Актинидная химия
Химия актинидов (или химия актиноидов ) — одна из основных отраслей ядерной химии , изучающая процессы и молекулярные системы актинидов . Актиниды получили свое название от элемента 3 группы актиния. Неофициальный химический символ An используется в общих обсуждениях химии актинидов для обозначения любого актинида. Все актиниды, кроме одного, являются элементами f-блока , что соответствует заполнению электронной оболочки 5f ; лоуренсий, элемент d-блока , также обычно считается актинидом. По сравнению с лантанидами , также в основном элементами f-блока , актиниды демонстрируют гораздо более переменную валентность . Ряд актинидов включает 15 металлических химических элементов с атомными номерами от 89 до 103, от актиния до лоуренция . [1] [2] [3] [4]
Основные отрасли [ править ]
Органоактинидная химия [ править ]
В отличие от относительно раннего расцвета химии переходных металлов (с 1955 г. по настоящее время), соответствующее развитие металлоорганической химии актинидов произошло в основном в течение последних 15 или около того лет. В этот период расцвела металлоорганическая наука, и теперь очевидно, что актиниды обладают богатой, сложной и высокоинформативной металлоорганической химией. Появились интригующие параллели с элементами d-блока и резкие различия с ними. Актиниды могут координировать органические активные группы или связываться с углеродом ковалентными связями . [5]
Термодинамика актинидов [ править ]
Необходимость получения точных термодинамических величин актинидных элементов и их соединений была признана в самом начале Манхэттенского проекта , когда специальная группа ученых и инженеров инициировала программу по использованию ядерной энергии в военных целях. После окончания Второй мировой войны как фундаментальные, так и прикладные цели послужили стимулом для дальнейшего изучения термодинамики актинидов. [6]
актинидов супрамолекулярная Нанотехнология и химия
Показана 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 новых материалов на их основе. На основании электронного строения и свойств лантаноидов и их соединений, а именно оптических и магнитных характеристик, электронной и ионной проводимости, флуктуирующей валентности, классифицируют молекулярные двигатели. Высокоскоростные механизмы хранения или механизмы хранения памяти; фотоконверсионные молекулярные двигатели на основе Ln(II) и Ln(III); электрохимические молекулярные двигатели на основе силикатных и фосфатных стекол; молекулярные двигатели, работа которых основана на фазовых переходах проводимости типа диэлектрик – полупроводник, полупроводник – металл и металл – сверхпроводник; твердоэлектролитные молекулярные двигатели; и миниатюрные молекулярные двигатели для медицинского анализа. Показано, что термодинамически стабильные наночастицы Ln Состав x My y может быть образован d элементами вторых половин ряда, т. е. расположенными после M = Mn, Tc и Re. [7]
актинидов Биологическая и экологическая химия
Как правило, проглоченные нерастворимые соединения актинидов, такие как высокоактивный диоксид урана и смешанное оксидное топливо (МОКС), проходят через пищеварительную систему с небольшим эффектом, поскольку они не могут растворяться и усваиваться организмом. Однако вдыхаемые соединения актинидов будут более разрушительными, поскольку они остаются в легких и облучают легочную ткань. При проглатывании Легковоспламеняющиеся оксиды и растворимые соли, такие как нитраты, могут всасываться в кровоток. При вдыхании твердое вещество может раствориться и покинуть легкие. Следовательно, доза для легких будет ниже для растворимой формы.
Радон и радий не являются актинидами — они оба являются радиоактивными дочерними элементами распада урана. Обсуждаются аспекты их биологии и поведения в окружающей среде при попадании радия в окружающую среду .
В Индии большое количество ториевой руды можно найти в виде монацита в россыпных отложениях западных и восточных прибрежных дюн песчаных , особенно в прибрежных районах штата Тамил Наду . Жители этой местности подвергаются естественной дозе радиации, в десять раз превышающей среднюю мировую. [8]
Торий связан с печени раком . В прошлом торий ( диоксид тория ) использовался в качестве контрастного вещества для медицинской рентгеновской радиографии, но его использование было прекращено. Он продавался под названием Торотраст .
Уран примерно так же распространен, как мышьяк или молибден . Значительные концентрации урана встречаются в некоторых веществах, таких как месторождения фосфоритных пород, и минералах, таких как бурый нит и монацитовые пески в богатых ураном рудах (он добывается в коммерческих целях из этих источников). Морская вода содержит около 3,3 частей на миллиард урана . по весу [9] поскольку уран(VI) образует растворимые карбонатные комплексы. Добыча урана из морской воды рассматривалась как способ получения этого элемента. Из-за очень низкой удельной активности урана химическое воздействие его на живые существа часто может перевешивать воздействие его радиоактивности.
Плутоний , как и другие актиниды, легко образует ядро из диоксида плутония ( плутонила ) (PuO 2 ). В окружающей среде это плутонильное ядро легко образует комплексы с карбонатом, а также с другими фрагментами кислорода (OH − , НЕТ −
2 , НЕТ −
3 и ТАК 2−
4 ) с образованием заряженных комплексов, которые легко подвижны и имеют низкое сродство к почве.
Ядерные реакции [ править ]
Некоторыми ранними свидетельствами ядерного деления было образование короткоживущего радиоизотопа бария , который был выделен из нейтронами облученного урана ( 139 Ба, с периодом полураспада 83 минуты и 140 Ba с периодом полураспада 12,8 суток являются основными продуктами деления урана). В то время считалось, что это новый изотоп радия, поскольку в то время стандартной радиохимической практикой было использование осадка-носителя сульфата бария для выделения радия .
ПУРЭКС [ править ]
Процесс PUREX метод жидкостно-жидкостной экстракции представляет собой ионообменный , используемый для переработки отработавшего ядерного топлива с целью извлечения в первую очередь урана и плутония, независимо друг от друга, из других компонентов. В настоящее время предпочтительным методом является использование процесса жидкостно-жидкостной экстракции PUREX , в котором используется смесь трибутилфосфата и углеводорода для извлечения как урана, так и плутония из азотной кислоты . Эта экстракция осуществляется нитратными солями и классифицируется как сольватационный механизм . Например, экстракция плутония экстрагентом (S) в нитратной среде происходит по следующей реакции.
- Мог 4+
(вод) + 4 НЕТ −
3 (водный) + 2 S (органический) → [ Pu( NO
3 )
44S
2 ] (органический)
охарактеризовано модельное соединение диоксоурана(VI) с двумя нитратами и двумя триэтилфосфатами Между катионом металла, нитратами и трибутилфосфатом образуется комплексная связь, и методом рентгеновской кристаллографии . [10] После этапа растворения обычно удаляются мелкие нерастворимые твердые вещества, поскольку в противном случае они будут мешать процессу экстракции растворителем, изменяя границу раздела жидкость-жидкость. Известно, что наличие мелкодисперсного твердого вещества может стабилизировать эмульсию . Эмульсии часто называют третьими этапами в области экстракции растворителями.
Органический растворитель , состоящий из 30% трибутилфосфата (ТБФ) в углеводородном растворителе, таком как керосин , используется для извлечения урана в виде комплексов UO 2 (NO 3 ) 2 ·2TBP и плутония в виде аналогичных комплексов из других продуктов деления. которые остаются в водной фазе. Трансурановые элементы америций и кюрий также остаются в водной фазе. Природа органического растворимого комплекса урана была предметом некоторых исследований. ряд комплексов урана с нитратами, триалкилфосфатами и оксидами фосфина . Охарактеризован [10]
Плутоний отделяют от урана путем обработки раствора керосина водным сульфаматом железа , который селективно восстанавливает плутоний до степени окисления +3. Плутоний переходит в водную фазу. Уран выделяют из раствора керосина путем обратной экстракции азотной кислотой в концентрации ок. 0,2 моль дм −3 . [11]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ 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 .
- ^ Элемент актинида , Британская энциклопедия онлайн
- ^ Хотя «актиноид» (а не «актинид») означает «актинийподобный» и, следовательно, должен исключать актиний, этот элемент обычно включается в этот ряд.
- ^ Коннелли, Нил Г.; и др. (2005). «Элементы» . Номенклатура неорганической химии . Лондон: Королевское химическое общество . п. 52. ИСБН 0-85404-438-8 .
- ^ Зонненбергер, округ Колумбия; Морсс, ЛР; Маркс, Ти Джей (1985). «Термохимия органо-f-элемента. Энтальпии разрыва связи торий-лиганд в гидрокарбилах трициклопентадиенилтория». Металлоорганические соединения . 4 (2): 352–355. дои : 10.1021/om00121a028 .
- ^ Кордфанке, 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 .
- ^ 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 . S2CID 94403630 .
- ^ «Сборник политических и законодательных положений, касающихся разработки полезных ископаемых пляжного песка» . Правительство Индии. Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 г. Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ «Уран: самое главное» . ВебЭлементы . Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бернс, Дж. Х. (1983). «Растворитель-экстракционные комплексы уранил-иона. 2. Кристаллические и молекулярные структуры катена -бис( μ -ди- н -бутилфосфато -О , О' )диоксоурана(VI) и бис( μ -ди- н -бутилфосфато) - O , O' )бис[(нитрато)(три- н -бутилфосфиноксид)диоксоуран(VI)]". Неорг. Хим . 22 (8): 1174. doi : 10.1021/ic00150a006 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1261. ИСБН 978-0-08-037941-8 .
Отрасли химии |
|---|
