“No se sabe mucho sobre el einstenio”: descubren propiedades inesperadas de este elemento químico

Las primeras mediciones del einstenio, el elemento 99 de la tabla periódica excepcionalmente radiactivo descubierto en 1952, ha revelado propiedades inesperadas, descritas en la revista ‘Nature’.

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El LBNL (Lawrence Berkeley National Laboratory) descubrió este elemento a partir de los restos de la primera bomba de hidrógeno, pero los científicos han realizado muy pocos experimentos con él porque es muy difícil de crear y es excepcionalmente radiactivo.

Ahora, un equipo de químicos de este mismo laboratorio ha superado estos obstáculos para informar del primer estudio que caracteriza algunas de sus propiedades, abriendo la puerta a una mejor comprensión de los restantes elementos transuránicos de la serie de los actínidos.

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El estudio ha sido codirigido por la científica del Laboratorio de Berkeley Rebecca Abergel y el científico del Laboratorio Nacional de Los Álamos Stosh Kozimor, y en él han participado científicos de ambos laboratorios, de la Universidad de California en Berkeley y de la Universidad de Georgetown, varios de los cuales son estudiantes de posgrado y becarios postdoctorales.

Con menos de 250 nanogramos del elemento, el equipo midió por primera vez la distancia de enlace del einstenio, una propiedad básica de las interacciones de un elemento con otros átomos y moléculas.

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“No se sabe mucho sobre el einstenio”, recuerda Abergel, que dirige el grupo de Química de Elementos Pesados del Laboratorio de Berkeley y es profesor adjunto del departamento de Ingeniería Nuclear de la UC Berkeley.

“Es un logro notable que hayamos podido trabajar con esta pequeña cantidad de material y hacer química inorgánica -resalta-. Es significativo porque cuanto más comprendamos su comportamiento químico, más podremos aplicar esta comprensión para el desarrollo de nuevos materiales o nuevas tecnologías, no necesariamente sólo con el einstenio, sino también con el resto de los actínidos. Y podemos establecer tendencias en la tabla periódica”.

Abergel y su equipo utilizaron instalaciones experimentales de las que no se disponía hace décadas, cuando se descubrió el einstenio: la Molecular Foundry del Berkeley Lab y la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) del SLAC National Accelerator Laboratory, ambas instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE, para realizar experimentos de espectroscopia de luminiscencia y de absorción de rayos X.

Pero primero, conseguir la muestra en una forma utilizable fue casi la mitad de la batalla. “Todo este trabajo es una larga serie de acontecimientos desafortunados”, señala con ironía.

El material se fabricó en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, uno de los pocos lugares del mundo capaces de producir einstenio, lo que implica bombardear objetivos de curio con neutrones para desencadenar una larga cadena de reacciones nucleares. El primer problema que encontraron fue que la muestra estaba contaminada con una cantidad significativa de californio, ya que fabricar einstenio puro en una cantidad utilizable es extraordinariamente difícil.

Así que 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 las técnicas de investigación específicas de cada elemento. Los investigadores de Los Álamos prestaron una ayuda fundamental en este paso diseñando un soporte de muestras especialmente adaptado a los retos intrínsecos del einstenio.

A continuación, la lucha contra la desintegración radiactiva fue otro reto. El equipo del Laboratorio de Berkeley realizó sus experimentos con einstenio-254, uno de los isótopos más estables del elemento. Tiene una vida media de 276 días, que es el tiempo que tarda la mitad del material en desintegrarse.

Aunque el equipo pudo llevar a cabo muchos de los experimentos antes de la pandemia de coronavirus, tenía planes para realizar experimentos de seguimiento que se vieron interrumpidos por los paros relacionados con la pandemia. Cuando pudieron volver a su laboratorio el verano pasado, la mayor parte de la muestra había desaparecido.

Aun así, los investigadores pudieron medir una distancia de enlace con el einstenio y también descubrieron un comportamiento físico-químico diferente del que cabría esperar de la serie de los actínidos, que son los elementos de la fila inferior de la tabla periódica.

“Determinar la distancia de enlace puede no parecer interesante, pero es lo primero que se quiere saber sobre cómo se une un metal a otras moléculas. ¿Qué tipo de interacción química va a tener este elemento con otros átomos y moléculas?”, se pregunta Abergel.

Una vez que los científicos tienen esta imagen de la disposición atómica de una molécula que incorpora einstenio, pueden tratar de encontrar propiedades químicas interesantes y mejorar la comprensión de las tendencias periódicas.

“Al obtener este dato, conseguimos una comprensión mejor y más amplia de cómo se comporta toda la serie de actínidos. Y en esa serie, tenemos elementos o isótopos que son útiles para la producción de energía nuclear o de radiofármacos”, resalta.

Esta investigación también ofrece la posibilidad de explorar lo que hay más allá del borde de la tabla periódica, y posiblemente descubrir un nuevo elemento.

“Estamos empezando a entender un poco mejor lo que ocurre hacia el final de la tabla periódica, y lo siguiente es que también se podría imaginar un objetivo de einstenio para descubrir nuevos elementos”, señala Abergel.

“Al igual que los últimos elementos descubiertos en los últimos 10 años, como la tennessina -continúa-, que utilizó un blanco de berkelio, si se pudiera aislar suficiente einsteinio puro para hacer un blanco, se podría empezar a buscar otros elementos y acercarse a la (teórica) isla de estabilidad”, donde los físicos nucleares han predicho que los isótopos pueden tener vidas medias de minutos o incluso días, en lugar de las vidas medias de microsegundos o menos que son comunes en los elementos superpesados.

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