プロメチウム結合:レアアース元素の秘密が明らかに(Promethium bound: Rare earth element’s secrets exposed)

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2024-05-22 オークリッジ国立研究所(ORNL)

オークリッジ国立研究所(ORNL)の科学者チームが、80年前に発見された希土類元素プロメチウムの特性を解明しました。プロメチウムは、医療研究や長寿命の核電池に使用されていますが、特性が不明な部分が多く残っていました。ORNLチームは、プロメチウムの化学複合体を初めて溶液中で特性評価し、その詳細な特性を明らかにしました。研究は『Nature』誌に発表され、この発見は希土類元素の研究において重要な進展を示し、化学の教科書を書き換える可能性があります。また、プロメチウムの分離技術の改善にも寄与することが期待されています。

<関連情報>

溶液中のプロメチウム錯体の観察 Observation of a promethium complex in solution

Darren M. Driscoll,Frankie D. White,Subhamay Pramanik,Jeffrey D. Einkauf,Bruce Ravel,Dmytro Bykov,Santanu Roy,Richard T. Mayes,Lætitia H. Delmau,Samantha K. Cary,Thomas Dyke,April Miller,Matt Silveira,Shelley M. VanCleve,Sandra M. Davern,Santa Jansone-Popova,Ilja Popovs & Alexander S. Ivanov
Nature  Published:22 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07267-6

プロメチウム結合:レアアース元素の秘密が明らかに(Promethium bound: Rare earth element’s secrets exposed)

Abstract

Lanthanide rare-earth metals are ubiquitous in modern technologies1,2,3,4,5, but we know little about chemistry of the 61st element, promethium (Pm)6, a lanthanide that is highly radioactive and inaccessible. Despite its importance7,8, Pm has been conspicuously absent from the experimental studies of lanthanides, impeding our full comprehension of the so-called lanthanide contraction phenomenon: a fundamental aspect of the periodic table that is quoted in general chemistry textbooks. Here we demonstrate a stable chelation of the 147Pm radionuclide (half-life of 2.62 years) in aqueous solution by the newly synthesized organic diglycolamide ligand. The resulting homoleptic PmIII complex is studied using synchrotron X-ray absorption spectroscopy and quantum chemical calculations to establish the coordination structure and a bond distance of promethium. These fundamental insights allow a complete structural investigation of a full set of isostructural lanthanide complexes, ultimately capturing the lanthanide contraction in solution solely on the basis of experimental observations. Our results show accelerated shortening of bonds at the beginning of the lanthanide series, which can be correlated to the separation trends shown by diglycolamides9,10,11. The characterization of the radioactive PmIII complex in an aqueous environment deepens our understanding of intra-lanthanide behaviour12,13,14,15 and the chemistry and separation of the f-block elements16.

0501セラミックス及び無機化学製品
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