science >> Wetenschap >  >> Chemie

Het mechanisme van metaalextractie met ionische vloeistoffen bestuderen

Het oplossen van ionisch vloeibaar betainiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide in de waterige fase initieert chemische interacties en verdeling van ionen tussen de twee vloeibare fasen. Krediet:J. Mol et al., Effect van waterig zoutzuur en zwitterionische betaïne op de wederzijdse oplosbaarheid tussen een protische betaïne-gebaseerde ionische vloeistof en water, 276, 296 (2019) met toestemming van Elsevier

De zwaarste bekende elementen zijn de zogenaamde "superzware" elementen, die met atoomnummers groter dan 103. Deze elementen worden alleen gevonden in laboratoria, waar ze zijn gemaakt door twee lichtere elementen samen te smelten. Dit proces zal waarschijnlijk niet plaatsvinden, dus wetenschappers hebben slechts kleine hoeveelheden (een paar atomen) voor experimenten, en chemici zijn geïnteresseerd in de chemische eigenschappen van deze elementen. Echter, de kleine hoeveelheden materiaal die beschikbaar zijn, betekent dat chemici speciale technieken moeten gebruiken om ze te bestuderen. Nieuw onderzoek heeft een manier ontwikkeld om de chemie van metallische elementen met extreem lage materiaalconcentraties te bestuderen. Deze technieken maken gebruik van ionische vloeistoffen - zouten in vloeibare toestand.

Deze nieuwe extractietechniek kan helpen bij het onderzoeken van de chemie van superzware elementen. Bijvoorbeeld, wetenschappers weten bijna niets over het superzware element nihonium. Meer leren over nihonium kan wetenschappers helpen bij het bestuderen van elementen zoals indium en thallium. Deze twee elementen behoren niet tot de superzware elementen, maar wetenschappers geloven dat ze homologen (chemisch vergelijkbare elementen) van nihonium zijn. Dit begrip kan leiden tot betere methoden voor het terugwinnen van iridium, een element dat van cruciaal belang is voor de nationale veiligheid en de economie. Omdat iridium momenteel niet wordt gewonnen in de Verenigde Staten, verbeterde herstelmethoden zijn een potentieel voordeel voor het land.

Ionische vloeistoffen zijn organische oplosmiddelen die volledig uit ionen bestaan, en ze zijn heel anders dan traditionele organische oplosmiddelen. In dit onderzoek, wetenschappers bestudeerden het ionische vloeibare betainiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide vanwege zijn vermogen om indium en thallium te extraheren uit oplossingen van zoutzuur. In een eerste studie, wetenschappers onderzochten de interactie van de ionische vloeistof met water voor een reeks concentraties van zoutzuur en betaïne. Ze bepaalden de concentratie van elke soort met behulp van kwantitatieve nucleaire magnetische resonantie en titraties in combinatie met een wiskundig model. De onderzoekers merkten op dat het oplossen van betainiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide in de waterige fase belangrijke chemische reacties op gang bracht. In een tweede studie, onderzoekers voegden zowel radioactieve als niet-radioactieve isotopen indium en thallium toe aan de waterige fase, vervolgens hun concentraties gemeten na extractie met behulp van gammaspectrometrie en massaspectrometrie. De onderzoekers ontwikkelden een nieuw wiskundig model om de gegevens te beschrijven.

Dit onderzoek biedt een beter begrip van het extractieproces voor zware elementen door te wijzen op een mogelijke methode om indium, een strategisch belangrijk metaal. Dit onderzoek identificeert ook een mogelijke methode om de chemische eigenschappen van het superzware element nihonium te bestuderen.