近日，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家在重锕系元素化学领域取得了重大突破，成功合成并鉴定了首个含有高放射性元素锫的有机金属分子——“锫茂”。这一研究成果不仅标志着人类对重锕系元素化学行为的理解迈出了重要一步，还挑战了长期以来关于元素周期表中铀之后元素化学性质的传统理论。

这项研究发表在《科学》杂志上，科学家们在文中指出，自曼哈顿计划期间首次研究锕系有机金属在同位素分离中的应用以来，人们对锕系有机金属-碳键的兴趣一直持续存在。此次新生成的分子被命名为“锫二茂”，其结构与“铀二茂”相似，特点在于锫原子被两个八元碳环所夹持。这一对称结构通过伯克利实验室重元素研究实验室进行的单晶X射线衍射实验得到了证实。

伯克利实验室化学科学部的科学家斯蒂芬·米纳西安作为该研究的共同通讯作者之一，评论道：“这是首次获得锫与碳之间形成化学键的证据。这一发现让我们对锫和其他锕系元素相对于元素周期表中其他元素的行为方式有了新的认识。”

然而，研究锫元素并非易事。锫元素于1949年由格伦·西博格在伯克利实验室发现，具有强放射性且全球产量极少。此外，有机金属分子对空气敏感且易自燃，需要特殊处理。伯克利实验室化学科学部主任波莉·阿诺德作为本文的共同通讯作者，解释道：“全世界只有少数设施能够既保护化合物和工人的安全，又能控制高放射性物质与空气中的氧气和水分剧烈反应的综合危害。”

为了克服这些障碍，研究团队利用定制设计的手套箱实现了高放射性同位素的无空气合成。随后，研究人员仅用0.3毫克的锫-249进行了单晶X射线衍射实验。

值得注意的是，布法罗大学的Jochen Autschbach进行的电子结构计算揭示了意想不到的发现。计算结果表明，二茂锫中的锫原子呈现四价氧化态(+4)，由锫-碳键稳定。这与传统的元素周期表预期相矛盾，传统预期认为锫的行为更像镧系元素铽。米纳西安强调：“根据对元素周期表的传统理解，锫的行为方式与镧系元素铽类似。但锫离子在+4氧化状态下的表现比我们预期的其他f区离子要好得多。”

研究人员指出，这一发现需要开发更精确的锕系元素周期表行为模型。此类模型对于解决与长期核废料储存和处理相关的关键问题至关重要。米纳西安总结道：“当科学家研究更高的对称结构时，它有助于他们理解大自然在原子层面组织物质的潜在逻辑。”