(c) Graphicstock

Chemie Berkelia: dokázáno oxidační číslo IV

Symbióza kvantových chemiků s experimentátory. Nový algoritmus umožnil efektivní výpočet absorpčních spekter, a podpořil tak závěry experimentu s Berkeliem.

Kvantový chemik Jiří Brabec z Oddělení teoretické chemie Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR přispěl pomocí nového algoritmu umožňujícího efektivní výpočet absorpčních spekter k ucelenějšímu pochopení chemických vlastností transuranových prvků vyskytujících se při jaderném štěpení, ať už v reaktorech nebo při atomovém výbuchu.

Prakticky všechny chemické (a tedy i biologické) procesy probíhají přes excitované stavy molekul. Jejich správný popis je tak esenciální pro pochopení drtivé většiny všeho, co se v přírodě odehrává. Teoretická kvantová chemie v současné době nabízí celou řadu metod, z nichž jednou z nepopulárnějších je time-dependent density functional theory (TDDFT). Ačkoliv je ve srovnání s jinými metodami sama o sobě nepříliš výpočetně náročná, studium skutečně velkých komplexů o stovkách nebo tisících atomech je velkou výzvou. Zvláště, pokud pro výpočet absorpčního spektra v daném regionu (například UV/VIS) se nacházejí stovky nebo i více excitovaných stavů. Pro takový výpočet již nepřicházejí v úvahu standardní algoritmy, a tak přichází na řadu aproximativní techniky.

Jiří Brabec vyvinul během své postdoktorální stáže ve skupině Chao Yanga v Berkeley National Laboratory symetrický Lanczos algoritmus pro výpočet absorpčních spekter velkých molekul, který dále zefektivnil a paralelně naimplementoval programu NWChem. Tento algoritmus aproximuje původní problém pomocí postupné konstrukce redukovaného modelu, který je výpočetně mnohem levnější, a zároveň umožňuje flexibilně stanovit kritérium, kdy je rozlišení počítaného aproximativního spektra již dostatečné. Díky němu se podařilo podpořit experimentální závěry i z pohledu teorie, což by bez tohoto algoritmu a na dané úrovni bylo náročné nebo dokonce nemožné.

Transurany jsou prvky, které následují v periodické tabulce za uranem, přičemž ty lehčí z nich vznikají běžně při provozu reaktorů v jaderných elektrárnách. Berkelium je hraniční případ, protože ačkoliv již patří mezi těžší transurany, množství, v jakém může vzniknout při jaderném štěpení, není nezanedbatelné. Zároveň je chemie Berkelia značně neprobádaná oblast, a to kvůli jeho silné radioaktivitě a krátkému poločasu rozpadu. Bk je také jediný transuranový prvek, u kterého byl předpovězen výskyt oxidačních stavů jak +III tak +IV v roztoku, avšak dokázat výskyt ve stavu +IV se doposud nepodařilo. Pochopení chemických vlastností, vlivu na organismy a toxicity, je velmi důležité například pro vývoj metod jak provádět dekontaminace, sanace nebo izolace všech těchto radioaktivních prvků.

Experimentální výzkum, který je stěžejním v publikované práci, inicializovala skupina Rebbecy J. Abergel z prestižní Lawrence Berkeley National Laboratory. Zabývá se koordinační chemií těžkých prvků a studuje mimojiné metabolické účinky komplexů lanthanoidů a aktinoidů. Připravili komplex Bk za mírných podmínek ve vodném roztoku, u kterého naměřili absorpční spektrum i provedli hmotnostní spektrometrii. Teoretické výpočty absorpčních spekter ve VIS oblasti komplexů dalších lanthanoidů a aktinoidů v oxidačních stavech M(III) a M(IV) realizované Jiřím Brabcem pak ukázaly, že ty s M(III) vykazují posun absorpčního maxima oproti M(IV) k větším vlnovým délkám. Z naměřené pozice absorpčního maxima Bk komplexu vůči Pu(IV) a Am(III) pak konzistentně s výpočty vyplývá, že připravený komplex obsahuje Bk ve stavu +IV, což bylo podpořeno i výsledky z hmotnostní spektrometrie.

PUBLIKOVÁNO ONLINE: Nature Chemistry – 10. 04. 2017 | DOI: 10.1038/NCHEM.2759
“Chelation and stabilization of berkelium in oxidation state +IV”
Gauthier J.-P. Deblonde, Manuel Sturzbecher-Hoehne, Peter B. Rupert, Dahlia D. An, Marie-Claire Illy, Corie Y. Ralston, Jiri Brabec, Wibe A. de Jong, Roland K. Strong and Rebecca J. Abergel

Tisková zpráva Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR

Naděje pro pacienty s Huntingtonovou nemocí

Genová terapie byla demonstrována na speciálně vyšlechtěných miniaturních prasatech. Vektorem je virus píchaný do mozku. …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close