一种不寻常的放射性锝氧化物在50年后揭示了它的秘密

科技红

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科技红凝结后形成红色油性液体

科技红是一种神秘的锝化合物,半个世纪以来一直未被鉴定,目前已通过化学探测工作和计算机建模被鉴定出来。这种分子不寻常的化学性质可能解释了为什么它被证明如此难以揭开。1

至少从20世纪60年代开始,核化学家就一直在研究一种挥发性的红色锝氧化物——Tc,一种放射性金属。2“每个人似乎都不小心做过几次这样的事情,”他说基思•劳勒他是美国内华达大学拉斯维加斯分校的博士后研究员。尽管这种泄露信息的色调使科技红色很容易被发现,但在过去的几十年里,它一直没有被发现。Tech red拒绝形成晶体,因此不能用晶体学方法进行研究,而锝的放射性是研究其化合物的固有障碍。“能够处理大量锝的实验室屈指可数,而除了简单的表征技术之外,拥有其他技术的实验室就更少了,”他解释道约翰事务所他在美国华盛顿州立大学研究放射性物质。

我们对锝的不了解不仅仅是对一种元素的不了解,而是我们对相当一部分过渡金属的理解存在漏洞

保罗·福斯特,内华达大学拉斯维加斯分校

2017年,劳勒是一个研究锝氧化物的团队的一员,该研究排除了许多已知化合物作为科技红的基础。3.他说:“很难说我们尝试了每一种可能性,但我们认为我们已经尽了最大努力,但没有任何一种可能性接近我们。保罗•福斯特他是UNLV的化学家,也参与了这个项目。研究结果缩小了其可能氧化态等属性的范围,并证实了科技红的奇特特征。澳门万博公司例如,它会形成一种红色的油,这表明它具有紧密结合的聚合物或离子结构,但它比众所周知的氧化物Tc更容易蒸发2O7,这句话的意思恰恰相反。

科技红色结构

来源:©英国皇家&#万博代理28595;门万博官网化学学会

一个氧连接两个TcO3.三角形

嫌疑人减少了,线索增多了,利用现代计算化学技术,劳勒、福斯特和他们的同事们启动了一个项目,对科技红的所有可能成分进行建模。计算结果高精度地预测了不同化合物的颜色,而候选化合物的化学性质和其他性质则是从它们的电子结构推断出来的。最后有一个可能的候选人:Tc2O5,以两个TcO的形式3.共用一个氧原子的三角形。

颜色编码

Tc2O5有一种不同寻常的化学成分,很好地符合科技红的特性。福斯特说:“当我第一次看到这个分子的几何结构时,它并没有很好的化学意义。”“我看得越多,就越意识到它比我最初想象的更明智。“导致分子弯曲的Tc-Tc键的电子与分子吸收绿光时被激发的电子是一样的。”未配对的电子让邻近的Tc2O5分子之间很容易结合,形成复杂而稳定的延伸结构,这可能是红油的候选者。分子排列的巨大多样性阻碍了规则晶体结构的形成。矛盾的是,正是这种反应性也产生了Tc2O5容易蒸发,如Tc2O5分子可以配对形成非常稳定的二聚体,这种二聚体与其他物质的结合程度要小得多。

自然跃迁轨道的两个最大振幅成分的510 nm激发

来源:©英国皇家&#万博代理28595;门万博官网化学学会

红色源于d→d类跃迁,其中σ型轨道与氧p轨道有足够的重叠,从而避免了偶极禁跃迁

鉴定技术红为Tc2O5解决了一个长期以来的谜团,并为锝的化学性质提供了新的见解,但它也可能具有实际意义。锝是再处理核燃料和生产武器用钚的废料,其半衰期超过20万年。处理这些废物的一种很有前途的方法是将它们转化为玻璃,在温度下,科技红等挥发性化合物可以蒸发。实际上,化学反应可能更加复杂。“这些废液将与以硅砂和硼酸为主要成分的各种添加剂混合在一起。Dong-Sang金他是美国太平洋西北国家实验室玻璃和核废料处理方面的研究人员,因此挥发性产品可能有显著不同。

该团队希望在更大范围内研究tech red和其他锝氧化物,除了探索关于这种金属的基本科学问题外,其实际影响可以变得更加清晰。在元素周期表中,锝本身是一个异常值。福斯特说:“我们对锝的不了解不仅仅是对一种元素的不了解,而是我们对相当一部分过渡金属的理解存在漏洞。”“这是一种奇特的化学,我愿意从更基本的角度来看待它。”