Per la prima volta è stato compiuto uno studio esaustivo dell’einsteinio, uno degli elementi più sfuggenti e pesanti presenti sulla tavola periodica.
Il risultato ottenuto avvicina i chimici alla scoperta di quella che viene definita “isola della stabilità”, dove si pensa che risiedano alcuni degli elementi più pesanti e a vita breve.
L’einsteinio è stato scoperto per la prima volta nel 1952 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti in seguito al primo test con la bomba all’idrogeno.
Si tratta di un elemento che non è presente naturalmente sulla Terra e può essere sintetizzato solo in quantità microscopiche utilizzando reattori nucleari adatti allo scopo. Molto difficile da separare dagli altri elementi, è altamente radioattivo e decade in breve tempo, rendendo estremamente difficile il suo studio.
I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dell’Università della California, ne hanno recentemente ottenuto un campione di 233 nanogrammi e hanno condotto i primi esperimenti sull’elemento dagli anni ’70.
Grazie agli esperimenti modo sono stati in grado di scoprire per la prima volta alcune delle proprietà chimiche fondamentali dell’einsteinio.
Einsteinio, cosa sappiamo?
I fisici ne sanno pochissimo.
“È difficile da realizzare solo per la posizione della tavola periodica“, ha detto a WordsSideKick.com il coautore Korey Carter, assistente professore dell’Università dello Iowa ed ex scienziato al Berkeley Lab.
Come altri elementi appartenenti alla serie degli attinidi – un gruppo di 15 elementi metallici che si trovano nella parte inferiore della tavola periodica – l’einsteinio è prodotto bombardando un elemento bersaglio, in questo caso il curio, con neutroni e protoni cosi da ottenere elementi più pesanti.
Il team ha utilizzato un reattore nucleare dell’Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, uno dei pochi luoghi al mondo in cui è possibile produrre l’einsteinio.
Tuttavia, la reazione è utilizzata per produrre il californio – un elemento utilizzato nelle centrali nucleari – e quindi si riesce a produrre solo una piccolissima quantità di einsteinio.
Estrarre un campione puro di einsteinio dal californio è impegnativo a causa delle somiglianze tra i due elementi. Il team è riuscito ad estrarre un campione molto piccolo di einsteinio-254 che è uno degli isotopi più stabili dell’elemento.
“È una quantità molto piccola di materiale”, ha detto Carter. “Non puoi vederlo, e l’unico modo per osservarlo è per mezzo dal suo segnale radioattivo”.
Tuttavia, sintetizzare l’einsteinio risolve solo un problema. Il problema successivo è trovare un posto dove conservarlo.
L’einsteinio-254 ha un’emivita di 276 giorni – il tempo necessario per il decadimento di metà del materiale – e si scompone in berkelio -250, che emette radiazioni gamma molto pericolose.
I ricercatori del Los Alamos National Laboratory nel New Mexico hanno progettato uno speciale supporto per campioni stampato in 3D per contenere l’einsteinio e proteggere gli scienziati del Berkeley Lab dalle radiazioni gamma.
Purtroppo il decadimento radioattivo dell’elemento ha creato altri problemi che i ricercatori hanno dovuto affrontare.
“Sta decadendo costantemente, quindi perdi il 7,2% della tua massa ogni mese quando lo studi”, ha detto Carter. “Devi tenerne conto quando pianifichi i tuoi esperimenti“.
Il team di Berkeley Lab era abituato a lavorare su altri elementi con breve emivita.
Anche così, il team ha iniziato il proprio lavoro poco prima dello scoppio della pandemia COVID-19, questo li ha rallentati e non sono stati in grado di completare tutti gli esperimenti pianificati.
Einsteinio, le scoperte
Lo studio ha misurato la lunghezza del legame dell’einsteinio – la distanza media tra due atomi legati – una proprietà chimica importantissima che aiuta gli scienziati a prevedere come interagirà con gli altri elementi.
Il team ha inoltre scoperto che la lunghezza del legame dell’einsteinio va contro la tendenza generale degli attinidi. Questo era stato teoricamente previsto in passato, ma non era mai stato provato sperimentalmente.
Rispetto alla serie degli attinidi, l’einsteinio si illumina in modo molto diverso quando esposto alla luce, l’effetto è descritto da Carter come “un fenomeno fisico senza precedenti”. Sono necessari ulteriori esperimenti per scoprirne il motivo.
Il nuovo studio “pone le basi per essere in grado di fare chimica su quantità veramente piccole”, ha detto Carter. “I nostri metodi consentiranno ad altri di spingere i confini studiando altri elementi allo stesso modo”.
Lo studio del team potrebbe semplificare la sintesi di einsteinio in futuro. In tal caso, l’einsteinio potrebbe essere potenzialmente utilizzato come elemento di destinazione per la creazione di elementi ancora più pesanti, compresi quelli ancora ipotetici come elemento 119, chiamato anche ununennium.
Uno degli obiettivi finali per alcuni chimici resta quello di scoprire elementi superpesanti che hanno un’emivita di minuti o di giorni – nel senso che “vivono” su quest’isola di stabilità – rispetto ai microsecondi per le emivite di altri elementi pesanti conosciuti.
