Новая степень окисления плутония

Популярную в Интернете картинку, демонстрирующую цвета соединений плутония в различных степенях окисления, теперь можно считать неполной

Элемент № 94 получили 75 лет назад. Его назвали плутонием в честь Плутона, поскольку думали, что это последний элемент Периодической системы, а Плутон — последняя планета Солнечной системы. В наши дни Плутон уже не планета, а за плутонием в таблице Менделеева расположились еще две дюжины элементов, но элемент № 94 до сих пор преподносит приятные сюрпризы. Исследователи из Университета Калифорнии в Ирвине получили его соединение со степенью окисления +2 («Journal of the American Chemical Society», 2017, 139, 11, 3970—3973, doi: 10.1021/jacs.7b00706). Руководитель работы Стош Козимор заявляет, что это открытие, пополнившее и без того обширный перечень степеней окисления элемента № 94, делает его чемпионом среди актиноидов по этому показателю.

До недавнего времени для плутония было известно шесть степеней окисления: 0 (простое вещество, металлический плутоний) и вещества со степенями окисления +3, +4, +5, +6 и +7. Теперь мы можем говорить о седьмой степени окисления, +2. Хотя существование такой формы плутония убедительно доказано, некоторые специалисты по химии актиноидов еще сомневаются в ее реальности — настолько неожиданным было ее получение.

Следует отметить, что для Козимора и его коллег открытие не было неожиданным — в качестве отправной точки они выбрали работы профессоров Уильяма Эванса и Филиппа Фэрче, ранее продемонстрировавших возможность получения производных лантаноидов, урана и тория, в которых металлы проявляют степень окисления +2. (Кстати, Эванс и Фэрче были соавторами и той работы, о которой мы рассказываем в этой заметке.) Чтобы получить производные этих металлов с не очень привычными для них степенями окисления, они использовали соли, в которых степень окисления металла равнялась +3. Оказалось, что органические лиганды, окружающие металлы, обеспечивают возможность восстановления еще на один электрон, от (+3) до (+2). При этом электрон, что необычно для урана и тория, заселялся не на f-, а на d-орбиталь. Исследователи из Ирвина решили использовать уже оправдавший себя подход для работы с еще более радиоактивным, чем уран или торий, нуклидом ²³⁹Pu.

Новое соединение плутония со степенью окисления +2

Установив строение соединения, содержащего плутоний в степени окисления +2, ученые провели его квантово-химическое исследование. Результаты расчетов позволяют говорить о том, что, в отличие от аналогичных по строению производных урана и тория, электрон в производном плутония расположен не на d-, а на f-орбитали.

Результат исследования можно считать важным шагом к пониманию тенденций изменения химических свойств актиноидов, а затем и направленному синтезу их производных. Последнее особенно важно для хранения и регенерации отработанного ядерного топлива. Козимор подчеркивает, что, несмотря на все технические сложности, возникающие при работе с радиоактивными трансурановыми элементами (небольшое количество образцов для экспериментов, особые требования охраны труда), они с коллегами надеются открыть новые молекулы, содержащие трансурановые элементы в степени окисления +2.