F-Elementleri ile Eğlence

Fotoğraf 1: İngiltere Manchester Üniversitesi Kimya Bölümü profesörü David Mills.

David Mills, gerçekte var olmayan -teorideki- bileşikler yapmayı seviyor. Ekibi, alışılmadık oksidasyon durumları, alışılmadık geometriler ve alışılmadık bağ şekillerinde bileşikler sentezliyorlar. Çoğu zaman bu bileşikler periyodik tablonun f-bloğundan elementlere sahiptir.

Mills, “Oluşturduğumuz bileşikler her zaman hava ve neme duyarlı. Bazen de ışık ve sıcaklığa da duyarlılar.” diye açıklıyor, gururlu bir Galli. F-bloğu elementleri oldukça oksofiliktir ve yüksek koordinasyon sayılarını ve iyonik bağlanma rejimlerini tercih ederler. Mills’in grubu, koordinatif olarak doymamış ve oksijenden daha yumuşak atomlar içeren bileşikleri hedefleme eğilimindedir; bu özellikleri o bileşiklerle çalışmayı zorlaştırır. “Yüksek elektronegatiflik farkı, Schlenk hattı ve eldivenli kapalı ortam kutusu (havasız ortam oluşturan bir teknik) tekniklerinizle kılı kırk yarmanız gerektiği anlamına gelir… Bence meslektaşlarımız bazen bileşiklerimizin daha iyi davranmasını diliyorlar. Ama bizim düşüncemize göre bu, eğlencenin bir parçası.”

Bir alan olarak, f-bloğu elementleri s-,d- ve p- blok elementlerinden daha az geliştirilmiştir. Mills, “Fikrimiz hâlâ ham ancak bu pek çok şeyin keşfedilmeye hazır olduğu bir alan anlamına geliyor.” diyor. “Başlangıçta birçok varsayım vardı. Ancak son birkaç on yıl, kimyagerlerin bu varsayımlara meydan okuduğunu ve insanların imkânsız olduğunu söylediği şeyleri yaptığını gördü.” Örneğin, 25 yıl önceki bir ders kitabı +4 olabilen seryum ve +2 olabilen samaryum, evropiyum ve iterbiyum hariç, tüm lantanitlerin çözelti içerisinde +3 oksidasyon durumunda olduğunu belirtir. “Ve bu böyleydi. Ancak son 20 yılda fazlasıyla radyoaktif olduğu için reaksiyon yapacak kadarını elinize alamayacağınız prometyum hariç her lantanit +2 oksidasyon durumunda izole edilmiştir. Kimyagerler gerçekten ulaşılabilir olanı keşfettiler.” diyor Mills.

“Bir elementin oksidasyon durumu aralığını genişletmek onun belli başlı özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmenize yardımcı olur. Ve eğer kapsamlı bir oksidasyon durumu aralığı ortaya çıkarabilirseniz, o zaman geçiş metali kimyası alanına geçiş yaparsınız ve bu ve çok güzel iki elektronlu oksidatif katılmalar ve katalitik prosesler için indirgeyici eliminasyonlar yaparlar. Bu nedenle herhangi bir elementin redoks kimyasını genişletmek, gelecek uygulamalar için katkıda bulunabilir.

Mills’in araştırmalarının çoğu, f-elementlerinin optik ve manyetik özelliklerine tesir etmeye çalışır. “Susuz kimyalarıyla yapacağınız en eğlenceli şeylerden biri onları belirli bir şekle sokmaktır. Örneğin, üstte ve altta atomları olan ve ekvator bölgesinde atomları olmayan bir disprosyum bileşiği yapabilirseniz, bu en iyi tek molekül magneti oluşturur. Ancak, ekvator bölgesindeki atomlara sahip olmayacak kadar düşük koordinasyon sayısına sahip bir f-blok elementi bileşeni yapmak çok zordur çünkü bağlanmalar o kadar elektrostatiktir ve o kadar iyoniktir ki mümkün olduğunca çok sayıda atom bağlanmaya çalışır bu yüzden bunun olmasını önlemek için ligand tasarımınız ve sentetik metotlarınız üzerinde oldukça sıkı çalışmak zorundasınız.”

Disprosiyum ve Veri

2017’de, Mills ve meslektaşları iki aromatik halka arasına sıkıştırılmış bir disprosiyum atomuna sahip bir kompleks sentezledi. Disprososenyum olarak bilinen kompleks, önceki girişimlerden çok daha sıcak olan -213 °C’ye kadar manyetik kalır ve bu da tek molekül magnetleri veri depolama için kullanılmaya yaklaştırır.

Dört yıl sonra, disprososenyum katyonları hâlâ en yüksek histerezis sıcaklığına sahip tek molekül magnet ailesidir. “Bu keşiften bu yana, biz ve diğerleri çeşitli sübstitüentlere sahiptik, daha büyük bir benzer moleküller ailesi, yapısal olarak benzer bileşikler yaptık ve diğer lantanitleri kullandık.” Ancak Mills, grubunun çalışmasının sadece belirli bileşikler yapmakla ilgili olmadığını, aynı zamanda diğer araştırmacıların kendi araştırmalarında daha sonra kullanabileceği yaratıcı sentetik yöntemler geliştirdiklerini vurguluyor.

Tek molekül magnet çalışması Mills’i, bunun için kısıtlamasız $30,000 (£22,000) ödül aldığı Blavatnik Genç Bilim İnsanları Ödüllerin’de kimya finalisti yaptı. Mills bu konuda, “Bu takım çalışmasından ileri gelen bir ödül. Bu yol boyunca bana yardım eden insanlara- grubum, iş arkadaşlarım, mentorlarım, ailem ve arkadaşlarım- elimden geldiği kadar fazla para harcamaya çalışacağım. Bu parayı sadece birbirimizle biraz zaman geçirdiğimiz etkinliklere harcamak istiyorum.” diyor.

Fotoğraf 2: Mills ‘in grubu

Fotoğraf 3: Mills Haziran 2021’de üst düzey profesörlüğe terfi etti. (Matthew Thornton)

Mills, araştırma grubu hakkında çok heyecanlı bir şekilde konuşuyor. “Biz Bill and Ted filminden bir motto kullandık: ‘Birbirinize karşı mükemmel olun.’ Her şeyi kapsayan bir dizi kural koymak zorunda değilsiniz. Birbirimize saygılı davranıyoruz ve insanlara memnun hissettiriyoruz. Grup üyelerimden, yapabileceklerinin en iyisini yapmalarını bekliyorum aynı zamanda kendi araştırma faaliyetlerine iş arkadaşlarınınkilerle eşit derecede önem veriyorum. Pozitif, profesyonel ve bencil olmayan bir araştırma ortamını sürdürmek benim için önemlidir.” diye açıklıyor.

“Ben herhangi bir kimyager gibi, eğitimli bir yönetici değilim.” diye kabulleniyor Mills. Bununla birlikte, 2020’de en iyi akademik danışman Öğrenci Birliği Ödülü aldı. “Lisans öğrencileri beni aday gösterirlerdi ve bu beni gerçekten memnun eden şeylerden biriydi. Ben bir uzman (danışman olarak) değilim. Ancak öğrencilerimizle vakit geçirmekten, ne elde etmek istediklerini anlamaktan ve eğer onlara yardım etmek için yapabileceğim bir şey varsa görmekten mutluluk duyuyorum.”

Kaynak : chemistryworld.com