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Les chimistes créent et capturent l’einsteinium, le 99e élément insaisissable

Les scientifiques ont étudié avec succès einsteinium – l’un des éléments les plus insaisissables et les plus lourds du tableau périodique – pour la première fois depuis des décennies. Cette réalisation rapproche les chimistes de la découverte de la soi-disant «île de stabilité», où certains des éléments les plus lourds et les plus éphémères sont censés résider.

Le département américain de l’énergie a découvert l’einsteinium pour la première fois en 1952 à la suite de la première Bombe à hydrogène tester. L’élément ne se produit pas naturellement sur Terre et ne peut être produit qu’en quantités microscopiques à l’aide de réacteurs nucléaires spécialisés. Il est également difficile à séparer des autres éléments, est hautement radioactif et se désintègre rapidement, ce qui le rend extrêmement difficile à étudier.

Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) de l’Université de Californie, ont récemment créé un échantillon de 233 nanogrammes d’einsteinium pur et ont mené les premières expériences sur l’élément depuis les années 1970. Ce faisant, ils ont pu découvrir pour la première fois certaines des propriétés chimiques fondamentales de l’élément.

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Des scientifiques qui étudient l'einsteinium au Berkeley Lab.

Les scientifiques du laboratoire de Berkeley Jennifer Wacker (de gauche à droite), Leticia Arnedo-Sanchez, Korey Carter et Katherine Shield travaillent dans le laboratoire de chimie de Rebecca Abergel. (Crédit d’image: Marilyn Sargent / Berkeley Lab)

Très difficile à étudier

Les physiciens ne savent presque rien de l’einsteinium.

« C’est difficile à faire juste à cause de son emplacement dans le tableau périodique », a déclaré le co-auteur Korey Carter, professeur adjoint à l’Université de l’Iowa et ancien scientifique au Berkeley Lab, à 45Secondes.fr.

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Comme d’autres éléments de la série des actinides – un groupe de 15 éléments métalliques trouvés en bas du tableau périodique – l’einsteinium est fabriqué en bombardant un élément cible, dans ce cas curium, avec des neutrons et des protons pour créer des éléments plus lourds. L’équipe a utilisé un réacteur nucléaire spécialisé au Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee, l’un des rares endroits au monde où l’on peut fabriquer de l’einsteinium.

Cependant, la réaction est conçue pour faire Californie – un élément commercialement important utilisé dans les centrales nucléaires – et il ne produit donc qu’une très petite quantité d’einsteinium comme sous-produit. Extraire un échantillon pur d’einsteinium à partir de californium est difficile en raison des similitudes entre les deux éléments, ce qui signifie que les chercheurs se sont retrouvés avec seulement un petit échantillon d’einsteinium-254, l’un des isotopes les plus stables, ou versions, de l’élément insaisissable.

« C’est une très petite quantité de matériel », a déclaré Carter. « Vous ne pouvez pas le voir, et la seule façon de le savoir, c’est que c’est grâce à son signal radioactif. »

Cependant, obtenir l’einsteinium n’est que la moitié de la bataille. Le problème suivant est de trouver un endroit pour le garder.

Einsteinium-254 a une demi-vie de 276 jours – le temps pour la moitié du matériau de se décomposer – et se décompose en berkelium-250, qui émet un rayonnement gamma très dommageable. Des chercheurs du laboratoire national Los Alamos au Nouveau-Mexique ont conçu un porte-échantillon spécial imprimé en 3D pour contenir l’einsteinium et protéger les scientifiques du Berkeley Lab de ce rayonnement.

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Cependant, la désintégration de l’élément a également créé d’autres problèmes pour les chercheurs.

« Il se décompose constamment, donc vous perdez 7,2% de votre masse chaque mois en l’étudiant », a déclaré Carter. « Vous devez en tenir compte lorsque vous planifiez vos expériences. »

L’équipe de Berkeley Lab avait l’habitude de traiter d’autres éléments à courte demi-vie. Même ainsi, l’équipe a commencé son travail juste avant l’épidémie du COVID-19 pandémie, ce qui signifie qu’ils ont perdu un temps précieux et n’ont pas pu terminer toutes les expériences prévues.

Des résultats surprenants

La principale conclusion de l’étude était la mesure de la longueur de la liaison einsteinium – la distance moyenne entre deux les atomes – une propriété chimique fondamentale qui aide les scientifiques à prédire comment il interagira avec d’autres éléments. Ils ont constaté que la longueur de la liaison de l’einsteinium va à l’encontre de la tendance générale des actinides. C’est quelque chose qui avait été théoriquement prédit dans le passé, mais qui n’a jamais été prouvé expérimentalement auparavant.

Comparé au reste de la série des actinides, l’einsteinium luminesce également très différemment lorsqu’il est exposé à la lumière, ce que Carter décrit comme «un phénomène physique sans précédent». D’autres expériences sont nécessaires pour déterminer pourquoi.

La nouvelle étude « jette les bases pour pouvoir faire de la chimie sur de très petites quantités », a déclaré Carter. « Nos méthodes permettront à d’autres de repousser les limites en étudiant d’autres éléments de la même manière. »

Les recherches de l’équipe pourraient également faciliter la création d’einsteinium à l’avenir. Dans ce cas, l’einsteinium pourrait potentiellement être utilisé comme élément cible pour la création d’éléments encore plus lourds, y compris des éléments non découverts comme l’élément hypothétique 119, également appelé ununennium. L’un des objectifs ultimes de certains chimistes serait de découvrir ensuite des éléments super-lourds hypothétiques qui ont des demi-vies de minutes voire de jours – ce qui signifie qu’ils «vivent» sur cet îlot de stabilité – par rapport aux microsecondes tout au plus pour les demi-vies de autres éléments lourds.

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L’étude a été publiée en ligne le 3 février dans la revue La nature.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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