Prvikrat pridelali dovolj ajnštajnija za resno kemijsko analizo

Slo-Tech - Periodni sistem resda vsebuje 118 elementov, a za najtežje poznamo le ime, če malce pretiravamo. Svinec je zadnji stabilen element, sledi pa mu 36 radioaktivnih elementov, ki razpadajo. Nekateri so za vse praktične namene stabilni, denimo bizmut, drugi so dovolj dolgoživi, da jih še vedno najdemo v zemeljski skorji (npr. uran), tretje sicer pridelamo umetno, a so dovolj dolgoživi, da jih lahko podrobno analiziramo. Četrta skupina pa so elementi, s katerimi se ukvarjajo zgolj fiziki, ne pa kemiki. Elementi, ki razpadejo v delcu sekunde in katerih več kot prgišče atomov še nismo imeli na kupu, so še vedno velika uganka. Nihče namreč ne ve zagotovo, kakšne makroskopske lastnosti imajo: so plinasti, tekoči ali trdni, kakšno kristalno strukturo zavzamejo, koliko je njihova gostota, kakšne barve so itd. Seznam slednji se je malce zmanjšal, saj smo po 69 letih naposled dobili več podatkov o ajnštajniju, ki je nekje vmes med tretjo in četrto skupino.

Prvikrat smo ajnštajnij proizvedli leta 1952, ko je nad otokom Elugelab razneslo prvo pravo vodikovo bombo. Izotop 254 ima razpolovno dobo 275 dni, zato ga je seveda možno raziskovati, ne moremo pa ga dolgoročno hraniti (in tudi ne pričakovati naravnih nahajališč). A glavni problem ni bila dolgoživost, temveč težavnost proizvodnje. Ajnštajnij proizvajajo v Nacionalnem laboratoriju v Oak Ridgeu v tamkajšnjem reaktorju (High Flux Isotope Reactor) kot stranski produkt pri proizvodnji kalifornija-252. Ta je prav tako radioaktiven, a ima komercialno uporabnost (ker je izjemno dober vir nevtronov). Ajnštajnij pa razen akademske vrednosti (še?) ni uporaben.

Večino informacij o ajnštajniju so pridobili s sklepanjem, da je po lastnostih med prehodnimi elementi in lantanidi. Sam je aktinid. Doslej so pripravili že nekaj enostavnih anorganskih spojin, denimo okside in halide (soli halogenov), ki so jim uspeli izmeriti nekaj optičnih lastnosti in parametre celice (kristalno rešetko in gostoto). V raztopinah so pripravili tudi preproste koordinacijske spojine (s kloridi, hidroksidi, sulfati in tiocianati) in kelatne spojine, denimo z EDTA. Več o kemizmu pa niso vedeli, sklepati pa tudi ni preprosto, saj ni jasno niti to, katero oksidacijsko najraje zavzame (+2 kot manjši ali +3 kot večji aktinidi) - sedaj vemo, da +3. Ima tudi še nekaj drugih lastnosti, zaradi katerih so napovedi nehvaležne (visoka Lewisova kislost, majhen polmer, veliko nesparjenih f elektronov).

Najnovejši članek v Nature opisuje lastnosti ajnštajnijevih kompleksov, za kar so raziskovalci uporabili 200 nanogramov elementa - to je 300-krat manj od mase zrna soli. Dosežek je pomemben zato, ker je doslej veljalo, da je treba imeti za tovrstne študije vsaj 1000 nanogramov materiala. Ajnštajnij je najtežji (ali pa zadnji) element, ki ga lahko proizvedemo v zadostnih količinah za makroskopske študije. V konkretnem primeru so raziskovalci proučevali kompleks med ajnštajnijem-254 in kelatnim sredstvom na osnovi hidroksipiridinona (3,4,3-LI(1,2-HOPO), ki se na kovinske elemente veže osemkrat). Sredstva za kelacijo tvorijo močne komplekse s kovinskimi ioni s pomočjo koordinativne vezi (kjer oba elektrona v vez prispeva ligand).

O ajnštajniju smo že vedeli, da je mehka, srebrnobela paramagnetna kovina. Sedaj pa so s spektroskopskimi meritvami (rentgenski spekter, luminiscenca, XANES in EXAFS) izmerili dolžino vezi in nekatere druge fizikalne lastnosti, denimo pomik trakov v absorpcijskem spektru k nižjim valovnim dolžinam (hipskokromni premik). Vse to kaže, da je v ajnštajniju spin-orbitalna sklopitev srednje močna, j-j sklopitev pa močnejša od Russell-Saundersove. Kaj to pomembni v praksi? Rezultati so pomeni, ker so doslej te lastnosti lahko le napovedovali po analogiji iz lažjih elementov in izračunov, ki so v tem primeru kazali na batokromni premik in večjo dolžino vezi. Težji elementi se torej lahko obnašajo drugače od pričakovanj oziroma ekstrapolacij.