50 Yılı Aşkın Süredir İzlenebilen Uranium “Sandviç” Molekülü İzole Edildi

Kaynak: Manchester Üniversitesi

Nature Communications‘de yayımlanan bir çalışmada, Manchester ve Lancaster üniversitelerinden araştırmacılar, uranocen olarak bilinen köklü bir uranyum bileşiğinin pozitif yüklü formu olan uranocenium’u izole edip karakterize etti. Bu çalışma, uzun süredir aranan bu molekülün kararlı olduğunu ve kimyacıların ağır elementlerdeki bağlanmayı genellikle nasıl düşündüğüne meydan okuyan bir davranış sergilediğini gösteriyor.

Uranocen bir “sandviş” molekülüdür: tek bir uranyum atomunun, her biri sekiz karbon atomundan oluşan iki düz halka arasında tutulduğu bir yapıdır. Demir içeren bir sandviş molekülü olan ve keşfi 1973 Kimya Nobel Ödülü’ne katkıda bulunan ferrosen’in uranyum karşılığıdır. Ferrosen, bir elektron vererek ferrosenium katyonunu oluşturur; bu kadar temiz ve güvenilir bir geçiş, dünya çapında laboratuvarlarda referans standardı olarak kullanılır. Günümüze kadar, kimse eşdeğer uranyum bileşiklerini izole edebilmiş değildi.

Onlarca yıllık bir bulmacanın çözülmesi

Kimyacılar 1970’lerin sonu ve 1980’lerin başında uranocenden bir elektron çıkarmayı denediklerinde, molekül parçalanmış gibi görünmüş ve belirsiz ürünler vermiştir. Manchester ekibi, sorunun uranocenin kendisinde değil, o deneylerde çözeltilerin elektriği daha iyi iletmesini sağlamak için yaygın olarak kullanılan bir florin içeren tuz olan elektrolitte olduğunu buldu. Uranocenium katyonu, bu tuzdan florini koparır ve bu süreç içinde parçalanır.

Ekkibin, elektronu çıkarmak için farklı bir kimyasal ve daha az tepkimeye giren bir çözücü seçmesiyle uranocenium, oda sıcaklığında kararlı kristaller olarak izole edildi. Bu atılım kısmen tesadüfen başladı: reaksiyon farklı bir amaç için tasarlanmıştı, ancak bunun yerine uranocenium üretildi.

Manchester’dan Cameron Deakin, Iulia Turcas, Benjamin Réant, Liam Griffin, John Seed, Adam Brookfield, profesör David Collison, profesör Eric McInnes ve Dr. Conrad Goodwin ile Lancaster Üniversitesi’nden Dr. Andrew Kerridge’nin de dahil olduğu ekip, bileşikleri detaylı şekilde inceledi.

Kristal içindeki atomların konumlarını eşleyen tek kristal X-ışını kırınımını; molekülün içindeki eşleşmemiş elektronları araştıran manyetik ve elektron paramanyetik rezonans (EPR) ölçümlerini ve bilgisayar modellerini kullandılar. Bütün bunlar birlikte, uranyumun uranocende olduğundan bir elektron daha vererek “oksidasyon durumunu” +4’ten +5’e çıkardığını doğruladı.

Elektrokimyasal deneyler, bir molekülün elektron kazanma veya kaybetme kolaylığını ölçer ve uranocen ile uranocenium’un ferrosen ve ferrosenium’un yaptığı kadar temiz bir şekilde ileri-geri geçiş yaptığını gösterdi. Bu araştırmacılara, elektron eklendiğinde veya çıkarıldığında molekül yapısının neredeyse değişmediği sinyali verdi.

“Uranocen, yarından fazla bir süredir ferrosen’in uranyum karşılığı olarak tanımlanıyordu, ancak karşılaştırma eksikti çünkü kimse onun okside olmuş formunu izole edememişti. Şimdi uranocenium’un doğru şekilde elden geçirildiğinde kararlı olduğunu ve ferrosenin yaptığı kadar temiz bir şekilde oksidasyon durumları arasında geçiş yaptığını gösterdik.

En çok şaşırtan şey, molekülün bir elektron kaybettiğinde neredeyşekil değiştirmemesi ve bunun uranyumun elektronlarını karbondan paylaşması doğrudan bir sonucu olmasıydı” dedi. Goodwin, Royal Society üniversite araştırma görevlisi, Kimya Bölümü, Manchester Üniversitesi.

Sıraden, bir metal atomu bir elektron kaybettiğinde, etrafındaki atomları kendine daha güçlü şekilde çeker çünkü artan pozitif yükü onları daha güçlü şekilde çeker. Uranyum bileşiklerindeki bağlanmalar genellikle bu tür elektrostatik çekimle bir arada tutulur, dolayısıyla ekip uranyum-karbon uzaklıklarının belirgin şekilde kısalmasını bekledi. Bunun yerine, X-ışını ölçümleri yalnızca yaklaşık 0.02 Å (bir metrebinde bir metre) kıstığını ve bunun uranyum iyonunun boyutundaki değişimden beklenen birden çok kez daha az olduğunu gösterdi.

Hesaplamalı hesaplamalar sebebini açıkladı. Uranyum bir elektron kaybettiğinde, bağlandığı karbon atomlarıyla, okside olmamış formdan çok daha fazla elektron paylaşır; bu da kovalent bağlanma olarak bilinen bir bağlanma türüdür. Ana bağlanma elektronlarındaki uranyum payı yaklaşık %30’dan %40’ın üzerine çıkar, oysa normalde bu karbon atomları elektronlarını çok daha sıkı tutar.

Bu, uranyum ve karbon atomları arasındaki elektron yoğunluğunu artırır ve elektronlar birbirini ittiği için bu yoğunlaşma, daha fazla sıkışmayı dirençle karşılar. İki etki dengelenir ve molekül hem kristallerde hem de çözeltide neredeyse boyutunca değişmeden kalır.

Temel kimyaya katkı

Bulgular en çok temel kimya için önem taşır. Uranocen, uranyumun en dıştaki elektronlarının sözcükdeki gibi f-orbitallerinde kimyasal bağlanmaya katıldığını gösteren ilk moleküllerden biriydi ve ağır elementlerin nasıl bağlandığını anlamak için bugün hâlâ bir referans noktasıdır. Uranosenyum ile araştırmacılar, şimdi bağlanmadaki değişimleri izleyebildikleri, yapı neredeyle aynı kalırken üç oksidasyon durumuna (+3, +4 ve +5) sahip eşleşen bir uranyum sandviç molekülü setine sahip.

Çalışma, aynı zamanda elektron paylaşımının, basit elektrostatik çekim yerine bir uranyum molekülünün şeklini belirlediği nadir örneklerden birini sunar. Araştırmacılar şimdi uranoceniumun tepkimelliğini araştırmayı ve neptunyum gibi daha ağır elementlerin benzer bileşikler oluşturup oluşturamayacağını sınamayı planlıyor.

Cameron N. Deakin et al., Isolation of uranocenium, the bis-[8]annulene uranium cation, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77066-2

Dergi bilgileri:
Nature Communications

Şu kaynak tarafından sağlandı: Manchester Üniversitesi

Bu hikâyenin ardında kim var:

BA sanat tarihi, MA madeni kültür. Eski müze editörü, paramedik ve organ nakil koordinatörü. 2021’den beri Science X için düzenleme. Tam profil →

Matematiksel biyoloji lisansı, yaratıcı yazma yüksek lisansı. Bilim ve dil hakkında benzersiz bakış açılarına sahip, geniş bir coğrafyaya yolculuk etmiş. Tam profil →

Atıf

:
Elusive uranium ‘sandwich’ molecule isolated after more than 50 years (2026, October 23)
retrieved 23 October 2026
from https://phys.org/news/2026-10-elusive-uranium-sandwich-molecule-isolated.html

Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil kullanım dışında, içeriğin hiçbir kısmı yazılı izinsiz çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.