Сообщается в журнале Природная химия Группа исследователей из Манчестерского университета, Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии Карлсруэ и Лос-Аламосской национальной лаборатории успешно подготовила и охарактеризовала этот долгожданный сценарий химической связи трансурана в изолируемом соединении.

Изучение взаимодействий множественных связей металл-элемент - это огромная область исследований в химии с десятилетиями интенсивных исследований, направленных на понимание химических связей, реакционной способности, катализа и приложений для разделения. Что касается множественной связи актинидных элементов, то существует большой интерес к использованию понимания химической связи (ковалентности) в исследованиях экстракции, поскольку это может послужить основой для попыток разделения и очистки ядерных отходов.

Однако, в то время как исследования множественных связей металлических элементов регулярно проводятся и хорошо зарекомендовали себя во всей Периодической таблице вплоть до урана, самого тяжелого элемента, встречающегося в природе в значительных количествах, исследования, связанные с трансурановыми элементами, которые являются элементами, которые следуют за ураном в Периодической таблице, такими как нептуний, были ограничены из-за необходимо проводить работы с такими радиоактивными элементами на специализированных установках.

Неизбежно, что при ограниченных экспериментальных работах по многократному соединению трансурановых элементов передача знаний из фундаментальных исследований в этой области для информирования потенциальных применений разделения является низкой.

Для химии множественных связей трансурановых элементов, которая была достигнута, известные примеры включают множественные связи двух или более элементов с данным ионом трансурана, чтобы обеспечить достаточную стабилизацию, позволяющую выделять эти соединения. Однако наличие двух или более многократно связанных элементов означало, что такие связи не могли быть изучены изолированно, что усложняло их анализ. До настоящего времени не было возможности получить доступ к трансурановым комплексам только с одной кратной связью с элементом, который был достаточно стабилен для выделения, поэтому было невозможно надежно экспериментально подтвердить или опровергнуть теоретические предсказания, что обычно трудно сделать для элементов, находящихся в релятивистских ситуациях.

Используя специальное оборудование для обработки, исследователям удалось получить комплекс, содержащий ион нептуния с множественной связью с одним атомом кислорода. Ключом к успеху была тщательная разработка поддерживающего каркаса органического лиганда, похожего на клетку, с четырьмя стабилизирующими донорами азота и большими фланкирующими группами на основе кремния для защиты связи нептуний-кислород и обеспечения возможности ее изучения изолированно.

Перейдя от предыдущей работы по урану к нептунию, исследователи смогли провести ранее невозможные сравнения и неожиданно обнаружили, что нептуний-кислородный комплекс имеет более ковалентную химическую связь, чем изоструктурный уран-кислородный комплекс. Это противоположно предсказаниям, что подчеркивает трудность составления прогнозов в этой области Периодической таблицы и важность их экспериментальной проверки.

Профессор Стив Лиддл, содиректор Центра радиохимии Манчестерского университета, координировал исследование. Он сказал: "Эта работа стала возможной благодаря таланту исследователей, участвовавших в этом исследовании, и благодаря сотрудничеству в специализированных учреждениях по всему миру.

"Это была сложная экспериментальная работа, действительно, она была бы невозможна без трех ведущих институтов, объединивших наши сильные стороны, чтобы использовать наш междисциплинарный исследовательский подход, но это было важно сделать, потому что уже эта работа показывает, что прогнозы могут легко нарушаться в этой сложной области Периодической таблицы. Таким образом, это показывает, что важно проводить экспериментальную работу и проверять теории, чтобы обеспечить ориентиры для продвижения в этой области вперед ".

Молекулярная химия урана и тория в последние годы сделала огромные шаги вперед благодаря изучению множественных связей металл-элемент, но наука о трансурании сильно отстала из-за трудностей, связанных с экспериментальной работой с этими элементами. Работа исследователя демонстрирует, что трансурановые аналоги теперь доступны для более широкого изучения, открывая возможности для развития этой новой области науки об актинидах.