Jyväskylän yliopisto mukana ensimmäisessä superraskaan alkuaineen kemiallisen sidoksen mittauksessa
Saksan Darmstadtissa sijaitsevassa GSI/FAIR-kiihdytinlaboratoriossa tutkittiin seaborgiumin (Sg, alkuaine 106) heksakarbonyylikompleksia Sg(CO)₆. Kansainväliseen tutkimukseen osallistui Jyväskylän yliopistosta yliopistotutkija Juha Uusitalo.
Kansainvälisen yhteistyön tuloksena onnistuttiin mittaamaan ensimmäistä kertaa, kuinka vahva kemiallinen sidos on superraskaan alkuaineen ja siihen sitoutuneen molekyylin välillä. Tutkijat havaitsivat, että seaborgiumatomin ja hiilimonoksidiligandin välinen sidos on heikompi kuin alkuaineen sijainnin perusteella jaksollisessa järjestelmässä voisi odottaa.
Superraskaat alkuaineet haastavat jaksollisen järjestelmän ennusteita
Superraskaat alkuaineet, joiden järjestysluku on 104–118, tuotetaan keinotekoisesti hiukkaskiihdyttimissä. Niitä syntyy vain muutamia atomeja päivässä, ja niiden lyhyen eliniän vuoksi niiden kemiallisten ominaisuuksien tutkiminen on erittäin haastavaa.
Näissä alkuaineissa elektronit liikkuvat ytimen läheisyydessä niin nopeasti, että relativistiset ilmiöt vaikuttavat atomien elektronirakenteeseen ja sitä kautta niiden muodostamiin kemiallisiin sidoksiin.
- Jaksollisen järjestelmän perusteella sidoksen voisi odottaa vahvistuvan kromista molybdeenin ja volframin kautta seaborgiumiin. Tutkimuksessa havaittiin kuitenkin päinvastainen ilmiö. Seaborgiumissa sidos heikkenee relativististen vaikutusten seurauksena, selventää Uusitalo.
Tutkijat rekisteröivät yhteensä 75 seaborgiumatomia, joista kolme muodosti heksakarbonyylikompleksin. Tulosten perusteella Sg(CO)₆:n sidoksen lujuuden arvioitiin olevan 4 kJ/mol pienempi kuin vastaavassa volframiyhdisteessä.
Jyväskylän yliopistolla pitkä yhteistyö TASCA-kokeissa
Tutkimus toteutettiin Saksan Darmstadtissa sijaitsevassa monitieteisessä ja kansainvälisessä GSI/FAIR-kiihdytinlaboratoriossa. Koe toteutettiin TASCA-laitteistolla (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus), joka rakennettiin noin 20 vuotta sitten erityisesti superraskaiden alkuaineiden tutkimusta varten.
- TASCA-separaattorin avulla seaborgiumatomit eroteltiin muista reaktiotuotteista ja johdettiin edelleen kemialliseen tutkimukseen, kertoo Uusitalo.
Jyväskylän yliopisto on ollut mukana TASCA-separaattoriin liittyvässä tutkimusyhteistyössä jo sen rakentamisesta lähtien. Jyväskylässä oli tuolloin käytössä vastaavanlainen RITU-kaasutäytteinen rekyyliseparaattori, ja Uusitalo kutsuttiin mukaan konsultoimaan TASCA-projektia Jyväskylässä kertyneen osaamisen pohjalta.
TASCA-separaattorin valmistumisen jälkeen Uusitalo on osallistunut lähes vuosittain sillä tehtyihin kokeisiin. Nyt julkaistu tutkimus on yksi pitkäaikaisen yhteistyön viimeisimmistä tuloksista.
Kansainvälinen yhteistyö vie superraskaiden alkuaineiden tutkimusta eteenpäin
Tutkimus perustuu pitkäjänteiseen kansainväliseen yhteistyöhön. Seaborgiumin heksakarbonyyli Sg(CO)₆ syntetisoitiin ensimmäisen kerran noin kymmenen vuotta sitten, ja se oli ensimmäinen superraskaan alkuaineen karbonyyliluokan yhdiste. Nyt tutkijat pääsivät askeleen pidemmälle ja onnistuivat määrittämään yhdisteen kemiallisen sidoksen vahvuuden.
- Tutkimus osoittaa, mitä pitkäjänteisellä kansainvälisellä yhteistyöllä voidaan saavuttaa. Samalla pääsemme tutkimaan aineen ominaisuuksia jaksollisen järjestelmän äärirajoilla, sanoo Uusitalo.
Tutkijat valmistelevat jo seuraavia kokeita, joissa tavoitteena on tutkia seaborgiumia raskaampien alkuaineiden kemiallisia ominaisuuksia.
Artikkelin tiedot:
-
Linkki artikkeliin: https://www.nature.com/articles/s41586-026-11105-2
-
DOI numero: 10.1038/s41586-026-11105-2
