У плутония нашли седьмую степень окисления
Степень, или состояние, окисления - величина, которая помогает описать число электронов, удаленных из нейтрального (со степенью 0 ) элемента или добавленных к нему с образованием аниона или катиона - отрицательного или положительного состояния окисления соответственно. Оценка доступных для химического элемента степеней окисления позволяет предсказать его химические и физические свойства. При этом до сих пор предполагалось, что большинство состояний окисления, доступных элементам периодической таблицы, было установлено в последние 100 лет.
В 2016 году группа химиков из Калифорнийского университета обнаружила, что степень окисления +2 лантаноидов, а также слаборадиоактивных актиноидов - урана и тория - может быть получена с помощью металлорганических анионов (триметилсилил-замещенных колец), которые облегчают восстановление молекул с катионом металла в степени +3 до молекул с катионом металла в степени +2. Причем в результате такого восстановления лишний электрон заполняет не f-орбиталь, а d-орбиталь, что нехарактерно для актиноидов и лантаноидов.
В новой работе ученые провели схожий эксперимент с менее стабильным радиоактивным плутонием (нуклидом Pu-239). Свойства этого элемента широкого изучались с 1940-х годов в рамках Манхэттенского проекта, и его химия по-прежнему считается одной из самых сложных. В настоящее время известно шесть степеней окисления плутония: 0 (металл), +3, +4, +5, +6, +7 (молекулы). Формально состояние окисления Pu +2 было показано ранее на примере расплавленных солей и газообразной фазы, однако эти результаты не были подтверждены путем дифракции рентгеновских лучей и изоляции молекул трансурановых соединений.
Теперь команда успешно синтезировала и изолировала молекулу, получившую название [K(crypt)][Pu II Cp?? 3], в которой плутоний принял состояние окисления +2. Родительский комплекс Pu II Cp?? 3 был получен путем окисления плутония в металлической фазе с йодом в диэтиловом эфире. Очистка соединения пентаном привела к выходу одиночных кристаллов в объеме примерно 20 процентов, что подтверждалось дифракцией рентгеновских лучей. Готовый продукт в виде порошка синего цвета (в степени +3 вещество имело фиолетовый цвет) был изолирован с выходом 96 процентов. Таким образом, плутоний стал первым актиноидом с самым большим числом подтвержденных состояний окисления. Кроме того, в ходе экспериментов ученые впервые измерили связь Pu-C методом дифракции рентгеновских лучей.
По мнению авторов, открытие имеет важное значение для фундаментальной химии. Помимо прочего, оно указывает на актуальность подобных исследований для науки, несмотря на интерес ученых к более специфическим проблемам. Новые данные помогут лучше понять химические свойства актиноидов, а в долгосрочной перспективе - прояснят возможные способы влияния на процессы окисления и электронную структуру атомов.
