Aíslan un ion de uranio buscado durante más de medio siglo

Después de más de medio siglo de intentos, un equipo de química logró aislar el uranocenio: una versión con carga positiva de una molécula de uranio conocida como uranoceno. El resultado no anuncia una nueva tecnología nuclear ni una aplicación médica. Su importancia está en algo más básico: permite observar directamente cómo se comportan los electrones en los enlaces de un elemento pesado y radiactivo.

El uranoceno pertenece a una familia de compuestos a los que se suele llamar moléculas «sándwich». En este caso, un átomo de uranio queda entre dos anillos planos formados por ocho átomos de carbono cada uno. El compuesto es comparable, por su forma, al ferroceno, una molécula con hierro en el centro que se convirtió en un modelo clásico de la química organometálica. Mientras el ferroceno pierde y recupera un electrón con facilidad, el intento equivalente con uranoceno parecía destruir la molécula. Por eso el uranocenio solo había aparecido en cálculos teóricos o como una señal fugaz en experimentos.

El nuevo trabajo muestra que buena parte de ese fracaso tenía una causa práctica. Algunas pruebas anteriores usaban una sal con flúor para que las soluciones condujeran electricidad. El uranocenio reacciona con esa sal: le extrae flúor y se descompone. Al elegir otro oxidante, una sal que no provoca esa reacción y solventes adecuados, los investigadores obtuvieron cristales estables a temperatura ambiente.

Una vez aislado el compuesto, el equipo combinó varias formas de mirarlo. La difracción de rayos X permitió ubicar los átomos dentro de los cristales; las mediciones magnéticas y la espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica aportaron información sobre el electrón que queda sin pareja; y los ensayos electroquímicos siguieron el paso de ganar o perder un electrón. En conjunto, las mediciones confirmaron que el uranio pasó de un estado de oxidación +4 a +5 y que la transformación puede revertirse de forma ordenada.

El detalle más llamativo fue el cambio de tamaño. Cuando un átomo metálico pierde un electrón, suele aumentar su carga positiva y atraer con más fuerza a los átomos cercanos. En principio, eso debería acortar de manera visible los enlaces entre uranio y carbono. Sin embargo, al formar uranocenio esas distancias se redujeron apenas alrededor de 0,02 ångström, una variación muy pequeña a esta escala.

Los cálculos y las mediciones apuntan a que el efecto se explica porque el uranio y el carbono comparten más los electrones del enlace de lo que se esperaba. Esa participación electrónica amortigua la contracción que produciría el aumento de carga. Dicho de otro modo, quitar un electrón altera el estado químico del uranio, pero la arquitectura de la molécula se mantiene casi intacta.

Esta estabilidad ofrece a la química un sistema poco común para comparar tres versiones estrechamente relacionadas del mismo compuesto, con el uranio en distintos estados de oxidación. Ese tipo de comparación puede ayudar a poner a prueba modelos sobre los actínidos, la familia de elementos pesados a la que pertenece el uranio. También muestra que, en estas moléculas, los enlaces no se explican solo como una atracción eléctrica simple entre cargas opuestas.

El alcance del estudio sigue siendo el de la química fundamental. Los experimentos describen compuestos preparados en laboratorio bajo condiciones controladas y no demuestran una aplicación industrial, energética o ambiental. Pero disponer por fin de esta molécula estable permite hacer preguntas que antes eran inaccesibles: qué reacciones puede protagonizar, cómo cambia frente a otros ligandos y si compuestos emparentados de elementos pesados pueden comportarse de manera similar.