L'ossidazione è il processo in cui gli atomi perdono elettroni durante una reazione chimica. Tra gli elementi radioattivi, il nettunio e il plutonio sono molto più difficili da ossidare rispetto all'uranio.
Per studiare questi elementi, gli scienziati hanno progettato ligandi donatori, molecole che contribuiscono alla densità elettronica dei centri metallici. Ciò consente agli scienziati di stabilizzare questi metalli man mano che diventano più poveri di elettroni (in altre parole, raggiungono stati di ossidazione più elevati).
Ciò sposta i loro potenziali di ossidazione (le energie alle quali è possibile rimuovere un elettrone) verso un intervallo molto più accessibile. Ciò consente agli scienziati di studiare complessi insoliti di cerio, uranio e nettunio. In particolare, aiuta i ricercatori a esaminare in che modo gli stati di ossidazione elevati influenzano le strutture e i comportamenti chimici di questi elementi.
L’accesso e lo studio degli elevati stati di ossidazione dei complessi di uranio, nettunio e plutonio aiuta gli scienziati a comprendere le loro reattività chimiche, ovvero la facilità con cui formano nuovi composti chimici. Aiuta anche gli scienziati a studiare le loro proprietà redox. Queste sono le condizioni in cui gli elementi perdono o acquistano elettroni e i prodotti chimici che risultano da queste reazioni.
Questi studi possono far luce su come i materiali radioattivi possono comportarsi nei flussi di rifiuti nucleari e nello stoccaggio dei rifiuti. Inoltre, le proprietà magnetiche di questi elementi possono influenzare lo sviluppo della scienza dell'informazione quantistica e dei materiali quantistici.
Tuttavia, questi elementi radioattivi sono difficili da gestire. Ciò rende difficile per gli scienziati sviluppare la loro chimica molecolare. I ligandi e gli studi elettrochimici nella ricerca qui descritta aiuteranno ad affrontare le sfide relative ai rifiuti nucleari.
Questa ricerca ha sviluppato un ligando che rompe la simmetria che ha consentito agli scienziati di sintetizzare e condurre una caratterizzazione dettagliata di complessi non acquosi di uranio, nettunio e plutonio in stati di ossidazione elevata. I risultati sono pubblicati sulla rivista Inorganic Chemistry e Angewandte Chemie International Edition .
Attraverso la serie degli attinidi, la barriera all'ossidazione aumenta in modo significativo dopo l'uranio, rendendo spesso difficile la caratterizzazione di questi complessi. La simmetria inferiore consente agli scienziati di ottenere dati cristallografici migliori e di condurre esami spettroscopici e teorici più approfonditi della struttura e delle proprietà elettroniche di questi complessi. Questo ligando è fortemente donatore di elettroni e fornisce ampio supporto ai complessi poveri di elettroni e ad alto stato di ossidazione, che altrimenti non persisterebbero.
Consente ai ricercatori di stabilire strategie sintetiche dettagliate e configurazioni elettrochimiche non acquose per la caratterizzazione dei complessi radioattivi di nettunio e plutonio.
Studi elettrochimici sui complessi di cerio, uranio e nettunio mostrano che questo ligando ha reso i potenziali di ossidazione di queste specie significativamente più accessibili. Questi potenziali di ossidazione sono corroborati dalla teoria e informano la reattività chimica e le proprietà fisiche di questi sistemi.
Ciò pone le basi per l'isolamento e lo studio di nuovi complessi di nettunio e plutonio in stato di ossidazione elevata.
Ulteriori informazioni: Julie E. Niklas et al, Controllo del ligando dell'ossidazione e del disordine cristallografico nell'isolamento dei complessi mono-osso di uranio esavalente, Chimica inorganica (2023). DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c04056
Kaitlyn S. Otte et al, Divergent Stability of Tetravalent Cerium, Uranium, and Neptunium Imidofosforane Complexes**, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202306580
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie , Chimica Inorganica
Fornito dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
