Många av oss får ofta veta att vi liknar en annan familjemedlem - till exempel att vi har vår mammas näsa eller vår fars ögon.

Kemiska element i det periodiska systemet har också familjelikheter som kan ge förutsägbar inblick i hur elementen interagerar, ledande forskare till ännu inte inbillade tillämpningar.

När det gäller ett element, protaktinium, kemiska likheter som produceras av konfigurationen av dess yttersta elektroner länkar två elementfamiljer:de stabila och välkända övergångsmetallerna och de mer exotiska aktiniderna.

I en ny studie från US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory och University of Lille i Frankrike, kemister har utforskat protactiniums flera likheter för att mer fullständigt förstå förhållandet mellan övergångsmetallerna och den komplexa kemin hos de tidiga aktinidelementen.

Protactiniums huvudsakliga värde är inte för kommersiellt bruk, men genom att ge nya grundläggande insikter i elementens kemi. Protactinium är ett aktinidelement och sitter mellan torium och uran på det periodiska systemet. Dock, protactinium liknar också mycket niob och tantal, båda är övergångsmetaller som används i en rad kemiska och metallurgiska tillämpningar. När kemister förstår deras likheter mer i detalj, de kan upptäcka nya och ännu oupptäckta applikationer för dessa och andra relaterade element.

"Protactinium är vid ett stödpunkt på det periodiska bordet, "sa studieförfattaren och Argonne -kemisten Richard Wilson." Frågan om hur vi sätter ihop det periodiska systemet är verkligen kärnan i vårt tänkande om protactinium. "

Svaret på om protactinium fungerar mer som en aktinid eller som en övergångsmetall ligger i en protactiniumatoms yttre elektronskal. Forskare betecknar varje skal med både en siffra (1 till 7) och en bokstav (er, p, d eller f). Vilket skal ett element yttre elektroner bor, vad gäller antal och bokstav, definierar sin familj och hjälper till att bestämma ett brett spektrum av dess kemiska och fysiska beteende.

Skillnaden mellan övergångsmetallerna och aktiniderna ligger i vilket yttre skal först fylls av tillgängliga elektroner. Protaktinium, Wilson noterade, är särskilt viktigt eftersom det representerar gränsen vid vilken en 'd' orbital och en 'f' orbitalförändring placerar sig energiskt. Detta avgör hur orbitalerna fylls och hur de interagerar eller knyter kontakt med sina grannar.

"D -orbitalerna i övergångsmetaller deltar i kemisk bindning på ett mycket direkt sätt, och de kan organisera sig i ganska förutsägbara strukturer, "Sa Wilson." Aktiniderna bildar inte samma typer av bindningar som lätt. "

Enligt Wilson, kemister som studerar aktinider som har försökt locka protaktinium till att verka som dess övergångsmetallkusiner har haft begränsad framgång. "Kan vi få protactinium att bete sig som niob och tantal? Svaret är experimentellt 'ännu inte, ", Sade Wilson." Men att arbeta med teorin om detta unika element kan ge oss en ny syn på hur den kan sitta precis vid denna viktiga kemiska och energiska skärningspunkt. "

Förändringarna i elektronorbitaler och bindningsbeteenden som uppstår inom de tunga elementen ökar bara när det periodiska systemet fortsätter. I de tyngsta elementen, Wilson sa, relativistiska effekter börjar ersätta vår klassiska förståelse för hur vissa element "ska" bete sig, även till den punkt där ett hypotetiserat element kan likna både en inert ädelgas och en mycket aktiv metall samtidigt.

"Vi börjar förstå att protactinium är tröskeln till vilken bindning i det periodiska systemet börjar förändras, "Sa Wilson." Vi går igenom vad som verkligen får det periodiska systemet att ticka. "

Studien, "Protactinium och skärningspunkten mellan aktinid och övergångsmetallkemi, "dök upp i online -numret av den 12 februari Naturkommunikation .