science >> Wetenschap >  >> Chemie

Toegang openen om de synthetische chemie van neptunium te verkennen

een nieuwe, gemakkelijk te bereiden uitgangsmateriaal (links) dat neptunium (Np3+) bevat, kan gemakkelijk worden bereid door een elektron (e-) overdracht naar een moeder-neptunium (Np4+) verbinding (rechts). Dit proces vermijdt de noodzaak om moeilijk te verkrijgen neptuniummetaal te gebruiken en geeft toegang tot Np3+-chemie uit gemakkelijk verkrijgbare bronnen. Krediet:US Department of Energy

Restanten van kernreactoren bevatten het element neptunium. Om het afval veilig op te slaan, wetenschappers moeten meer weten over hoe ze de chemie van neptunium kunnen beheersen. Het kennen van de stabiliteit van verschillende oxidatietoestanden staat centraal bij chemische controle. De oxidatietoestand +3 is over het algemeen ontoegankelijk in waterige (op water gebaseerde) oplossingen. Onderzoekers bedachten een gemakkelijke manier om toegang te krijgen tot neptunium in de +3-oxidatietoestand. Met behulp van deze methode, het team ontdekte nieuwe neptunium-eigenschappen. Ze ontdekten ook hoe de stabiliteit van neptunium in deze oxidatietoestand zich verhoudt tot en contrasteert met plutonium.

Neptuniummetaal is schaars en moeilijk te verkrijgen. Dus, het is moeilijk te analyseren en volledig te begrijpen, maar wetenschappers moeten meer weten omdat dit metaal bijdraagt ​​aan de toxiciteit van nucleair afval. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben mogelijk een breed toegankelijke route naar neptunium. Deze route maakt een aanzienlijke uitbreiding mogelijk van het aantal neptuniummoleculen dat kan worden gesynthetiseerd en geanalyseerd. Dit onderzoek naar het gedrag van neptunium over het hele spectrum van de beschikbare oxidatietoestanden (die het gedrag beïnvloeden) had al lang moeten plaatsvinden.

Neptuniummetaal is uiterst schaars, het beperken van het gebruik ervan als toegangspoort tot moleculair chemisch onderzoek. In tegenstelling tot, waterige zure voorraadoplossingen van neptunium zijn beschikbaar door oplossing van neptuniumoxide, die in de handel verkrijgbaar is. Met behulp van deze oplossing, onderzoekers bedachten een nieuwe, gemakkelijke synthetische toegangsroute om luchtgevoelige, niet-waterige neptuniumchemie in de +3 oxidatietoestand. specifiek, ze hebben aangetoond dat een eerder ontwikkeld uitgangsmateriaal in de +4-oxidatietoestand kan worden gereduceerd tot neptunium(III) om een ​​structureel gekarakteriseerd uitgangsmateriaal met een bekende molecuulformule te verkrijgen dat kan worden geïsoleerd (in tegenstelling tot de huidige in situ-routes waarvoor de exacte aard van het uitgangsmateriaal is niet bekend). Deze nieuwe methode zorgt voor een breed toegankelijk toegangspunt tot neptunium(III)-chemie voor elk erkend radiologisch laboratorium. Door neptunium te synthetiseren, kunnen wetenschappers details over de reductie-oxidatiechemie ophelderen, bindingsmotieven, en elektronische structuureigenschappen. Vroege studies met neptunium geproduceerd via deze nieuwe syntheseroute wijzen ook op enkele belangrijke verschillen in reductie-oxidatiestabiliteit in tetrahydrofuran tussen neptunium en plutonium. Opmerkelijk, de wetenschappers ontdekten dat terwijl neptunium (IV) stabiel is in tetrahydrofuran, plutonium(IV) is niet en vormt een gemengd valent plutonium(III)/plutonium(IV)-zout. De wetenschappers concluderen dat dit werk zou kunnen leiden tot hetzelfde niveau van vooruitgang als onderzoekers begin 2000 zagen toen ze een vergelijkbare voorloper voor uranium ontwikkelden.