I segreti del promezio finalmente scoperti dopo 80 anni di ricerca


Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a rivelare le proprietà essenziali di una misteriosa sostanza radioattiva chiamata promezio, quasi ottant'anni dopo la sua scoperta. Questo elemento delle terre rare, scoperto nel 1945, fa parte di un gruppo di elementi particolarmente importanti nelle moderne tecnologie.

Cos'è il promezio?

IL promezio è uno dei quindici elementi lantanidi situati nella parte inferiore della tavola periodica. Lantanidi, noti anche come terra rarahanno proprietà uniche come forte magnetismo e particolari caratteristiche ottiche.

Le terre rare sono utilizzate in molti campi tecnologici per le loro proprietà eccezionali. Svolgono un ruolo cruciale nel funzionamento dei laser, degli schermi degli smartphone e persino dei potentissimi magneti presenti nelle turbine eoliche e nei veicoli elettrici. Tieni presente, tuttavia, che, nonostante il nome, alcuni di essi non sono così rari. D'altra parte, la loro estrazione e separazione avviene spesso complesso e costoso.

Uno studio rivoluzionario

Lo studio del promezio è stato a lungo problematico, soprattutto a causa della sua presenza natura radioattiva. Questo perché, a differenza di altri elementi, il promezio non ha un isotopo stabile, il che significa che decade in altri elementi nel tempo. Ciò rende difficile ottenere campioni idonei per lo studio. Questo raro elemento è generalmente prodotto mediante un processo di fissione nei reattori nucleari.

L'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) negli Stati Uniti è l'unico produttore americano di promezio-147un isotopo avente a emivita di 2,6 anni. Utilizzando un metodo recentemente sviluppato, i ricercatori dello stabilimento sono riusciti a separare questo isotopo dai rifiuti dei reattori nucleari per ottenere il campione più puro possibile.

Gli scienziati hanno poi combinato il campione di promezio con una molecola chiamata ligando, progettata per intrappolare gli atomi di metallo e formare così un complesso stabile in acqua. Questa molecola di coordinazione, nota come PyDGA, ha creato nove legami tra promezio e ossigeno, offrendo agli scienziati un'opportunità unica di analizzare le proprietà di legame di questo elemento.

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promezio
Membri del team del Centro di sviluppo dell'ingegneria radiochimica. Crediti: Carlos Jones/ORNL, Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ORNL

Spettroscopia di assorbimento dei raggi X

Per analizzare le proprietà del promezio, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica molto avanzata e specializzata chiamata Spettroscopia di assorbimento dei raggi X basato sul sincrotrone. Questo metodo utilizza fotoni ad alta energia che sono particelle di luce generate da un acceleratore di particelle, una macchina complessa che accelera le particelle a velocità estremamente elevate.

Nello specifico, la spettroscopia di assorbimento dei raggi X funziona misurando il modo in cui i fotoni vengono assorbiti dagli atomi nel campione. Quando i fotoni colpiscono gli atomi di promezio, eccitano gli elettroni in quegli atomi, facendoli saltare a livelli energetici più alti. Analizzando il modello di assorbimento dei raggi X, gli scienziati possono quindi determinare la posizione precisa degli atomi nel campione e misurare la lunghezza dei legami tra gli atomi di promezio e altri atomi, come l'ossigeno, nel complesso formato.

In altre parole, questo metodo permette di distinguere specifici legami del promezio, anche in presenza di altri elementi che potrebbero contaminare il campione. In questo caso, il samario, l’elemento adiacente al promezio nella tavola periodica, potrebbe potenzialmente interferire. Tuttavia, grazie all’elevata precisione della spettroscopia di assorbimento dei raggi X, gli scienziati sono stati in grado di escludere qualsiasi contaminazione da samario, garantendo che i dati raccolti provengono esclusivamente dal promezio.

Scoperte e loro implicazioni

I dati ottenuti da queste analisi hanno permesso agli scienziati di confrontare le proprietà del promezio con quelle di altri elementi della serie dei lantanidi. Comprendendo come il promezio si lega ad altri atomi, in particolare all'ossigeno, i ricercatori possono effettivamente confrontarlo con altri lantanidi in termini di lunghezza del legame, forza di legame e comportamento chimico.

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Questo confronto è fondamentale, perché le terre rare spesso condividono proprietà simili, ma sottili differenze possono influenzarne l'uso in varie applicazioni tecnologiche. Ad esempio, le differenze nel modo in cui gli elementi si legano possono influenzare le loro proprietà magnetiche, ottiche o la loro capacità di catalizzare reazioni chimiche. Completando la tabella delle proprietà chimiche dei lantanidi, gli scienziati possono comprendere meglio le tendenze periodiche e le variazioni tra questi elementi.

Comprendere queste proprietà di legame e coordinazione aiuterà sviluppare nuovi metodi per separare questi elementi preziosi in modo più efficiente. La separazione delle terre rare, spesso presenti insieme nei minerali, è spesso costosa e complessa. Le informazioni ottenute da questo studio potrebbero quindi portare a tecnologie di separazione più efficienti che ridurranno i costi e miglioreranno l’efficienza di estrazione.

Le scoperte fatte in questo studio non si limitano alla separazione delle terre rare. Potrebbero anche aprire la strada nuove applicazioni per promezio e altri lantanidi. Ad esempio, una migliore comprensione della chimica del promezio potrebbe consentirne l’uso in nuove tecnologie o migliorare le sue applicazioni esistenti nelle batterie atomiche e nella diagnostica medica.

Inoltre, questi progressi potrebbero suscitato un crescente interesse per lo studio del promezio e di elementi simili, incoraggiando più ricercatori a esplorare queste aree. Ciò potrebbe portare a scoperte ancora più significative che arricchiranno la nostra comprensione della chimica delle terre rare e delle loro potenziali applicazioni.





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