Il berkelocene è la nuova molecola che può offrire nuove soluzioni per la gestione delle scorie nucleari

Un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory è riuscito a sintetizzare una nuova molecola: si tratta del berkelocene, che rimette in discussione le aspettative teoriche su come il carbonio si lega agli elementi metallici pesanti e prepara il terreno allo studio di nuove modalità di gestione delle scorie nucleari. L'esperimento condotto dai ricercatori ha mostrato la possibilità di sintetizzare una molecola cosiddetta organometallica, cioè in cui uno ione metallico è racchiuso in una struttura a base di carbonio, usando per la prima volta il berkelio: "La scoperta fornisce una nuova comprensione di come il berkelio e altri attinidi si comportano rispetto ai loro simili nella tavola periodica.

Il berkelio è stato scoperto nel 1949 dal chimico Glenn Seaborg presso l'Università della California a Berkeley. Si tratta di un elemento sintetico, cioè non presente in natura e creato in laboratorio bombardando americio (un altro elemento sintetico a sua volta, dal bombardamento di plutonio con neutroni) con particelle alfa. Dalla sua scoperta, la produzione totale di berkelio - la maggior parte resso l'Oak Ridge National Laboratory in Tennessee - è di poco più di un grammo. Per l'esperimento al Berkeley Lab sono stati utilizzati appena 0,3 microgrammi di berkelio, maneggiati tramite una scatola a guanti per combinarlo con una molecola organica composta da carbonio e idrogeno.

La sintesi della nuova molecola di berkelocene è stata effettuata nelle scorse settimane, ma tutto il lavoro preparatorio nasce ben prima, quasi un anno fa poiché i ricercatori hanno avuto solo 48 ore per condurre gli esperimenti prima che il campione di berkelio diventasse inutilizzabile a causa della sua elevata instabilità. Ad aumentare la difficoltà c'è il non trascurabile dettaglio che le molecole organometalliche sono estremamente sensibili all'aria e possono essere piroforiche, cioè possono incendiarsi spontaneamente a temperatura ambiente. 

La struttura a sandwich del berkelocene - Fonte: Berkeley Lab

I primi composti metallorganici furono sintetizzati già alla fine del 19esimo secolo, ma è il ferrocene, uno ione ferro racchiuso tra due anelli di carbonio, ottenuto in maniera casuale nel 1951 durante un esperimento che aveva tutt'altri scopi, ad essere il capostipite delle cosiddette strutture a sandwich. Nei decenni successivi sono stati realizzati numerosi composti analoghi, arrivando anche alla sintesi di composti metallorganici con elementi radioattivi come l'uranio. E anche il berkelocene è caratterizzato da una struttura a sandwich, in cui un atomo di berkelio si trova al centro di due anelli di carbonio.

C'è un particolare interesse nella realizzazione di composti organometallici a partire da elementi radioattivi, poiché generalmente questo tipo di molecole sono adatte per lo studio delle strutture elettroniche uniche degli attinidi (gli elementi radioattivi del x gruppo della tavola periodica degli elementi) dal momento che sono caratterizzate da simmetria elevata in una struttura con molteplici legami covalenti con il carbonio.

L'interesse per la combinazione di elementi radioattivi con molecole organiche affonda le sue radici nelle ricerche condotte durante il Progetto Manhattan, per gli scopi che tutti conosciamo, ma più recentemente, uno studio pubblicato su Science ha evidenziato il potenziale di queste combinazioni per migliorare la stabilità ambientale delle scorie nucleari, grazie alla capacità di legare gli attinidi in forme chimiche più stabili. In questo contesto, la sintesi del berkelocene rappresenta un passo significativo, poiché offre l'opportunità di approfondire proprio la comprensione del comportamento degli attinidi e di sviluppare soluzioni più efficaci per la gestione sicura e sostenibile dei rifiuti nucleari.