Comment et où a-t-il été découverteinsteinium?
L'einsteinium (253Es) est un élément radioactif du tableau périodique.
L'Einsteinium a été découvert presque simultanément avec le fermiumest le résultat d'une recherche sur les produits d'explosion d'un appareil thermonucléaire fabriqué par les Américains dans l'océan Pacifique en novembre 1952 (test "Mike").
Evie (Ivy) Mike Test de Ivy Mike"Mike", test "M") est le premier test au monde d'un engin explosif thermonucléaire. Il a été produit par les USA le 1er novembre 1952 sur l'un des motu de l'atoll d'Enewetak. En raison de son poids et de sa taille, et de son utilisation de deutérium liquide comme combustible de fusion, l'appareil n'avait aucune valeur pratique en tant qu'arme et était uniquement destiné à tester expérimentalement la conception « à deux étages » proposée par Ulam et Teller. L'expérience fut un succès ; La puissance estimée de l’explosion était de 10 à 12 mégatonnes d’équivalent TNT.
Eevee Mike (puissance 10,4 Mt) - Essais nucléaires atmosphériques réalisés par les États-Unis sur l'atoll d'Enewetak le 1er novembre 1952. Il s'agit du premier test réussi d'une bombe à hydrogène.
Il a été constaté que dans les produits d'explosioncontient des noyaux d'uranium et de plutonium particulièrement lourds, dont 224Pu et 246Pu. La formation de tels noyaux ne pourrait être que le résultat de la capture instantanée de plusieurs neutrons (de 6 à 17 !) par des noyaux d'238U. Cela a donné des raisons de supposer que simultanément avec les isotopes lourds de l'uranium et du plutonium, des noyaux d'éléments ayant un numéro atomique supérieur à 98 pourraient se former.
En effet, lors de la séparation des produits d'explosionLa présence d'un nouvel élément lourd a été découverte et après traitement d'une grande quantité de sédiments coralliens et de boue apportés du site de l'explosion, il a été possible d'isoler deux isotopes (253 et 255) du nouvel élément. On lui a donné le nom d'« Einsteinium » en l'honneur du plus grand mathématicien et physicien du XXe siècle. Albert Einstein. Plus tard, l’élément 99 a été produit artificiellement par d’autres méthodes, principalement par irradiation prolongée du plutonium avec des neutrons de haute énergie. Avec cette méthode, vous pouvez obtenir plusieurs grammes d'einsteinium en 2-3 ans ; lors d'une réaction thermonucléaire, il se forme en quelques millièmes de seconde. L'isotope le plus stable, l'einsteinium-254, a une demi-vie d'environ 270 jours.
Pourquoi est-il mal compris et comment est-il utilisé?
L'einsteinium est un métal radioactif etappartient à la famille des actinides. Dans les composés, il présente les états d'oxydation +2 et +3. Un exemple est son iodure de formule chimique EsI3. Dans une solution aqueuse ordinaire, l’einsteinium existe sous sa forme la plus stable sous forme d’ions.
Ce métal se distingue également par sa forme cubiqueréseau à faces centrées, avec un paramètre de réseau d'environ 0,575 nanomètres, point de fusion - 860 °C. Il se caractérise par une volatilité relativement élevée.De nombreux composés solides de l'einsteinium ont été synthétisés et étudiés, tels que Es₂O₃, EsCl₃, EsOCl, EsBr₂, EsBr₃, EsI₂ et EsI₃.
On connaît au total 19 isotopes et 3 isomères avec des nombres de masse de 243 à 256. Le plus long des isotopes, 252Es, a une demi-vie de 471,7 jours.
Il est utilisé pour obtenir du mendélévium lorsqu'il est bombardé dans un cyclotron avec des noyaux d'hélium.
Flacon en quartz (diamètre 9 mm) contenant ~ 300 μg de 253E solides. L'éclairage résultant est le résultat du rayonnement intense de 253Es. Crédit: Haire, RG, US Department of Energy.
Cependant, les scientifiques ont effectué peu de recherches sur l’einsteinium pur.expériences. Le fait est qu'il est très difficile à recréer. Une équipe de chimistes du laboratoire de Berkeley a surmonté ces obstacles pour publier la première étude caractérisant certaines de ses propriétés, ouvrant la porte à une meilleure compréhension des éléments transuraniens restants de la série des actinides.
Comment l’élément est-il actuellement étudié ?
Étude «Structurelle et spectralecaractéristiques du complexe d'einsteinium », publié dans la revue Nature, a été réalisé conjointement par une femme scientifique du laboratoire de Berkeley, Rebecca Abergel, et un scientifique du laboratoire national de Los Alamos, Stosh Cosimore. Des scientifiques de deux laboratoires ont également participé aux travaux - l'Université de Californie à Berkeley et l'Université de Georgetown. Au total, les scientifiques avaient environ 250 nanogrammes de l'élément à leur disposition, et cette quantité de substance était suffisante pour mesurer pour la première fois la longueur de la liaison chimique de cet élément - la principale propriété qui détermine son interaction avec d'autres atomes et molécules .
Aujourd'hui, on connaît l'einsteiniumPeu. Après avoir déterminé son comportement chimique, les scientifiques peuvent appliquer ces connaissances pour développer de nouveaux matériaux ou de nouvelles technologies. Et pas seulement avec Einsteinium, mais aussi avec le reste des actinides. Les scientifiques notent qu'une étude attentive de l'einsthenia aidera à l'avenir à découvrir une nouvelle chimie - au moins un nouvel élément.
Comment les scientifiques ont-ils réussi à le recréer pour étude?
Abergel et son équipe ont utiliséinstallations expérimentales indisponibles il y a plusieurs décennies lorsque l'einsteinium a été découvert pour la première fois - la fonderie moléculaire du laboratoire de Berkeley et la source de lumière à rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du laboratoire national des accélérateurs du SLAC, deux installations du bureau des sciences du département américain de l'énergie - pour réaliser la luminescence. spectroscopie et expériences sur la spectroscopie d'absorption des rayons X.
Les scientifiques notent que l'obtention d'un échantillon sous une forme utilisable représentait près de la moitié du succès.
Le matériau est fabriqué dans un réacteur isotopique à haute énergieflux au Oak Ridge National Laboratory. C'est l'un des rares endroits au monde où la création de l'einsteinium est en principe possible. Le réacteur a utilisé le bombardement neutronique de cibles au curium pour déclencher une longue chaîne de réactions nucléaires. Le premier problème qu'ils ont rencontré était que l'échantillon était contaminé par des quantités significatives de Californium, car il est extrêmement difficile d'obtenir de l'einsteinium pur en une quantité utilisable.
Les scientifiques de Berkeley Jennifer Wacker(de gauche à droite), Leticia Arnedo-Sanchez, Corey Carter, Catherine Shield travaillent dans le laboratoire de chimie de Rebecca Abergel. Crédit: Marilyn Sargent / Berkeley Lab
Alors ils ont dû abandonner leurle plan original d'utiliser la cristallographie aux rayons X, qui est considérée comme l'étalon-or pour obtenir des informations structurelles sur des molécules hautement radioactives, mais nécessite un échantillon de métal pur, et a plutôt proposé une nouvelle façon de faire des échantillons et d'utiliser des méthodes de recherche élémentaires. Les chercheurs de Los Alamos ont fourni une aide essentielle pendant cette phase en développant un porte-échantillon parfaitement adapté pour résoudre les problèmes inhérents à l'Einsteinium.
Puis un autre problème était la lutte contredésintégration radioactive. L'équipe du laboratoire de Berkeley a mené ses expériences avec l'einsteinium-254, l'un des isotopes les plus stables de cet élément. Sa demi-vie est de 276 jours, soit le temps de décomposition de la moitié du matériau. Bien que l'équipe ait pu mener de nombreuses expériences avant la pandémie de coronavirus, elle avait prévu des expériences de suivi qui ont été interrompues en raison de pannes liées à la pandémie. Au moment où ils ont réussi à retourner dans leur laboratoire l'été dernier, la majeure partie de l'échantillon avait déjà disparu.
Qu'est-ce que les scientifiques ont découvert?
Cependant, les chercheurs ont pu mesurerdistance de liaison avec Einsteinium, et a également trouvé un comportement physico-chimique différent de ce que l'on attendrait d'un certain nombre d'actinides. Ce sont les éléments sur la dernière ligne du tableau périodique.
Ayant reçu une image de la disposition des atomes dans une molécule,y compris l'einsteinium, les scientifiques ont mesuré la longueur d'une liaison chimique et découvert quelques propriétés chimiques intéressantes. Les caractéristiques de la luminescence et du couplage spin-orbite d'Einsteinium étaient différentes de ce à quoi on pourrait s'attendre d'un élément de la série des actinides - la ligne du bas du tableau périodique.
Cette série contient des éléments ou isotopes quiutile pour la production d'énergie nucléaire ou de produits radiopharmaceutiques. Avec de nouvelles données, nous aurons une meilleure compréhension du comportement de l'ensemble de la gamme d'actinides.
Rebecca Abergel du laboratoire de Berkeley
Étonnamment, cette recherche offre également l'opportunité d'explorer au-delà du tableau périodique et peut-être de découvrir un nouvel élément.
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Curium, ou plutôt certains isotopes du curiumproduites dans les réacteurs nucléaires. L'accumulation d'atomes de curium se fait par capture successive de neutrons par les noyaux des éléments cibles. En outre, lorsque le curium s'accumule en quantités suffisantes, il est isolé par des méthodes de traitement chimique, et l'oxyde de curium concentré et principalement est produit. Le curium est un métal extrêmement coûteux et est toujours utilisé dans les domaines les plus importants de la technologie nucléaire, néanmoins, il existe des programmes dits de curium aux États-Unis et en Russie.
Nommé d'après Pierre et Marie Curie.
Les motu sont de petites îles entourant l’île centrale de l’atoll, formées suite à la montée d’une barrière de corail. Le Motu ne se trouve que dans les eaux tropicales.