Voor het eerst is het gelukt om vierwaardige berkeliumionen in oplossing te stabiliseren met organische liganden. Mogelijk levert het een methode op om dit element af te scheiden uit nucleair afval, schrijven onderzoekers van Berkeley Lab in Nature Chemistry.

Het bevestigt theoretische voorspellingen dat berkelium (Bk, atoomnummer 97, en ooit voor het eerst aangetoond in Berkeley) zich chemisch duidelijk anders gedraagt dan andere actiniden. Volgens een persbericht is dat niet meer dan terecht want ‘Berkeley, California, has a reputation for doing things differently’.

Met dat berkelium zijn tot nu toe weinig chemische experimenten gedaan. Er bestaan redelijk stabiele isotopen van, maar die zijn moeilijk te fabriceren. De enige isotoop waarvan je redelijke hoeveelheden kunt maken is ²⁴⁹Bk, maar de halfwaardetijd hiervan is met 330 dagen aan de korte kant. Als je zonodig onderzoek naar actinidenchemie wilt doen, bestaan er veel stabielere isotopen van americium, curium en californium die je gemakkelijker in handen krijgt en waarmee het prettiger werken is.

Voor al de genoemde elementen geldt dat ze in water voornamelijk voorkomen als driewaardig ion, en dat het heel lastig is om ze verder te oxideren. Berkelium is de enige in het rijtje waarmee dat überhaupt een beetje lukt. Alleen had je er tot nu toe zeldzaam sterke oxidatoren voor nodig in een sterk zuur medium, en als je de gevormde Bk⁴⁺-verbindingen daar uit haalde was het een kwestie van uren voordat je gewoon weer Bk³⁺ had.

In Berkeley hebben ze nu voor het eerst een manier bedacht om Bk⁴⁺ direct na de vorming als zodanig te stabiliseren. Ze creëerden een organisch molecuul met vier 1-hydroxypyridine-2-on-groepen dat zowel drie- als vierwaardige ionen van zware metalen in de tang neemt maar daarbij een zeer grote voorkeur heeft voor de vierwaardige. Als je het zo aanpakt heb je de sterke oxidatoren en zuren niet meer nodig. Het is voldoende om Bk³⁺ een heel zacht elektrochemisch zetje te geven: zodra het in Bk⁴⁺ verandert, blijft het ook Bk⁴⁺.

Zulke actiniden ontstaan onder meer als nevenproduct in kernreactoren. Chemisch gezien lijken ze zo veel op elkaar dat ze heel moeilijk van elkaar zijn te scheiden, maar met het nieuwe ligand kun je berkelium er mogelijk apart uit krijgen. De auteurs denken daarbij aan een tweestapsproces.

De eerste stap maakt gebruik van een menselijk eiwit genaamd siderocaline dat normaal gesproken Fe³⁺-houdende verbindingen bindt. In de mens komt het gewoonlijk geen complexen van zwaardere driewaardige metaalionen tegen, maar in de praktijk blijkt het die wel te binden zolang het ion maar driewaardig is. De combinatie van ligand en Bk⁴⁺ herkent het niet, wat volgens de auteurs extra bewijs is dat ze inderdaad Bk⁴⁺ hebben gestabiliseerd. En daar kun je dus gebruik van maken om dat Bk⁴⁺ te scheiden van alle driewaardige ionen in het afval.

Bk⁴⁺ afscheiden van vierwaardige ionen zoals Pu⁴⁺, Ce⁴⁺ en Zr⁴⁺, die ook in nucleair afval plegen te zitten en eveneens door het nieuwe ligand worden gebonden, zou daarna een kwestie moeten zijn van klassieke vloeistofchromatografie - volgens de auteurs komen alle complexen apart uit de kolom.

bron: Berkeley Lab