La oxidación es el proceso en el que los átomos pierden electrones durante una reacción química. Entre los elementos radiactivos, el neptunio y el plutonio son mucho más difíciles de oxidar que el uranio.
Para estudiar estos elementos, los científicos han diseñado ligandos donantes:moléculas que aportan densidad electrónica a los centros metálicos. Esto permite a los científicos estabilizar estos metales a medida que se vuelven más pobres en electrones (en otras palabras, alcanzan estados de oxidación más altos).
Esto mueve sus potenciales de oxidación (las energías a las que es posible eliminar un electrón) a un rango mucho más accesible. Esto permite a los científicos estudiar complejos inusuales de cerio, uranio y neptunio. En particular, ayuda a los investigadores a examinar cómo los estados de oxidación elevados afectan las estructuras y el comportamiento químico de estos elementos.
Acceder y estudiar los altos estados de oxidación de los complejos de uranio, neptunio y plutonio ayuda a los científicos a comprender sus reactividades químicas:con qué facilidad forman nuevos compuestos químicos. También ayuda a los científicos a estudiar sus propiedades redox. Estas son las condiciones bajo las cuales los elementos pierden o ganan electrones y los productos químicos que resultan de estas reacciones.
Estos estudios pueden arrojar luz sobre cómo pueden comportarse los materiales radiactivos en los flujos y el almacenamiento de desechos nucleares. Además, las propiedades magnéticas de estos elementos pueden afectar el desarrollo de la ciencia de la información cuántica y los materiales cuánticos.
Sin embargo, estos elementos radiactivos son difíciles de manejar. Esto dificulta que los científicos desarrollen su química molecular. Los ligandos y los estudios electroquímicos de la investigación que se describe aquí ayudarán a abordar los desafíos de los desechos nucleares.
Esta investigación desarrolló un ligando que rompe la simetría que ha permitido a los científicos sintetizar y realizar una caracterización detallada de complejos no acuosos de uranio, neptunio y plutonio en estados de alta oxidación. Los hallazgos se publican en la revista Inorganic Chemistry. y Edición Internacional Angewandte Chemie .
En toda la serie de actínidos, la barrera a la oxidación aumenta significativamente después del uranio, lo que a menudo hace que la caracterización de estos complejos sea un desafío. La simetría más baja permite a los científicos obtener mejores datos cristalográficos y realizar exámenes espectroscópicos y teóricos más exhaustivos de la estructura y propiedades electrónicas de estos complejos. Este ligando es fuertemente donador de electrones y proporciona un amplio soporte a complejos pobres en electrones y con alto estado de oxidación, que de otro modo no persistirían.
Permite a los investigadores establecer estrategias sintéticas detalladas y configuraciones electroquímicas no acuosas para la caracterización de complejos radiactivos de neptunio y plutonio.
Los estudios electroquímicos de complejos de cerio, uranio y neptunio muestran que este ligando ha hecho que los potenciales de oxidación de estas especies sean mucho más accesibles. Estos potenciales de oxidación están corroborados por la teoría e informan la reactividad química y las propiedades físicas de estos sistemas.
Esto prepara el escenario para el aislamiento y el estudio de nuevos complejos de neptunio y plutonio con estados de oxidación elevados.
Más información: Julie E. Niklas et al, Control de ligandos de la oxidación y el trastorno cristalográfico en el aislamiento de complejos mono-oxo de uranio hexavalente, Química inorgánica (2023). DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c04056
Kaitlyn S. Otte et al, Estabilidades divergentes de complejos de imidofosforano tetravalente de cerio, uranio y neptunio**, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202306580
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie , Química Inorgánica
Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.
