美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室科學家領導的團隊首次發現一種含有锫(Berkelium)的有機金屬分子——“锫茂”(Berkelocene),爲深入理解物質構成的基本原則開辟了新途徑。相關研究論文發表于新一期《科學》雜志。
有機金屬分子通常由碳基骨架包圍的金屬離子組成,這種結構在元素周期表中靠前的鈾(原子序數爲92)等锕系元素中較爲常見,但在靠後的锫(原子序數爲97)等锕系元素中卻很罕見。
锫是元素周期表f區的15種锕系元素之一,1949年在伯克利國家實驗室首次發現。多年來,該實驗室重元素化學小組一直緻力于制備锕系元素的有機金屬化合物。這些分子通常具有極高的對稱性,并能與碳形成多個共價鍵,可用于觀察锕系物質的獨特電子結構,并揭示物質的基本組成邏輯。但研究锫并非易事,因爲它具有極強的放射性,且産量極低。更困難的是,其有機金屬分子對空氣極爲敏感,容易發生自燃。
爲攻克這些難題,研究團隊定制了工具箱,并利用美國國家同位素開發中心提供的锫-249,實現了高放射性同位素的無空氣合成。
單晶X射線衍射實驗提供的結果表明,合成出的物質結構具有高度對稱性,其中锫原子穩居兩個8元碳環之間。由于其結構類似鈾有機金屬配合物“鈾茂”,團隊将其命名爲“锫茂”。電子結構計算表明,位于“锫茂”結構中心的锫原子呈現四價氧化态(即帶4個正電荷),該氧化态由锫—碳鍵維持。
團隊表示,還需要更準确的模型來揭示锕系元素間的行爲差異,以解決與核廢物長期儲存和修複等相關的問題。