دانشمندان دانشگاه منچستر با موفقیت موفق به ساخت یک مجتمع ترانس اورانیوم شده اند که در آن فلز مرکزی، نپتونیوم، تنها با یک عنصر دیگر پیوندی چندگانه ایجاد می کند. امکان مطالعه چنین تعامل پیوندی در انزوا برای اولین بار یک پیشرفت کلیدی برای پاکسازی زباله های هسته ای است.
در مجله Nature Chemistry گزارش شده است ، گروهی از محققان از دانشگاه منچستر، مرکز تحقیقات مشترک کمیسیون اروپا کارلسروهه، و آزمایشگاه ملی لوس آلاموس با موفقیت این سناریوی پیوند شیمیایی فرااورانیوم را که مدت‌ها به دنبال آن بود، در یک ترکیب جداسازی‌شده آماده و مشخص کردند.
مطالعه برهمکنش‌های پیوند چندگانه فلز-عنصر یک حوزه تحقیقاتی عظیم در شیمی با دهه‌ها تحقیق فشرده است که به دنبال درک کاربردهای پیوند شیمیایی، واکنش‌پذیری، کاتالیز و جداسازی بوده‌اند. هنگامی که به پیوند چندگانه اکتینید-عنصر مربوط می شود، علاقه زیادی به بهره برداری از درک پیوند شیمیایی (کووالانسی) در مطالعات استخراج وجود دارد، زیرا این می تواند تلاش برای جداسازی و پاکسازی زباله های هسته ای را نشان دهد.
با این حال، در حالی که تحقیقات مربوط به پیوندهای چند عنصر فلزی به طور معمول در جدول تناوبی تا اورانیوم گزارش شده و به خوبی تثبیت می شود، سنگین ترین عنصری که به طور طبیعی در مقادیر قابل توجهی رخ می دهد، تحقیقات مربوط به عناصر ترانس اورانیوم، که عناصری هستند که پس از اورانیوم در جدول تناوبی قرار می گیرند. مانند نپتونیم، به دلیل نیاز به انجام کار بر روی چنین عناصر رادیواکتیو در تاسیسات تخصصی محدود شده است.
به ناچار با کار آزمایشی محدود برای پیوند چندگانه عنصر ترانس اورانیوم، انتقال دانش از مطالعات بنیادی در این زمینه برای اطلاع از کاربردهای جداسازی بالقوه کم است.
برای شیمی پیوند چندگانه عنصر ترانس اورانیوم که انجام شده است، نمونه‌های شناخته شده شامل پیوندهای چند عنصری دو یا چند عنصری به یک یون ترانس اورانیوم معین است تا تثبیت کافی برای جداسازی آن ترکیبات فراهم شود. با این حال، وجود دو یا چند عنصر پیوندی چندگانه به این معنی است که چنین پیوندهایی را نمی توان به صورت مجزا مورد مطالعه قرار داد و تحلیل آنها را پیچیده می کند. تا به امروز دسترسی به کمپلکس‌های فرااورانیوم تنها با یک پیوند چندگانه به عنصری که به اندازه کافی پایدار باشد تا جداسازی شود ممکن نبوده است، بنابراین تأیید یا رد تجربی پیش‌بینی‌های نظری به‌طور قابل اعتماد غیرممکن بوده است، که به طور کلی برای عناصری که انجام آن دشوار است. در موقعیت های نسبیتی قرار دارند.
محققان با استفاده از امکانات تخصصی حمل و نقل موفق به تهیه مجتمعی حاوی یون نپتونیم با پیوند چندگانه به یک اتم اکسیژن واحد شدند. کلید موفقیت، طراحی دقیق چارچوب لیگاند آلی حمایت کننده قفس مانند با چهار اهداکننده نیتروژن تثبیت کننده و گروه های بزرگ کناری مبتنی بر سیلیکون برای محافظت از پیوند نپتونیوم-اکسیژن و امکان مطالعه آن به صورت مجزا بود.
با گسترش کار قبلی روی اورانیوم به نپتونیم، محققان توانستند مقایسه‌هایی را که تاکنون غیرممکن بود انجام دهند، با این یافته‌های شگفت‌انگیز که مجتمع نپتونیوم-اکسیژن پیوندهای شیمیایی کووالانسی بیشتری نسبت به یک مجتمع هم‌ساختار اورانیوم-اکسیژن دارد. این برعکس پیش‌بینی‌ها است و بر دشواری پیش‌بینی در این بخش از جدول تناوبی و اهمیت آزمایش تجربی آنها تأکید می‌کند.
پروفسور استیو لیدل، یکی از مدیران مرکز رادیوشیمی در دانشگاه منچستر، این تحقیق را هماهنگ کرد. وی گفت: به لطف استعداد محققان درگیر در این مطالعه و از طریق همکاری در مراکز تخصصی بین المللی است که این کار ممکن شده است. انجام این کار به صورت آزمایشی چالش برانگیز بود، در واقع بدون سه موسسه پیشرو که نقاط قوت ما را برای پذیرش رویکرد تحقیقاتی بین رشته‌ای ما ترکیب می‌کردند، امکان‌پذیر نبود، اما انجام آن ضروری بوده است زیرا در حال حاضر این کار نشان می‌دهد که پیش‌بینی‌ها می‌توانند به راحتی در این زمینه شکسته شوند. منطقه پیچیده جدول تناوبی بنابراین این نشان می‌دهد که انجام کار آزمایشی و آزمایش نظریه‌ها برای ارائه معیارهایی برای هدایت منطقه در آینده ضروری است.»
شیمی مولکولی اورانیوم و توریم در سال‌های اخیر از طریق مطالعه پیوندهای چندگانه فلز- عنصر گام‌های رو به جلو برداشته است، اما علم ترانس اورانیوم به دلیل چالش‌های کار تجربی با این عناصر بسیار عقب مانده است. کار این محقق نشان می‌دهد که آنالوگ‌های ترانس اورانیوم اکنون برای مطالعه گسترده‌تر در دسترس هستند و فرصت‌هایی را برای رشد این زمینه جدید علم اکتینید باز می‌کنند.
– این بیانیه مطبوعاتی توسط دانشگاه منچستر ارائه شده است