In un laboratorio che ha già segnato la storia ottant’anni fa, gli scienziati hanno compiuto un progresso significativo nella comprensione delle proprietà del promezio, un elemento delle terre rare dal comportamento sfuggente nonostante il suo impiego in tecnologie avanzate. Il promezio, scoperto nel 1945 presso i Clinton Laboratories, ora noti come Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, continua a essere prodotto in quantità minime. Nonostante il suo utilizzo in ambiti come la medicina e le batterie nucleari a lunga durata, molte delle sue proprietà sono rimaste un mistero fino ad ora. Il nome promezio deriva dal titano della mitologia che donò il fuoco agli umani, simbolo dello sforzo umano.
Il team di ricerca guidato dall’ORNL ha preparato un complesso chimico di promezio, permettendo per la prima volta la sua caratterizzazione in soluzione. Questo ha rivelato i segreti di questo lanthanide estremamente raro, il cui numero atomico è 61, attraverso una serie di esperimenti meticolosi. Il loro studio, pubblicato il 22 maggio sulla rivista Nature, rappresenta un importante avanzamento nella ricerca sulle terre rare e potrebbe portare a una revisione dei testi di chimica.
Il promezio è molto raro; solo circa mezzo chilo si trova naturalmente nella crosta terrestre in qualsiasi momento dato. A differenza di altri elementi delle terre rare, solo quantità minute di promezio sintetico sono disponibili poiché non ha isotopi stabili. Per questo studio, il team dell’ORNL ha prodotto l’isotopo promezio-147, con un’emivita di 2,62 anni, in quantità sufficienti e con una purezza elevata per studiarne le proprietà chimiche. L’ORNL è l’unico produttore di promezio-147 negli Stati Uniti.
Il team ha dimostrato per la prima volta una caratteristica della contrazione dei lantanidi in soluzione per l’intera serie di lantanidi, inclusa il promezio. La contrazione dei lantanidi è un fenomeno in cui gli elementi con numeri atomici tra 57 e 71 sono più piccoli del previsto. Man mano che i numeri atomici di questi lantanidi aumentano, i raggi dei loro ioni diminuiscono. Questa contrazione crea proprietà chimiche ed elettroniche distintive perché la stessa carica è limitata a uno spazio in diminuzione. Gli scienziati dell’ORNL hanno ottenuto un segnale chiaro del promezio, che ha permesso loro di definire meglio la forma della tendenza attraverso la serie.
Questo studio ha sfruttato risorse e competenze uniche disponibili nei laboratori nazionali del DOE. Utilizzando un reattore di ricerca, celle calde e supercomputer, oltre alla conoscenza accumulata e alle competenze di 18 scienziati in diversi campi, gli autori hanno dettagliato la prima osservazione di un complesso di promezio in soluzione. Gli scienziati dell’ORNL hanno legato il promezio radioattivo con molecole organiche speciali chiamate ligandi diglicolammide. Successivamente, utilizzando la spettroscopia a raggi X, hanno determinato le proprietà del complesso, inclusa la lunghezza del legame chimico del promezio con gli atomi vicini, una novità per la scienza e un pezzo mancante da tempo nella tavola periodica degli elementi.
Le implicazioni di questa ricerca sono vastissime, non solo per la scienza ma anche per le tecnologie avanzate. La capacità di separare questi elementi preziosi, facilitata dalla comprensione della contrazione dei lantanidi, è cruciale per l’utilizzo di queste terre rare in tecnologie moderne avanzate. Questo studio pone le basi per una nuova era di ricerca, aprendo la strada a future innovazioni in campi che vanno dalla diagnostica e trattamento del cancro alle tecnologie per l’energia rinnovabile e le batterie nucleari a lunga durata per l’esplorazione dello spazio profondo.