Zbadali najcięższe cząsteczki w historii. Chemicy sięgnęli do słabo poznanej części układu okresowego

Rewolucyjna technika, która pozwala badać cząstki żyjące 0,1 sekundy

Zespół z Berkeley opracował metodę “atom po atomie”, która radykalnie zmienia możliwości badawcze. Nowe podejście umożliwia analizę cząsteczek istniejących zaledwie jedną dziesiątą sekundy. Jest to dziesięciokrotnie krócej niż pozwalały dotychczasowe techniki. Jennifer Pore, główna autorka badań, podkreśla, iż odnotowany sukces otwiera drzwi do następnej generacji badań chemicznych. Wszystko po to, by zgłębiać sekrety chemii pierwiastków superciężkich i odpowiadać na pytania takie jak to, czy znajdują się one we właściwych miejscach w układzie okresowym. Podczas zaledwie dziesięciodniowego eksperymentu zebrano dane dotyczące niemal 2000 cząsteczek aktynu i nobla. Kluczową rolę odegrał spektrometr FIONA, pierwotnie służący do pomiarów masy, który okazał się nieoceniony w identyfikacji molekuł.

Czytaj też: Nieznany wcześniej związek chemiczny odkryty na Marsie. Naukowcy z SETI i NASA są w szoku

Przygotowania do badań przyniosły nieoczekiwane rezultaty. Jeszcze przed wprowadzeniem reagentów w układzie zaczęły spontanicznie tworzyć się cząsteczki nobla. Okazało się, że jego jony reagowały ze śladowymi ilościami azotu i wody obecnymi w gazach. Członkowie zespołu badawczego założyli, że nie będą tworzyć cząstek w eksperymencie o ile nie będą mieli takiego planu. Mimo to stało się inaczej, co jest pewnego rodzaju sensacją, ponieważ żadne inne układy chemiczne “atom po atomie” nie posiadają możliwości identyfikacji molekuł i wydawało się, że również ich nie tworzą. To przypadkowe odkrycie może wyjaśniać sprzeczności w poprzednich eksperymentach dotyczących flerowu i jego domniemanych właściwości gazu szlachetnego.

Grawitacyjne przyciąganie elektronów. Kiedy fizyka relatywistyczna rządzi chemią

W przypadku najcięższych pierwiastków klasyczne reguły chemiczne przestają obowiązywać. Tak zwane efekty relatywistyczne powodują, że elektrony zachowują się zupełnie inaczej niż w lżejszych atomach. Ogromna liczba protonów w jądrze wytwarza tak silne przyciąganie elektrostatyczne, że elektrony wewnętrzne osiągają prędkości relatywistyczne. To prowadzi do ekranowania zewnętrznych elektronów, co radykalnie zmienia właściwości chemiczne pierwiastka.

Czytaj też: Odtworzyli pierwsze reakcje chemiczne po Wielkim Wybuchu. Czas zmienić podstawy nauki o kosmosie

Choć badania nad superciężkimi pierwiastkami wydają się czysto teoretyczne, mają zaskakujące zastosowania. Jeden z badanych izotopów, aktyn-225, wykazuje obiecujące działanie w leczeniu przerzutowych nowotworów. Dotychczas lekarze stosowali go bez pełnego zrozumienia jego chemii, kierując się pilną potrzebą pomocy pacjentom. Lepsze poznanie właściwości radioaktywnych pierwiastków może przyspieszyć projektowanie cząsteczek stosowanych na potrzeby precyzyjnych terapii przeciwnowotworowych. Wykorzystanie spektrometru FIONA eliminuje konieczność opierania się na domysłach, które od lat ograniczały postęp w tej dziedzinie. Badacze planują teraz analizę kolejnych pierwiastków: lorensu, rutherfordu i dubnu. Odkrycia z Berkeley poszerzają nie tylko naszą wiedzę o granicach układu okresowego, ale mogą także zaowocować praktycznymi rozwiązaniami w medycynie. W świecie, w którym każdy atom ma znaczenie, umiejętność badania cząsteczek istniejących ułamek sekundy może przynieść przełom w ratujących życie terapiach.