Хімія актиноїдів (або хімія актиноїдів) — один з основних розділів ядерної хімії, що досліджує процеси та молекулярні системи актиноїдів. Актиноїди отримали свою назву від елемента 3-ї групи актинію. Неофіційний хімічний символ An використовується в загальних обговореннях хімії актиноїдів для позначення будь-якого актиноїду. Усі актиноїди, крім одного, є елементами f-блоку, що відповідає заповненню 5f- електронної оболонки; лоуренсій, елемент d-блоку, також зазвичай вважається актиноїдом. Порівняно з лантаноїдами, які також переважно є елементами f-блоку, актиноїди демонструють набагато більш змінну валентність. Ряд актиноїдів охоплює 15 металевих хімічних елементів з атомними номерами від 89 до 103, від актинію до лоуренсіюActinide element, Encyclopædia Britannica onlineХоча термін «актиноїд» (на відміну від «актинід») буквально означає «подібний до актинію» і, відповідно, мав би виключати актиній, цей елемент зазвичай включають до актиноїдного ряду..
Основні галузі
Хімія органоактиноїдів На відміну від відносно раннього розвитку металоорганічної хімії перехідних металів (з 1955 року до сьогодення), інтенсивний розвиток металоорганічної хімії актиноїдів відбувався переважно протягом останніх 15 років. За цей час ця галузь зазнала стрімкого прогресу, і нині очевидно, що актиноїди характеризуються багатою, складною та надзвичайно інформативною металоорганічною хімією. При цьому було виявлено як цікаві паралелі, так і суттєві відмінності порівняно з елементами d-блоку. Актиноїди можуть координувати органічні активні групи або зв'язуватися з вуглецем ковалентними зв'язками.
Термодинаміка актиноїдів Необхідність отримання точних термодинамічних величин для актиноїдних елементів та їхніх сполук була визнана на початку Манхеттенського проєкту, коли цілеспрямована команда вчених та інженерів розпочала програму використання ядерної енергії у військових цілях. З кінця Другої світової війни як фундаментальні, так і прикладні цілі спонукали до подальшого вивчення термодинаміки актиноїдів.
Нанотехнології та супрамолекулярна хімія актиноїдів Продемонстровано можливість використання унікальних властивостей лантаноїдів у нанотехнологіях. Розглянуто походження лінійних і нелінійних оптичних властивостей сполук лантаноїдів із фталоціанінами, порфіринами, нафталоціанінами та їх аналогами в розчинах і конденсованому стані, а також перспективи створення нових матеріалів на їх основі. На підставі особливостей електронної структури та фізико-хімічних властивостей лантаноїдів і їхніх сполук, зокрема оптичних і магнітних характеристик, електронної та іонної провідності, а також явища флуктуючої валентності, запропоновано класифікацію молекулярних двигунів. Виділено такі типи молекулярних двигунів: високошвидкісні двигуни для зберігання інформації (або двигуни пам'яті); фотоконверсійні молекулярні двигуни на основі Ln(II) та Ln(III); електрохімічні молекулярні двигуни, що використовують силікатні та фосфатні стекла; молекулярні двигуни, принцип дії яких ґрунтується на фазових переходах провідності типу «ізолятор–напівпровідник», «напівпровідник–метал» і «метал–надпровідник»; твердоелектролітні молекулярні двигуни; а також мініатюрні молекулярні двигуни для медичного аналізу. Показано, що термодинамічно стабільні наночастинки складу LnxMy можуть утворюватися за участю d-елементів другої половини перехідного ряду, тобто елементів, розташованих після M = Mn, Tc та Re.
Біологічна та екологічна хімія актиноїдів Зазвичай, нерозчинні актиноїдні сполуки, що потрапляють всередину, такі як діоксид урану високого горіння та змішане оксидне (MOX) паливо, проходять через травну систему з незначним ефектом, оскільки вони не можуть розчинитися та засвоїтися організмом. Однак вдихання актиноїдних сполук буде більш шкідливим, оскільки вони залишаються в легенях та опромінюють легеневу тканину. Вдихнуті оксиди низького горіння та розчинні солі, такі як нітрати, можуть поглинатися в кров. Якщо їх вдихнути, то тверда речовина може розчинитися та залишити легені. Отже, доза для легень буде нижчою для розчинної форми.
Радон і радій не є актиноїдами — вони обидва є радіоактивними дочірніми продуктами розпаду урану. Аспекти їхньої біології та поведінки в навколишньому середовищі обговорюються на сторінці «Радій у навколишньому середовищі».
В Індії велику кількість торієвої руди можна знайти у формі монациту в розсипних відкладеннях західних та східних прибережних дюнних пісків, особливо в прибережних районах Тамілнаду. Мешканці цієї місцевості піддаються впливу природної дози опромінення, яка в десять разів перевищує середній показник по світу.
Торій пов'язують з раком печінки. У минулому торій (діоксид торію) використовувався як контрастна речовина для медичної рентгенографії, але його використання припинено. Він продавався під назвою Торотраст.
Урану приблизно так само багато, як миш'яку чи молібдену. Значні концентрації урану містяться в деяких речовинах, таких як родовища фосфатних порід, та в мінералах, таких як лігніт та монацитові піски, в багатих на уран рудах (його комерційно видобувають з цих джерел). Морська вода містить близько 3,3 частини урану на мільярд за вагою, оскільки уран(VI) утворює розчинні карбонатні комплекси. Видобуток урану з морської води розглядається як спосіб отримання цього елемента. Через дуже низьку питому активність урану його хімічний вплив на живі організми часто може переважувати вплив його радіоактивності.
Плутоній, як і інші актиноїди, легко утворює ядро з діоксиду плутонію (плутонілу — PuO2). У навколишньому середовищі це плутонільне ядро легко комплексується з карбонатом, а також з іншими кисневими фрагментами (OH−, , та ) утворювати заряджені комплекси, які можуть бути легко рухливими та мати низьку спорідненість до ґрунту.
Ядерні реакції Деякими ранніми доказами ядерного поділу було утворення короткоживучого радіоізотопу барію, який був виділений з опроміненого нейтронами урану (139Ba з періодом напіврозпаду 83 хвилини та 140Ba з періодом напіврозпаду 12,8 дня є основними продуктами поділу урану). У той час вважалося, що це новий ізотоп радію, оскільки стандартною радіохімічною практикою було використання осаду носія сульфату барію для сприяння виділенню радію.
Пюрекс Процес пюрекс — це метод рідинно-рідинної екстракції з іонним обміном, який використовується для переробки відпрацьованого ядерного палива з метою вилучення переважно урану та плутонію, незалежно один від одного, з інших складових. Поточний метод вибору — це використання процесу рідинно-рідинної екстракції пюрекс, який використовує суміш трибутилфосфату та вуглеводнів для вилучення як урану, так і плутонію з азотної кислоти. Ця екстракція відбувається з нітратних солей і класифікується як екстракція за механізмом сольватації. Наприклад, екстракція плутонію екстрагентом (S) у нітратному середовищі відбувається за такою реакцією.
(aq) + 4 (aq) + 2 S(органічна) → [](органічний)
Між катіоном металу, нітратами та трибутилфосфатом утворюється комплексний зв'язок, а модельна сполука комплексу діоксоурану(VI) з двома нітратами та двома триетилфосфатами була охарактеризована за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Після етапу розчинення є нормальним видалення дрібних нерозчинних твердих речовин, оскільки в іншому випадку вони порушуватимуть процес екстракції розчинником, змінюючи межу рідина-рідина. Відомо, що присутність дрібних твердих речовин може стабілізувати емульсію. Емульсії часто називають третіми фазами в спільноті, що займається екстракцією розчинником.
Органічний екстрагент, що складається з 30 % трибутилфосфату (TBP) у вуглеводневому розчиннику, наприклад гасі, використовують для екстракції урану у вигляді комплексу UO2(NO3)2 · 2TBP та плутонію у вигляді аналогічних комплексів із суміші продуктів поділу, які залишаються у водній фазі. Трансуранові елементи америцій і кюрій також залишаються у водній фазі. Природа органорозчинного комплексу урану була предметом численних досліджень. Охарактеризовано низку комплексів урану з нітратом і триалкілфосфатами та оксидами фосфінів.
Плутоній відокремлюють від урану обробкою гасового розчину водним розчином сульфамату заліза, який селективно відновлює плутоній до ступеня окиснення +3. Плутоній переходить у водну фазу. Уран витягують з гасового розчину зворотною екстракцією в азотну кислоту з концентрацією приблизно .
Див. також Ядерна хімія
Посилання