突破性的發現：科學家成功合成不該存在的放射性分子

在重元素化學領域，一項突破性的研究顛覆了長期以來對超鈾元素的認知。由美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的研究團隊發現了「鉳環」（berkelocene），這是首個含有重元素鉳（berkelium）的有機金屬分子。這一發現為理解鉳及其他錒系元素在週期表中的行為提供了新的視角。

有機金屬分子是指金屬離子嵌入碳基框架的結構，這類分子在早期錒系元素（如鈾，原子序數92）中較為常見，但在後期錒系元素（如鉳，原子序數97）中極為罕見。研究團隊首次獲得了鉳與碳之間形成化學鍵的證據，這項成果發表在《科學》期刊上，並由伯克利實驗室化學科學部門的科學家Stefan Minasian等四位共同通訊作者撰寫。

鉳是週期表f區塊中15種錒系元素之一，位於鑭系元素的下方。鉳由核化學先驅Glenn Seaborg於1949年在伯克利實驗室發現，這項成就也為他贏得了1951年諾貝爾化學獎。多年來，伯克利實驗室的重元素化學團隊一直致力於製備錒系元素的有機金屬化合物，因為這些分子通常具有高對稱性，並能與碳形成多個共價鍵，這有助於觀察錒系元素的獨特電子結構。

然而，研究鉳並非易事，因為它具有高度放射性，且全球每年僅能生產極少量的合成鉳。此外，有機金屬分子對空氣極為敏感，甚至可能自燃。只有少數實驗室能夠在保護化合物和操作人員的同時，處理這種高放射性材料與空氣中的氧氣和水分反應的危險性。

為克服這些挑戰，Minasian與共同通訊作者Polly Arnold和Rebecca Abergel組建了一支團隊。在伯克利實驗室的重元素研究實驗室中，他們設計了新的手套箱，用於在無空氣環境下合成高放射性同位素。研究團隊僅使用0.3毫克的鉳-249，進行了單晶X射線衍射實驗，結果顯示鉳原子被夾在兩個8元碳環之間，形成了對稱結構。研究人員將這種分子命名為「鉳環」，因其結構與鈾有機金屬化合物「鈾環」（uranocene）相似。

令人意外的是，電子結構計算顯示，鉳環中心的鉳原子呈現四價氧化態（+4），這與傳統週期表的預期不同。研究人員指出，這一發現為解決核廢料長期儲存和處理問題提供了更精確的模型，並為理解這些迷人元素的行為開啟了新的視窗。

這項研究由美國能源部科學辦公室支援，相關成果已發表於《科學》期刊，DOI為10.1126/science.adr3346。