德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家已对锕系元素(包括钚)的化学性质进行了四十余年研究。这些元素在放射性废物安全处置中发挥着重要作用。在近期与卡尔斯鲁厄联合研究中心(Joint Research Center Karlsruhe)开展的一项联合研究中,KIT研究人员在钚(VI)(钚的一种化学形态)的研究方面取得了重要进展。
KIT核废物管理研究所的大卫·费尔豪尔博士(David Fellhauer)解释称,研究人员研究了溶解的钚化合物在不同pH值下的行为。在水溶液中,含三个钚原子的配合物占主导地位。在强碱性条件下,这些配合物在数天内形成了小晶体,如研究人员现已能够解析其结构。
Pu₆₀——纳米级足球
费尔豪尔指出,研究过程中发现了两种类型的晶体,它们由球形笼状单元组成,其中60个钚原子通过氧原子连接。这些Pu₆₀簇是已知最大的钚笼状化合物。
其几何形状尤其引人注目:原子的排列对应于截顶十二面体,这是结构化学中一种罕见的几何形状。这使它们与著名的碳分子C₆₀显著不同,后者也呈球形,类似足球。
这一新发现为锕系元素化学提供了重要见解。同时,它也解开了一个数十年前的谜团:早在曼哈顿计划(Manhattan Project)期间,研究人员就已观察到类似的晶体。然而,受限于当时的分析方法,其结构无法被确定。直到现在,KIT团队才为这一发现提供了明确的解析。