu nie udało się go dokładnie zbadać ze względu na to, że pierwiastek ten jest bardzo trudny do uzyskania, a do tego wysoce radioaktywny. Po siedemdziesięciu latach udało się pokonać te przeszkody i naukowcy przeprowadzili pierwsze badania charakteryzujące niektóre z właściwości einsteinu.

Pierwsze szczegółowe pomiary einsteinu

 

Pierwsze dokładne pomiary einsteinu przeprowadzili naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Los Alamos National Laboratory oraz Georgetown University. Ich prace ukazały się na łamach pisma „Nature”. Uczeni dysponując 233 nanogramami einsteinu dokonali pierwszych w historii pomiarów długości wiązania atomowego – podstawowej właściwości interakcji pierwiastka z innymi atomami i cząsteczkami.

Nieuchwytny einstein

Pierwiastek einstein (Es, łac. einsteinium) nie występuje naturalnie na Ziemi i może być wytwarzany jedynie w mikroskopijnych ilościach przy użyciu specjalistycznych reaktorów jądrowych. Jest również trudny do oddzielenia od innych pierwiastków, jest wysoce radioaktywny, należy do aktynowców i szybko się rozpada, co czyni go niezwykle trudnym do zbadania.

Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim niedawno stworzyli 233-nanogramową próbkę czystego einsteinu i przeprowadzili pierwsze od lat 70. eksperymenty na tym pierwiastku. Dzięki temu po raz pierwszy byli w stanie odkryć niektóre z podstawowych właściwości chemicznych pierwiastka, w tym długość wiązania atomowego. Może to dostarczyć ważnych wskazówek na temat tego, jak ten pierwiastek oddziałuje chemicznie.

- Niewiele wiadomo na temat einsteinu – powiedziała Rebecca Abergel z Berkeley Lab. - To niezwykłe osiągnięcie, że mogliśmy pracować z tak małą ilością materiału i udało nam się przy tym przeprowadzić analizy z zakresu chemii nieorganicznej. Jest to istotne, ponieważ im więcej wiemy o jego zachowaniu, tym bardziej możemy zastosować tę wiedzę do opracowywania nowych materiałów lub nowych technologii, niekoniecznie z udziałem tylko einsteinu, ale także z resztą aktynowców – dodała.

Trudne badania

Próbka einsteinu pochodziła z reaktora High Flux Isotope Reactor w Oak Ridge National Laboratory, jednego z niewielu miejsc na świecie, w których można wytworzyć ten pierwiastek. Tam uczeni bombardowali kiur (inny z aktynowców, którego nazwa pochodzi od nazwiska  Marii Skłodowskiej-Curie i Pierre'a Curie) neutronami, aby wywołać szereg reakcji prowadzących do powstania einsteinu. Jedną z trudności było oczyszczenie pierwiastka, ponieważ w procesie produkcji einsteinu powstaje też pierwiastek kaliforn – kolejny z aktynowców. Właściwie to cały proces został opracowany do produkcji kalifornu, który wykorzystywany jest w elektrowniach jądrowych, a małe ilości einsteinu są produktem ubocznym. Wyodrębnienie czystej próbki einsteinu z kalifornu jest trudne ze względu na podobieństwa między dwoma pierwiastkami, co oznacza, że naukowcy otrzymali tylko niewielką próbkę einsteinu-254, jednego z najbardziej stabilnych izotopów pierwiastka.

Jednak zdobycie einsteinu to tylko połowa sukcesu. Następnym problemem było znalezienie miejsca na przechowywanie próbki. Einstein-254 ma okres połowicznego rozpadu wynoszący 276 dni. Naukowcy z Los Alamos National Laboratory w Nowym Meksyku zaprojektowali specjalny pojemnik na próbki wydrukowany w technologii druku 3D, w którym einstein mógł być przechowywany.

- Einstein rozpada się konsekwentnie, więc studiując go, tracisz 7,2 proc. masy każdego miesiąca - powiedział Korey Carter, adiunkt na University of Iowa i były naukowiec z Berkeley Lab. - Trzeba wziąć to pod uwagę podczas planowania eksperymentów – dodał.

Chociaż zespół naukowców był w stanie przeprowadzić wiele eksperymentów i miał plany na kolejne, to badania zostały przerwane przez pandemię koronawirusa. Obostrzenia dotknęły także naukowców i laboratoria zostały zamknięte. Gdy zeszłego lata udało im się wrócić do pracy, większość próbki uległa rozpadowi.

Odkrycia

Mimo piętrzących się problemów uczonym udało się określić długość wiązań atomowych einsteinu, czyli średniej odległości między dwoma związanymi atomami - podstawowej właściwości chemicznej, która pomaga naukowcom przewidzieć, jak będzie oddziaływać z innymi pierwiastkami.

- Określenie długości wiązań może nie wydawać się specjalnie interesujące, ale to pierwsza rzecz, którą chcą ustalić badacze analizujący, jak metale wiążą się z innymi cząsteczkami. Jakiego rodzaju chemiczne oddziaływanie będzie miał ten pierwiastek z innymi atomami i cząsteczkami – przyznała Abergel.

Uzyskanie obrazu rozmieszczenia atomów w cząsteczce zawierającej einstein może pomóc znaleźć interesujące właściwości chemiczne i lepiej zrozumieć trendy w układzie okresowym pierwiastków. - Otrzymując te dane zyskujemy lepsze, szersze zrozumienie tego, jak zachowuje się cała grupa aktynowców, a wśród nich mamy pierwiastki lub izotopy przydatne do produkcji radiofarmaceutyków czy wykorzystywane w produkcji energii jądrowej – wyjaśniła Abergel.

Badania dają również możliwość spojrzenia na to, co znajduje się poza układem okresowym, przynajmniej obecnie, i mogą ułatwić odkrycie nowych pierwiastków. - Naprawdę zaczynamy trochę lepiej rozumieć, co dzieje się na końcu układu okresowego i dzięki temu możemy bardziej sprecyzować cele z użyciem einsteinu mogące prowadzić do odkrycia nowych pierwiastków - powiedziała Abergel.

 

Źródło: Lawrence Berkeley National Laboratory, fot. Haire, R. G./US Department of Energy. Na zdjęciu probówka kwarcowa zawierająca ok. 300 mikrogramów Es-253 w postaci stałej. Poświata jest wynikiem intensywnego promieniowania