Tras superar una serie de obstáculos, un equipo de químicos realizó el primer estudio que arroja luz a algunas de las propiedades del einstenio, un elemento esquivo y altamente radiactivo. Su investigación, publicada en Nature, no solo abre la puerta a una mejor comprensión de los elementos transuránicos restantes de la serie de actínidos, sino que también ofrece la posibilidad de descubrir nuevos elementos.
¿Qué es el einstenio?
El elemento 99, einstenio (Es), fue descubierto en los escombros de la primera bomba de hidrógeno, un dispositivo termonuclear denominado 'Ivy Mike' que fue detonado por EE.UU. en el Pacífico en 1952. Entonces, solo se detectaron unos 200 átomos de este elemento —una muestra de lo escaso que es— y los científicos necesitaron nueve años de arduo trabajo para poder sintetizar el elemento 99 en un laboratorio, lo que finalmente lograron en 1961.
¿Por qué se sabe tan poco de él?
Desde que fue descubierto, se han realizado muy pocos experimentos con el einstenio, porque es muy difícil de crear y excepcionalmente radioactivo. Además, la forma más común de einstenio (Es-253) tiene una vida media de solo 20 días, lo que significa que, después de este tiempo, el einstenio se descompone a la mitad. Es decir, después de un par de meses, las pequeñas cantidades del elemento con las que los científicos pueden trabajar prácticamente desaparecen.
Sin embargo, los autores del nuevo estudio han superado estos obstáculos. Con menos de 250 nanogramos del elemento, midieron la primera distancia de enlace de einstenio, una propiedad básica de las interacciones de un elemento con otros átomos y moléculas.
"No se sabe mucho sobre el einstenio", indica Rebecca Abergel, coautora del estudio, que califica de "logro notable" que pudieran trabajar con esta pequeña cantidad de material y hacer química inorgánica. La investigación fue codirigida por Abergel, del laboratorio estadounidense de Berkeley, y por Stosh Kozimor, del laboratorio nacional de Los Alamos. También incluyó a otros investigadores de los dos laboratorios, así como de la Universidad de California en Berkeley y de la Universidad de Georgetown.
¿Cómo lo lograron?
"Todo este artículo es una larga serie de eventos desafortunados", reconoce con ironía Abergel en un comunicado.
La investigadora y su equipo utilizaron instalaciones experimentales que no estaban disponibles hace décadas —la Fundición Molecular en Berkeley Lab y la Fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, para realizar experimentos de espectroscopia de luminiscencia y espectroscopia de absorción de rayos X.
El material se fabricó en el reactor de isótopos de alto flujo del Laboratorio Nacional Oak Ridge, uno de los pocos lugares en el mundo que es capaz de producir einstenio, proceso que implica bombardear objetivos de curio con neutrones para desencadenar una larga cadena de reacciones nucleares.
Sin embargo, la muestra estaba contaminada con una cantidad significativa de californio, ya que producir einstenio puro en una cantidad utilizable es extremadamente difícil. De esta forma, los investigadores tuvieron que desechar su plan original de utilizar la cristalografía de rayos X —que se considera el estándar de oro para obtener información estructural sobre moléculas altamente radiactivas pero que requiere una muestra pura de metal— y en su lugar idearon una nueva forma de hacer muestras y aprovechar técnicas de investigación de elementos específicos. Los investigadores de Los Alamos diseñaron para ello un soporte de muestra especialmente adecuado para los desafíos intrínsecos al einstenio.
Otro desafío fue lidiar con la desintegración radiactiva. El equipo realizó sus experimentos con einstenio-254, uno de los isótopos más estables del elemento que tiene una vida media de 276 días. Aunque el equipo pudo realizar muchos de los experimentos planeados antes de la pandemia de coronavirus, otros planes se interrumpieron debido a los cierres por covid-19. Para cuando pudieron regresar a su laboratorio el verano pasado, la mayor parte de la muestra ya había desaparecido.
¿Qué descubrieron y qué implicaciones tiene?
Aún así, los investigadores pudieron medir una distancia de enlace con el einstenio y también descubrieron un comportamiento físico-químico que era diferente de lo que se esperaría de la serie de actínidos (los elementos en la fila inferior de la tabla periódica).
Abergel explica que determinar la distancia de enlace permite saber cómo se une un metal a otras moléculas, y qué tipo de interacción química va a tener este elemento con otros átomos y moléculas.
"Al obtener este dato, conseguimos una comprensión mejor y más amplia de cómo se comporta toda la serie de actínidos", apunta la científica, explicando que, "en esa serie, tenemos elementos o isótopos que son útiles para la producción de energía nuclear o radiofármacos".
Potencialmente, su investigación también ofrece la posibilidad de explorar lo que está más allá del borde de la tabla periódica y, posiblemente, incluso descubrir nuevos elementos, añade Abergel.
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