La nueva estrategia puede recolectar información química sobre isótopos raros con una fracción del material

Estudiar materiales radiactivos es muy difícil debido a los riesgos potenciales para la salud que representan para los científicos. El gasto también es una barrera importante, con algunos radioisótopos que cuestan más de $10,000 por microgramo (o $10 mil millones por gramo). Algunos radioisótopos no se pueden producir en cantidades suficientes, lo que dificulta su estudio en detalle con las técnicas actuales. Los científicos han desarrollado recientemente un nuevo enfoque para recopilar información química detallada sobre isótopos estables radiactivos y/o enriquecidos. El nuevo enfoque es mucho más eficiente y requiere 1.000 veces menos material que los métodos de vanguardia anteriores. Ofrece esta eficiencia sin pérdida de calidad de los datos.

Un artículo que describe este enfoque se publica en la revista Química Inorgánica.

El nuevo método aprovecha los ligandos de polioxometalato (POM, es decir, jaulas de óxido de metal molecular), una clase de moléculas que hasta ahora se ha pasado por alto en gran medida para las aplicaciones de radioquímica. Las propiedades intrínsecas de los POM permiten a los científicos formar fácilmente compuestos en los que los POM forman enlaces químicos con los radioisótopos objetivo, luego cristalizan estos compuestos y luego los estudian con una amplia variedad de técnicas espectroscópicas usando solo unos pocos microgramos de material, en comparación con múltiples miligramos o más para los métodos anteriores.

En sus demostraciones, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad Estatal de Oregón sintetizaron tres nuevos compuestos de curio y determinaron sus estructuras detalladas a través de la difracción de rayos X de cristal único (SCXRD), así como las propiedades electrónicas, magnéticas y vibratorias a través de Raman, absorbancia, fluorescencia y espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Los investigadores también obtuvieron compuestos equivalentes con americio. Por contexto, los isótopos de curio no solo son radiotóxicos, sino que también son raros y costosos de producir. Como resultado, solo se han aislado y caracterizado aproximadamente 10 compuestos de ligando de curio mediante SCXRD desde el descubrimiento de este elemento en 1944.

Con el nuevo método propuesto, los científicos podrán probar las propiedades químicas de elementos raros y radiactivos como nunca antes. La nueva investigación es particularmente importante para estudiar la química de los actínidos. Estos son los elementos que se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica, como el actinio, el americio y el curio. La mayoría de los actínidos solo se pueden producir en cantidades mínimas en instalaciones específicas como el reactor de isótopos de alto flujo del Departamento de Energía. Los científicos saben relativamente poco sobre la química de estos elementos. Aprender más sobre ellos puede beneficiar campos que van desde la medicina del cáncer hasta la energía nuclear y la síntesis de nuevos elementos.

El nuevo método basado en POM ayudará a expandir la química de los actínidos mientras cumple con las limitaciones actuales de costo y baja disponibilidad para los isótopos de investigación. Los científicos también podrían aplicar esta estrategia para ofrecer una nueva perspectiva sobre la química de algunos de los elementos más raros y tóxicos de la Tierra, que no se podían estudiar con los métodos anteriores.