El misterioso elemento prometio forjado por el Proyecto Manhattan finalmente revela sus propiedades químicas

Los químicos, por primera vez, han arrojado luz sobre uno de los miembros más esquivos de la tabla periódica, revelando las propiedades químicas del prometio. Este elemento raro y altamente radiactivo, hasta ahora envuelto en un misterio, se ha combinado para formar un compuesto en agua, lo que permite a los investigadores observar su comportamiento de enlace.

El elemento químico de la era nuclear.

El prometio, con número atómico 61, sólo existe de forma natural en pequeñas cantidades. La corteza terrestre contiene sólo alrededor de medio kilogramo de este elemento. Eso es como una gota en el océano. Esta escasez también explica el descubrimiento de prometio, que no se encontraba en su forma natural.

Los investigadores descubrieron por primera vez el prometio al producirlo en 1945 en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee durante el programa de enriquecimiento de plutonio del Proyecto Manhattan. Lleva el nombre del titán griego Prometeo, que robó el fuego y se lo llevó a la humanidad. La energía nuclear se consideraba la segunda venida del fuego controlado, o al menos un invento de igual magnitud en su impacto sobre la civilización humana.

Sin embargo, el viaje hacia el descubrimiento del prometio fue largo y lleno de salidas en falso. Antes de su descubrimiento oficial, los científicos sospechaban de la existencia de un elemento con número atómico 61 debido a lagunas en la tabla periódica. A principios del siglo XX, se hicieron muchas afirmaciones de descubrimiento, pero ninguna pudo fundamentarse con pruebas concluyentes.

No fue hasta 1945, durante el apogeo de la Segunda Guerra Mundial y el Proyecto Manhattan, que finalmente se aisló el prometio. Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, dirigidos por Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin y Charles D. Coryell, identificaron prometio mientras analizaban los subproductos de la fisión del uranio en un reactor nuclear.

El Proyecto Manhattan se centró principalmente en el desarrollo de armas nucleares, y el descubrimiento de nuevos elementos fue un subproducto de este esfuerzo monumental. Pero debido al secreto del proyecto, el descubrimiento no se hizo público de inmediato. Sólo después del fin de la guerra se publicaron los hallazgos y se confirmó oficialmente la existencia del prometio.

Inestable pero intrigante

En la actualidad, el prometio se produce de forma rutinaria, aunque en pequeñas cantidades, a partir de la desintegración radiactiva del uranio. Puede utilizarse en compuestos simples para pintura luminosa o baterías nucleares. Sin embargo, su naturaleza altamente radiactiva lo hace inherentemente inestable. Esta inestabilidad complica la formación de compuestos a largo plazo, necesarios para un estudio detallado. Además, su estructura cristalina ejerce fuerzas sobre los enlaces químicos del prometio, oscureciendo su química fundamental.

Alexander Ivanov y sus colegas del Laboratorio Nacional Oak Ridge ahora han superado estos desafíos. Lograron formar un compuesto de prometio en agua. Este método reduce algunos de los efectos nocivos de la radiactividad y evita los efectos que oscurecen las estructuras cristalinas. Como resultado, el equipo puede estudiar la química del elemento en detalle por primera vez.

«Debido a que no tiene isótopos estables, el prometio fue el último lantánido descubierto y el más difícil de estudiar», dijo la Dra. Ilja Popovs, también del Laboratorio Nacional Oak Ridge.

“Hay miles de publicaciones sobre la química de los lantánidos sin prometio. Esta fue una brecha evidente para toda la ciencia», dijo la Dra. Santa Jansone-Popova del Laboratorio Nacional Oak Ridge.

«Los científicos tienen que asumir muchas de sus propiedades. Ahora podemos medir algunos de ellos”.

Una revolución con PyDGA

Los investigadores sintetizaron un compuesto llamado bispirrolidina diglicolamida (PyDGA), que se sabe que forma compuestos estables con elementos similares al prometio. Cuando se introdujo prometio en esta molécula en solución, se formó Pm-PyDGA, un compuesto que muestra un impresionante color rosa brillante debido a su estructura electrónica.

Para investigar su enlace químico, Ivanov y su equipo dispararon rayos X al compuesto y midieron qué frecuencias absorbía. Esto mostró cómo se unía químicamente el prometio. La longitud del enlace entre el prometio y los átomos de oxígeno cercanos era de aproximadamente un cuarto de nanómetro, lo que coincidía con sus simulaciones por computadora.

«Es una química bastante hermosa, y ver el delicado color rosa de este complejo es una verdadera alegría», dijo Andrea Sella del University College London. Científico nuevo.

La información sobre el comportamiento de enlace del prometio ayudará a mejorar los procesos para la producción de muestras más puras en mayores cantidades a partir de residuos radiactivos. Esto podría conducir al diseño de nuevos compuestos médicos, como los utilizados en imágenes radiactivas o en el tratamiento del cáncer. «Este tipo de información fundamental puede ayudarnos a impulsar nuevas tecnologías», afirma Ivanov.

Además, esta investigación puede impactar el desarrollo de baterías nucleares y materiales luminosos. Las propiedades únicas de los compuestos de prometio pueden conducir a fuentes de luz y energía más eficientes y duraderas, que son fundamentales en entornos remotos o extremos donde fallan las fuentes de energía tradicionales.

Los hallazgos aparecieron en la revista. Naturaleza.