Химия актинидов - Actinide chemistry

Плутоний - трансурановый радиоактивный химический элемент, актинид. металл

Химия актинидов (или же актиноидная химия) - одна из основных ветвей ядерная химия который исследует процессы и молекулярные системы актиниды. Актиниды получили свое название от элемент группы 3 актиний. Неформальный химический символ An используется в общих обсуждениях химии актинидов для обозначения любого актинида. Все актиниды, кроме одного, являются f-блок элементы, соответствующие заливке 5f электронная оболочка; лоуренсий, а d-блок элемент, также обычно считается актинидом. По сравнению с лантаноиды, также в основном f-блок элементов, актиниды показывают гораздо более изменчивые валентность. Серия актинидов включает 15 металлических химические элементы с атомные номера от 89 до 103, актиний через лоуренсий.[1][2][3][4]

Основные филиалы

Химия органоактинидов

Основная статья: Металлоорганическая химия

В отличие от относительно раннего расцвета химии металлорганических соединений (с 1955 г. по настоящее время), соответствующее развитие химии металлоорганических соединений актинидов произошло в основном в течение последних 15 лет или около того. В этот период расцвела металлоорганическая наука, и теперь очевидно, что актиниды обладают богатой, сложной и очень информативной металлоорганической химией. Возникли интригующие параллели и резкие отличия от элементов d-блока. Актиниды могут координировать органические активные группы или связываться с углерод посредством ковалентные связи.[5]

Термодинамика актинидов

Необходимость получения точных термодинамический количества актинидных элементов и их соединений были признаны в самом начале Манхэттенский проект, когда специальная группа ученых и инженеров инициировала программу использования ядерной энергии в военных целях. С конца Вторая Мировая Война как фундаментальные, так и прикладные цели послужили поводом для значительного дальнейшего изучения термодинамики актинидов.[6]

Нанотехнологии и супрамолекулярная химия актинидов

Продемонстрирована возможность использования уникальных свойств лантаноидов в нанотехнологиях. Обсуждается возникновение линейных и нелинейных оптических свойств соединений лантаноидов с фталоцианинами, порфиринами, нафталоцианинами и их аналогами в растворах и конденсированном состоянии, а также перспективы получения на их основе новых материалов. На основе электронной структуры и свойств лантаноидов и их соединений, а именно оптических и магнитных характеристик, электронной и ионной проводимости и флуктуирующей валентности, классифицируются молекулярные двигатели. Высокоскоростные механизмы хранения или механизмы хранения в памяти; фотопреобразовательные молекулярные двигатели на основе Ln (II) и Ln (III); электрохимические молекулярные двигатели на силикатных и фосфатных стеклах; молекулярные двигатели, работа которых основана на типах фазовых переходов проводимость диэлектрик - полупроводник, полупроводник - металл и металл - сверхпроводник; твердоэлектролитные молекулярные двигатели; и миниатюрные молекулярные двигатели для медицинского анализа. Показано, что термодинамически стабильные наночастицы LnИксMу Состав может быть образован d элементами вторых половин ряда, т.е. расположенными после M = Mn, Tc и Re.[7]

Биологическая и экологическая химия актинидов

В общем, проглоченный нерастворимый актинидные соединения, такие как высокоплавкие диоксид урана и смешанное оксидное (МОКС) топливо пройдет через пищеварительная система с небольшим эффектом, поскольку они не могут растворяться и абсорбироваться организмом. Вдохнул соединения актинидов, однако, будут более разрушительными, поскольку они остаются в легкие и облучить легочную ткань. Проглатывание Оксиды с низкой температурой возгорания и растворимые соли, такие как нитрат может всасываться в кровоток. При вдыхании твердое вещество может раствориться и покинуть легкие. Следовательно, для растворимой формы доза в легкие будет ниже.

Радон и радий не актиниды - они оба радиоактивные дочери от распада урана. Аспекты их биологии и поведения в окружающей среде обсуждаются на радий в окружающей среде.

Монацит, редкоземельный и фосфатный минерал тория, является основным источником тория в мире.

В Индия, большое количество торий руду можно найти в виде монацит в россыпные месторождения западного и восточного побережья дюна пески, особенно в Тамил Наду прибрежная зона. Жители этого района подвергаются дозе естественной радиации, в десять раз превышающей среднемировой уровень.[8]

Торий был связан с печень рак. В прошлом тория (диоксид тория ) использовался в качестве контрастного вещества для медицинской рентгенографии, но его использование было прекращено. Он продавался под названием Торотраст.

Урана примерно столько же, сколько мышьяк или же молибден. Значительные концентрации урана встречаются в некоторых веществах, таких как фосфат горные породы и полезные ископаемые, такие как лигнит, и монацитовые пески в богатых ураном руды (извлекается из этих источников коммерчески). Морская вода содержит около 3,3 частей на миллиард из уран по весу[9] поскольку уран (VI) образует растворимые карбонат комплексы. Извлечение урана из морской воды рассматривалось как способ получения этого элемента. Из-за очень низкой удельной активности урана его химическое воздействие на живые существа часто может перевешивать эффекты его радиоактивности.

Плутоний подобно другим актинидам, легко образует плутоний. диоксид (плутонил) ядро ​​(PuO2). В окружающей среде это плутониловое ядро ​​легко образует комплексы с карбонат а также другой кислород части (ОЙ−, НЕТ−
2, НЕТ−
3, и ТАК2−
4) с образованием заряженных комплексов, которые могут быть легко подвижными с низким сродством к почве.

Ядерные реакции

Основная статья: Ядерные реакции

Некоторым ранним свидетельством ядерного деления было образование короткоживущего радиоизотопа барий который был изолирован от нейтрон облученный уран (139Ba с периодом полураспада 83 минуты и 140Ba с периодом полураспада 12,8 дня являются основными продукты деления урана). В то время считалось, что это новый изотоп радия, поскольку тогда стандартной радиохимической практикой было использование сульфат бария осадок носителя, чтобы помочь в изоляции радий.

PUREX

Основная статья: PUREX

Процесс PUREX - это жидкость-жидкостная экстракция ионный обмен метод, используемый для переработки отработавшего ядерного топлива с целью извлечения в основном урана и плутония, независимо друг от друга, из других составляющих. В настоящее время предпочтительным методом является использование PUREX жидкость-жидкостная экстракция процесс, который использует трибутилфосфат /углеводород смесь для извлечения урана и плутония из азотная кислота. Это извлечение из нитрат солей и классифицируется как сольватация механизм. Например, экстракция плутония экстракционным агентом (S) в нитратной среде происходит по следующей реакции.

Пу4+
(водн.) + 4 НЕТ−
3(водн.) + 2 S(органический) → [Pu (НЕТ
3)
4S
2](органический)

Сложная связь образуется между катионом металла, нитратами и трибутилфосфатом, и модельное соединение комплекса диоксурана (VI) с двумя нитратами и двумя триэтилфосфатами охарактеризовано как Рентгеновская кристаллография.[10] После стадии растворения обычно удаляют мелкие нерастворимые твердые вещества, поскольку в противном случае они нарушат процесс экстракции растворителем, изменяя границу раздела жидкость-жидкость. Известно, что присутствие мелкодисперсного твердого вещества может стабилизировать эмульсия. Эмульсии часто называют третьи фазы в сообществе экстракции растворителями.

An органический растворитель состоит из 30% трибутилфосфат (TBP) в углеводород растворитель, такой как керосин, используется для извлечения урана в виде UO2(НЕТ3)2· Комплексы 2ТБФ и плутоний аналогичные комплексы, от других продуктов деления, которые остаются в водной фазе. В трансурановые элементы америций и кюрий также остаются в водной фазе. Природа органического растворимого уранового комплекса была предметом некоторых исследование. Серия комплексов урана с нитрат- и триалкилфосфатами и оксиды фосфина были охарактеризованы.[10]

Плутоний отделяют от урана обработкой раствора керосина водным железо сульфамат, который избирательно восстанавливает плутоний до степени окисления +3. Плутоний переходит в водную фазу. Уран отделяют от раствора керосина обратной экстракцией азотной кислотой с концентрацией ок. 0,2 моль дм−3.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Грей, Теодор (2009). Элементы: визуальное исследование каждого известного атома во Вселенной. Нью-Йорк: Black Dog & Leventhal Publishers. п.240. ISBN  978-1-57912-814-2.
  2. ^ Актинидный элемент, Британская энциклопедия онлайн
  3. ^ Хотя «актиноид» (а не «актинид») означает «актиний-подобный» и, следовательно, должен исключать актиний, этот элемент обычно включается в ряд.
  4. ^ Коннелли, Нил Дж .; и другие. (2005). «Элементы». Номенклатура неорганической химии. Лондон: Королевское химическое общество. п. 52. ISBN  0-85404-438-8.
  5. ^ Sonnenberger, D.C .; Morss, L.R .; Маркс, Т. Дж. (1985). «Термохимия органических f-элементов. Энтальпии разрушения торий-лигандных связей в трициклопентадиенилторийгидрокарбилах». Металлоорганические соединения. 4 (2): 352–355. Дои:10.1021 / om00121a028.
  6. ^ Кордфунке, Э (2001). «Энтальпии образования соединений лантаноидов I. LnCl3 (кр), LnBr3 (кр) и LnI3 (кр)». Термохимика Акта. 375 (1–2): 17–50. Дои:10.1016 / S0040-6031 (01) 00509-3. ISSN  0040-6031.
  7. ^ Цивадзе, А.Ю .; Ионова, Г. В .; Михалко, В. К. (2010). «Нанохимия и супрамолекулярная химия актинидов и лантаноидов: проблемы и перспективы». Защита металлов и физическая химия поверхностей. 46 (2): 149–169. Дои:10.1134 / S2070205110020012. ISSN  2070-2051.
  8. ^ «Сборник политических и нормативных положений, касающихся эксплуатации минералов пляжного песка». Правительство Индии. Архивировано из оригинал на 2008-12-04. Получено 2008-12-19.
  9. ^ «Уран: самое необходимое». WebElements. Получено 2008-12-19.
  10. ^ а б Бернс, Дж. Х. (1983). «Растворитель-экстракционные комплексы иона уранила. 2. Кристаллическое и молекулярное строение. катена-бис(μ-ди-п-бутилфосфат-О,O ′) диоксуран (VI) и бис (μ-ди-п-бутилфосфат-О,O ′) бис [(нитрато) (три-п-бутилфосфиноксид) диоксуран (VI)] ». Неорг. Chem. 22 (8): 1174. Дои:10.1021 / ic00150a006.
  11. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 1261. ISBN  978-0-08-037941-8.