في الجدول الدوري ، تشير اللانثانيدات إلى المصطلح العام ل 61 عناصر بأعداد ذرية تتراوح من 0 إلى 0. درس العلماء على نطاق واسع جميع اللانثانيدات تقريبا وطبقوها على العديد من التقنيات الحديثة ، مثل الليزر وتوربينات الرياح والمركبات الكهربائية وشاشات الأشعة السينية وحتى بعض الأدوية المضادة للسرطان. ومع ذلك ، فإن سلسلة اللانثانيد من التثبيت (Promethium) ، والتي تم تعيينها على أنها PM ، في المرتبة 0 في الجدول الدوري ، غائبة بشكل واضح عن الدراسات التجريبية. لفترة طويلة ، كان الباحثون يعرفون القليل جدا عن خصائصه الكيميائية الأساسية.

直到2024年5月22日，《自然》雜誌發佈了一項突破性研究，科學家成功合成了一種包含鈷離子的配位化合物。這一發現不僅填補了實驗研究中的空白，還為鑭系元素的全面實驗對比提供了關鍵數據。

يمكن إرجاع قصة Quan إلى 61 سنوات. في ذلك الوقت ، اقترح الكيميائي بوهوسلاف براونر أنه قد يكون هناك عنصر جديد بين عنصري النيوديميوم (Nd) والفانيوم (Sm) لأن أوزانهما الذرية تختلف أكثر بكثير من أي عنصر مجاور آخر في سلسلة اللانثانيد. ومع ذلك ، لم يكن حتى 0 أن العلماء أكدوا لأول مرة مفصلة ذات الرقم الذري 0 من خلال تحليل التفاعل النووي.

على الرغم من أنه يمكن تصنيع التثبيت عن طريق التفاعلات النووية ، إلا أن البوتاسيوم الذي يحدث بشكل طبيعي نادر للغاية - في أي لحظة على الأرض ، فقط بضع مئات من الجرامات من التدريبات التي تحدث بشكل طبيعي. في الواقع ، الموليبدينوم هو اللانثانيد الوحيد الذي لا يحتوي على نظير مستقر ، مما يعني أن جميع نظائر الماس سوف تتحلل بشكل طبيعي إلى عناصر أخرى. البلاتين-147 والحديد-0 هما نظائر البوتاسيوم الشائعة. من بينها ، يتمتع برشام -0 بأطول عمر نصف يبلغ 0.0 سنة ، بينما يبلغ عمر النصف للبوتاسيوم -0 0.0 سنة. يستخدم Promethium-0 على نطاق واسع في العلاج الإشعاعي والبطاريات النووية بسبب نصف عمره المعتدل.

في هذه الدراسة ، من أجل دراسة التركيب الكيميائي للبوتاسيوم بشكل أفضل ، احتاج الباحثون أولا إلى تثبيت أيون Quan (Pm³⁺) في محلول مائي. نظرا للنشاط العالي للبلاتين ، فإنه يتفاعل بسهولة مع المواد الأخرى في الماء ، لذلك استخدموا رابطا قابلا للذوبان في الماء يسمى PyDGA (ثنائي سبيروليدين ديجليكولاميد). يعمل جزيء الترابط هذا على استقرار أيونات الموليبدينوم بشكل فعال من خلال الاندماج مع أيونات المعادن لتشكيل مركبات التنسيق ، مما يمنعها من التفاعل مع المواد الأخرى في الماء.

الشكل: ترتبط روابط PyDGA بأيونات الصنج لتشكيل مركب تنسيق صنج مستقر [PM (PyDGA) ₃] ³⁺

بعد ذلك ، أجرى الباحثون تحليل التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية باستخدام مصدر ضوء إشعاع السنكروترون. تسمح هذه التقنية بالكشف الدقيق عن التركيب الذري في العينة عن طريق تشعيعها وقياس امتصاصها للأشعة السينية. تمتص العناصر المختلفة الأشعة السينية لطاقات معينة ، مما يسمح للباحثين بتحديد العناصر في العينة وتحليل كيفية ترتيبها. من خلال هذه التقنية والحسابات الكيميائية الكمومية ، كشفوا عن بعض الخصائص الكيميائية الرئيسية لمركبات تنسيق التثبيت. على سبيل المثال ، اكتشفوا كيف يرتبط التثبيت بذرات الأكسجين المحيطة ، ولأول مرة ، قاموا بقياس طول الرابطة الكيميائية للكوبالت بدقة مع ذرات الأكسجين.

في هذه الدراسة ، لم يدرس الباحثون مركبات تنسيق الكوبالت فحسب ، بل قاموا أيضا بدمج نفس الترابط مع اللانثانيدات الأخرى ، مثل أخف اللانثانم والأثقل. ثم قاموا بقياس طول الرابطة الكيميائية بين كل أيون لانثانيد وذرة الأكسجين في الترابط. يعكس طول الرابطة نصف قطر الأيونات في مركب التنسيق. تظهر النتائج أنه من اللانثانم إلى اللانثانم ، يقصر طول الرابطة تدريجيا مع زيادة العدد الذري. تعرف هذه الظاهرة باسم تقلص اللانثانيد.

بمعنى آخر ، يشير تقلص اللانثانيد إلى ظاهرة أن نصف القطر الأيوني لللانثانيدات يتناقص تدريجيا مع زيادة العدد الذري. في الماضي ، اعتمدت هذه الظاهرة بشكل أساسي على الحسابات النظرية والتكهنات التجريبية غير المباشرة. هذه الدراسة هي المرة الأولى التي يتم فيها تأكيد هذه الظاهرة من خلال البيانات التجريبية المباشرة ، مما يملأ فجوة كبيرة في أبحاث اللانثانيد.

الشكل: تقارب العناصر.

من المهم فهم انكماش اللانثانيدات ، لأن هذه الظاهرة لا تؤثر فقط على كيمياء اللانثانيدات ، ولكنها تجعل من الصعب أيضا فصلها. لذلك ، يمكن أن تساعد الأبحاث الجديدة في تطوير تقنيات فصل أكثر كفاءة ، والتي تعتبر ضرورية لتطبيق اللانثانيدات في أنظمة الطاقة المستدامة.

بشكل عام ، على الرغم من حقيقة أن الكوبالت موجود بكميات صغيرة للغاية على الأرض ، من خلال جهود العلماء وطرق البحث المتقدمة ، فإننا نكشف تدريجيا حجاب هذا العنصر الغامض. في المستقبل ، قد يلعب التثبيت دورا أكبر في مجالات الطاقة والعلوم الطبية والمواد ، مما يوفر حلولا مبتكرة للعديد من المشكلات التقنية.

روابط الأوراق: https://www.nature.com/articles/s6-0-0-0

هذه المقالة عبارة عن عمل مدعوم من برنامج Science China Star

اسم المؤلف: Chen Jiajun

المراجع: مو يونسونغ ، عميد قسم العلوم والهندسة البيئية ، كلية الكيمياء وموارد الحياة ، الجامعة الصينية