「有機金屬三明治」聽起來是否令人垂涎？在「超鈾元素」（berkelium）首次被發現後75年的今天，科學家成功合成了含有此元素的有機金屬分子（organometallic molecule）。一項最新研究顯示，該錒系元素（actinides）的電子特性與科學家先前已知的鑭系元素（lanthanides）有所不同，這一發現不僅顛覆了既有認知，更為深入理解超鈾元素的原子行為提供了新視角。這些知識對於解決核廢料儲存與修復等現實問題具有重要意義。
1949年12月，加州大學柏克萊分校化學家格倫西博格（Glenn Seaborg）與史丹利湯普森（Stanley Thompson）及阿爾伯特吉奧索（Albert Ghiorso）合作，在迴旋加速器中以氦核轟擊僅於五年前發現的錒系元素鋂（americium）同位素，成功創造出一種全新元素——鉳。這個以柏克萊分校命名的新元素，成為西博格探索超鈾元素（transuranium，即原子序數高於92的元素）的重要里程碑，並最終促成他於1951年榮獲諾貝爾獎。
鉳元素的突破性研究
然而，這僅是鉳元素神奇故事的開端。如今，時隔75年，由發現該元素的同一機構——美國能源部勞倫斯柏克萊國家實驗室（Berkeley Lab）——聯合紐約州立大學水牛城分校（University of Buffalo）及羅馬尼亞亞歷山德魯約安庫扎大學（Alexandru Ioan Cuza University）的科學家，成功合成了首個含鉳的有機金屬分子。在這一過程中，他們發現了元素周期表f區元素的一些意想不到特性，這不僅有助於更廣泛地理解超鈾元素，還為核廢料修復方法提供了啟示。研究成果已於2月27日發表於《科學》（Science）期刊。
柏克萊實驗室資深研究員斯特凡米納西安（Stefan Minasian），同時也是該研究的首席作者，在新聞聲明中表示：「這是首次獲得鉳與碳之間形成化學鍵的證據。這一發現為我們理解鉳及其它錒系元素相對於周期表中其它元素的行為提供了新的洞見。」數十年來，柏克萊實驗室一直致力於合成錒系元素的有機金屬化合物，因為其分子通常具有高度對稱性及與碳的多重共價鍵。然而，由於鉳元素極為稀有，全球僅兩座反應爐具備生產能力，因此每年僅能生產極少量此元素。且它對空氣與濕氣極為敏感，所以合成含鉳的分子殊非易事，容錯空間極小。
鉳的獨特化學特性
研究團隊成功將一顆鉳原子捕獲於兩個環辛四烯（COT）配體之間，形成一種被《化學世界》雜誌（Chemistry World）形容為「有機金屬三明治」的結構。與其它錒系元素相比，鉳的獨特之處在於其四價氧化態（帶4個正電荷）因「鉳-碳鍵」而穩定，這使其行為與位於錒系元素上方周期表中的鑭系元素鋱（terbium）截然不同。
共同作者約亨奧茨巴赫（Jochen Autschbach）負責電子結構計算，他在新聞聲明中指出：「電子結構計算及實驗觀察顯示，鉳環辛四烯與其鑭系類似物不同，這打破了長期以來對超钚元素的化學與物理性質的假設。」
對核廢料與未來的啟示
研究作者進一步闡述，理解錒系元素行為的變化有助於揭示「自然在原子層面組織物質的潛在邏輯」，米納西安表示。這對於解決核廢料儲存與修復問題具有潛在價值，尤其在各國為實現淨零碳排放目標而重新投資核能的背景下，顯得尤為重要。通過這一研究，科學家不僅挑戰了周期表的傳統規則，還為未來開發核廢料處理技術奠定了基礎。這項突破性成果為人類探索宇宙與迎接環境的挑戰開闢了新的可能性。◇
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