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Cientistas da química sintetizam promécio radioativo pela primeira vez

A química está diante de um novo momento: O promécio, um dos elementos mais raros e enigmáticos da tabela periódica, finalmente revelou alguns de seus segredos químicos cruciais, um avanço notável de pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, que conseguiram, pela primeira vez, sintetizar um complexo químico com o promécio. Essa realização preenche uma lacuna de longa data nos livros de química e pode levar a métodos mais eficientes para separar o promécio de elementos semelhantes em resíduos nucleares.

Descoberto em 1945, o promécio é um membro elusivo da família dos lantanídeos, uma linha de 15 metais localizados nos confins da tabela periódica. Recebeu seu nome em homenagem ao titã Prometeu da mitologia grega, que roubou o fogo dos deuses. Estima-se que exista menos de um quilograma de promécio naturalmente na crosta terrestre. No passado, a radiação deste elemento foi utilizada para alimentar marcapassos e espaçonaves.

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Os lantanídeos, incluindo o promécio, são conhecidos na química como elementos de terras raras. Embora muitos desses elementos sejam surpreendentemente abundantes na crosta terrestre, eles são encontrados em concentrações muito pequenas e são difíceis de isolar devido à sua química semelhante. A separação dos lantanídeos geralmente envolve a utilização de moléculas chamadas ligantes para formar complexos de coordenação, onde os íons lantanídeos carregados positivamente se ligam aos ligantes em solução. Esses complexos podem ser então separados explorando pequenas diferenças entre eles.

Reperodução: Nature – Para criar o seu complexo de coordenação com o promécio (ver estrutura 2D à direita), os investigadores primeiro colheram o promécio-147 (mostrado no frasco à esquerda como um sal nitrato) a partir de resíduos nucleares. Crédito: DM Driscoll 
et al./Nature

O promécio sempre foi um desafio particular para os cientistas da química que trabalham em métodos de separação aprimorados. Até agora, apenas alguns compostos simples de promécio, como óxidos, foram sintetizados. Nunca antes havia sido criado um complexo que mostrasse como o promécio poderia se ligar a ligantes de separação em solução.

Os pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory preencheram essa lacuna utilizando o isótopo radioativo promécio-147, que possui uma meia-vida de aproximadamente 2,5 anos e foi extraído de resíduos gerados durante a produção de plutônio radioativo. Como os outros lantanídeos, o promécio tende a formar íons com uma carga tripla positiva.

A equipe combinou esses íons com um ligante chamado bispirrolidina diglicolamida, que contém três átomos de oxigênio ricos em elétrons. Três dessas moléculas de ligante envolveram cada íon de promécio, gerando complexos com nove ligações promécio-oxigênio.

Descobertas químicas inovadoras

Utilizando espectroscopia de absorção de raios X e simulações teóricas, os pesquisadores mediram o comprimento médio dessas ligações. Descobriram que o oxigênio forma essas ligações fornecendo pares de elétrons que preenchem de maneira ordenada os níveis de energia vazios, conhecidos como orbitais, ao redor do promécio.

Para comparar seu complexo de promécio com outros complexos de lantanídeos, os pesquisadores combinaram o mesmo ligante com todos os outros lantanídeos. Isso produziu a primeira coleção completa de complexos comparáveis de lantanídeos em solução, revelando como o comprimento da ligação lantanídeo-oxigênio diminui da esquerda para a direita na série dos lantanídeos na tabela periódica, um fenômeno conhecido como contração dos lantanídeos.

Reprodução: Nature – Os químicos sintetizaram um “complexo de coordenação” com o elemento promécio (rosa) no centro. Os oxigênios nas moléculas do complexo são vermelhos, os nitrogênios são azuis. As moléculas de água na solução ao redor do complexo são rosa e brancas nesta representação. Crédito: DM Driscoll et al./Nature

A contração dos lantanídeos ocorre porque, com cada passo ao longo da série, de lantânio a lutécio, cada elemento ganha um próton e um elétron. Os prótons são adicionados ao núcleo do átomo, enquanto os elétrons são adicionados aos orbitais. No caso dos lantanídeos, os elétrons gradualmente preenchem um conjunto particular de orbitais de elétrons conhecidos como 4f, que são difusos e, portanto, não protegem os outros elétrons negativamente carregados de um átomo da crescente carga positiva de seu núcleo. Isso permite que o núcleo exerça uma força de atração mais forte em alguns orbitais, contraindo o átomo mais do que o esperado.

Os pesquisadores do Oak Ridge observaram que a diminuição no comprimento da ligação nos primeiros elementos da série dos lantanídeos, de lantânio a promécio, foi mais acentuada do que nos elementos posteriores. Embora esses resultados não sejam especialmente surpreendentes, foi emocionante confirmar que essa contração dos lantanídeos também existe em solução.

Essa nova compreensão da química do promécio pode levar a métodos aprimorados para separar este elemento de resíduos nucleares. Além disso, a coleção completa de complexos de lantanídeos em solução fornece dados valiosos para futuras pesquisas na área. A realização da equipe do Oak Ridge abre portas para novas aplicações tecnológicas e ambientais.

Assim, o promécio, esse elemento outrora misterioso, começa a revelar seus segredos, contribuindo para o avanço do conhecimento científico na química e potencialmente para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis.

Fonte: Nature

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