Aktinit kimyası

Aktinit kimyası (veya aktinoid kimyası), aktinitlerin süreçlerini ve moleküler sistemlerini araştıran nükleer kimyanın ana dallarından biridir. Aktinitler, isimlerini grup 3 elementi olan aktinyumdan alır. Resmi olmayan kimyasal sembol An, aktinit kimyasının genel tartışmalarında herhangi bir aktinide atıfta bulunmak için kullanılır. Aktinidlerin biri hariç tümü, 5f elektron kabuğunun doldurulmasına karşılık gelen f blok elementleridir. Bir d-blok elementi olan lavrensiyum da genellikle bir aktinit olarak kabul edilir. Lantanitlerle karşılaştırıldığında, yine çoğunlukla f-blok elementleri, aktinitler çok daha değişken değerlik gösterirler. Aktinid serisi, aktiniyumdan lavrensiyuma kadar atom numaraları 89 ile 103 arasında değişen 15 metalik kimyasal elementi kapsar.^[1]^[2]^[3]^[4]

Plütonyum, bir transuranik radyoaktif kimyasal element, bir aktinit metalidir.

Ana dallar

Organik Aktinid kimyası

Organogeçiş metali kimyasının (1955'ten günümüze) nispeten erken çiçeklenmesinin aksine, aktinitin organometalik kimyası ile ilgili gelişimi büyük ölçüde son 15 yıl içinde gerçekleşmiştir. Bu dönemde, organometalik bilimi çiçek açtı ve şimdi aktinitlerin zengin, karmaşık ve oldukça bilgilendirici bir organometalik kimyaya sahip olduğu açıklık kazanmıştır. D-blok elemanlarıyla ilgi çekici paralellikler ve keskin farklılıklar ortaya çıkmıştır. Aktinitler, organik aktif grupları koordine edebilir veya kovalent bağlarla karbona bağlanabilir.^[5]

Aktinitlerin termodinamiği

Aktinit elementleri ve bunların bileşikleri için doğru termodinamik miktarların elde edilmesi gerekliliği, Manhattan Projesi'nin başlangıcında, kendini adamış bir bilim insanı ve mühendis ekibinin nükleer enerjiyi askeri amaçlarla kullanma programını başlatmasıyla kabul edildi. İkinci Dünya Savaşı'nın sona ermesinden bu yana, hem temel hem de uygulamalı hedefler, aktinit termodinamiğinin daha fazla araştırılmasını motive etmiştir.^[6]

Nanoteknoloji ve aktinitlerin supramoleküler kimyası

Nanoteknolojide lantanitlerin benzersiz özelliklerini kullanma olasılığı gösterilmiştir. Ftalosiyaninler, porfirinler, naftalosiyaninler ile lantanit bileşiklerinin lineer ve lineer olmayan optik özelliklerinin ve bunların analoglarının çözeltilerde ve yoğunlaştırılmış halde ortaya çıkışı ve bunlara dayalı olarak yeni malzemeler elde etme beklentileri tartışılmaktadır. Lantanitlerin ve bileşiklerinin elektronik yapısı ve özelliklerine, yani optik ve manyetik özelliklere, elektronik ve iyonik iletkenliğe ve dalgalanan değerliklere göre moleküller sınıflandırılır.

Aktinitlerin biyolojik ve çevresel kimyası

Genel olarak, yüksek ateşli uranyum dioksit ve karışık oksit (MOX) yakıtı gibi sindirilen çözünmeyen aktinit bileşikleri, vücut tarafından çözünemedikleri ve emilemeyecekleri için sindirim sisteminden çok az etki ile geçmektedir. Bununla birlikte, solunan aktinit bileşikleri, akciğerlerde kaldıkları ve akciğer dokusunu ışınladıkları için daha zararlı olacaktır. Sindirilen Düşük ateşli oksitler ve nitrat gibi çözünür tuzlar kan dolaşımına emilebilir. Solunurlarsa katının çözünmesi ve akciğerleri terk etmesi mümkündür. Bu nedenle, çözünür form için akciğerlere verilen doz daha düşük olacaktır.

Radon ve radyum aktinit değildir - ikisi de uranyum bozunmasının radyoaktif kızlarıdır. Biyolojilerinin ve çevresel davranışlarının yönleri, çevredeki radyumda tartışılmaktadır.

Nadir bir toprak ve toryum fosfat minerali olan monazit, dünyadaki toryumun birincil kaynağıdır.

Hindistan'da, özellikle Tamil Nadu kıyı bölgelerinde, Batı ve Doğu kıyı kumul kumlarının plaser yataklarında monazit şeklinde büyük miktarda toryum cevheri bulunabilir. Bu bölgenin sakinleri, dünya ortalamasının on katı kadar doğal olarak oluşan bir radyasyon dozuna maruz kalmaktadır.^[7]

Toryum, karaciğer kanseri ile ilişkilendirilmiştir. IGeçmişte toria (toryum dioksit) tıbbi X-ray radyografisi için bir kontrast maddesi olarak kullanılıyordu, ancak kullanımı durduruldu. Thorotrast adı altında satıldı.

Uranyum, arsenik veya molibden kadar bol miktarda bulunmaktadır. Fosfat kaya yatakları gibi bazı maddelerde ve uranyumca zengin cevherlerdeki linyit ve monazit kumları gibi minerallerde önemli konsantrasyonlarda uranyum oluşur. Uranyum(VI) çözünür karbonat kompleksleri oluşturduğundan, deniz suyu ağırlıkça milyarda yaklaşık 3,3 kısım uranyum içermektedir. Uranyumun deniz suyundan çıkarılması, elementi elde etmenin bir yolu olarak kabul edilmiştir. Uranyumun çok düşük özgül aktivitesi nedeniyle, canlılar üzerindeki kimyasal etkileri, radyoaktivitesinin etkilerinden genellikle daha ağır basabilir.

Plütonyum, diğer aktinitlerde olduğu gibi, kolayca bir plütonyum dioksit (plütonil) ve çekirdeğinden (PuO2) oluşur.Çevrede, bu plütonil çekirdeği karbonatla ve diğer oksijen parçalarıyla (OH⁻, NO-2, NO-3, and SO2-4) kolayca kompleks oluşturarak toprağa düşük afinitelerle kolayca hareket edebilen yüklü kompleksler oluşturur.

Nükleer reaksiyonlar

Nükleer fisyon için bazı erken kanıtlar, nötron ışınlanmış uranyumdan izole edilen kısa ömürlü bir baryum radyoizotopunun oluşumudur. O zamanlar, radyumun izolasyonuna yardımcı olmak için bir baryum sülfat taşıyıcı çökeltisi kullanmak standart radyokimyasal uygulama olduğu için, bunun yeni bir radyum izotopu olduğu düşünülüyordu.

PUREX

PUREX işlemi, diğer bileşenlerden öncelikle uranyum ve plütonyumu birbirinden bağımsız olarak çıkarmak için kullanılmış nükleer yakıtı yeniden işlemek için kullanılan sıvı-sıvı ekstraksiyon iyon değiştirme yöntemidir. Mevcut seçim yöntemi, nitrik asitten hem uranyum hem de plütonyumu çıkarmak için bir tributil fosfat/hidrokarbon karışımı kullanan PUREX sıvı-sıvı ekstraksiyon işlemini kullanmaktır. Bu ekstraksiyon nitrat tuzlarındandır ve bir solvasyon mekanizması olarak sınıflandırılır. Örneğin, bir nitrat ortamında bir ekstraksiyon ajanı (S) ile plütonyumun ekstraksiyonu aşağıdaki reaksiyonla gerçekleştirilir.

Pu⁴⁺_(suda) + 4 NO-3_(suda) + 2 S_(organik) → [Pu(NO₃)₄S₂]_(organik)

Metal katyon, nitratlar ve tributil fosfat arasında bir kompleks bağ oluşur ve iki nitrat ve iki trietil fosfat ile bir dioksouranyum(VI) kompleksinin model bir bileşiği X-ışını kristalografisi ile karakterize edilmiştir.^[8] Çözünme adımından sonra ince çözünmeyen katıların çıkarılması normaldir, aksi takdirde sıvı-sıvı arayüzünü değiştirerek solvent ekstraksiyon sürecini bozarlar. İnce bir katının varlığının bir emülsiyonu stabilize edebildiği bilinmektedir. Emülsiyonlar genellikle solvent ekstraksiyon topluluğunda üçüncü aşamalar olarak adlandırılır.

Gazyağı gibi bir hidrokarbon çözücü içinde %30 tributil fosfattan (TBP) oluşan organik bir çözücü, kalan diğer fisyon ürünlerinden UO₂(NO₃)₂·2TBP kompleksleri olarak uranyumu ve benzer kompleksler olarak plütonyumu çıkarmak için kullanılır. Transuranyum elementleri americium ve curium da sulu fazda kalır. Organik çözünür uranyum kompleksinin doğası bazı araştırmaların konusu olmuştur. Nitrat ve trialkil fosfatlar ve fosfin oksitler ile bir dizi uranyum kompleksi karakterize edilmiştir.^[8]

Plütonyum, kerosen çözeltisinin, plütonyumu seçici olarak +3 oksidasyon durumuna indirgeyen sulu demir sülfamat ile işlenmesiyle uranyumdan ayrılır. The plutonium passes into the aqueous phase. Plütonyum sulu faza geçer. Uranyum, yaklaşık bir konsantrasyonda nitrik asit içine geri ekstraksiyon yoluyla kerosen çözeltisinden sıyrılır.^[9]

Kaynakça

^ Gray, Theodore (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. s. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.
^ Actinide element 29 Nisan 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Encyclopædia Britannica online
^ Although "actinoid" (rather than "actinide") means "actinium-like" and therefore should exclude actinium, that element is usually included in the series.
^ Connelly, Neil G. (2005). "Elements". Nomenclature of Inorganic Chemistry. Londra: Royal Society of Chemistry. s. 52. ISBN 0-85404-438-8. 27 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Haziran 2021.
^ Sonnenberger, D. C.; Morss, L. R.; Marks, T. J. (1985). "Organo f-element thermochemistry. Thorium-ligand bond disruption enthalpies in tricyclopentadienylthorium hydrocarbyls". Organometallics. 4 (2). ss. 352-355. doi:10.1021/om00121a028.
^ Cordfunke, E (2001). "The enthalpies of formation of lanthanide compounds I. LnCl3(cr), LnBr3(cr) and LnI3(cr)". Thermochimica Acta. 375 (1–2): 17-50. doi:10.1016/S0040-6031(01)00509-3. ISSN 0040-6031.
^ "Compendium Of Policy And Statutory Provisions Relating To Exploitation Of Beach Sand Minerals". Government Of India. 4 Aralık 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 19 Aralık 2008.
^ ^a ^b Burns, J. H. (1983). "Solvent-extraction complexes of the uranyl ion. 2. Crystal and molecular structures of catena-bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O′)dioxouranium(VI) and bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O′)bis[(nitrato)(tri-n-butylphosphine oxide)dioxouranium(VI)]". Inorg. Chem. 22 (8): 1174. doi:10.1021/ic00150a006.
^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2. bas.). Butterworth-Heinemann. s. 1261. ISBN 0080379419.

[Gray-1] Gray, Theodore (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. s. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.

[2] Actinide element 29 Nisan 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Encyclopædia Britannica online

[3] Although "actinoid" (rather than "actinide") means "actinium-like" and therefore should exclude actinium, that element is usually included in the series.

[4] Connelly, Neil G. (2005). "Elements". Nomenclature of Inorganic Chemistry. Londra: Royal Society of Chemistry. s. 52. ISBN 0-85404-438-8. 27 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Haziran 2021.

[5] Sonnenberger, D. C.; Morss, L. R.; Marks, T. J. (1985). "Organo f-element thermochemistry. Thorium-ligand bond disruption enthalpies in tricyclopentadienylthorium hydrocarbyls". Organometallics. 4 (2). ss. 352-355. doi:10.1021/om00121a028.

[Cordfunke2001-6] Cordfunke, E (2001). "The enthalpies of formation of lanthanide compounds I. LnCl3(cr), LnBr3(cr) and LnI3(cr)". Thermochimica Acta. 375 (1–2): 17-50. doi:10.1016/S0040-6031(01)00509-3. ISSN 0040-6031.

[7] "Compendium Of Policy And Statutory Provisions Relating To Exploitation Of Beach Sand Minerals". Government Of India. 4 Aralık 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 19 Aralık 2008.

[Burns-8] Burns, J. H. (1983). "Solvent-extraction complexes of the uranyl ion. 2. Crystal and molecular structures of catena-bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O′)dioxouranium(VI) and bis(μ-di-n-butyl phosphato-O,O′)bis[(nitrato)(tri-n-butylphosphine oxide)dioxouranium(VI)]". Inorg. Chem. 22 (8): 1174. doi:10.1021/ic00150a006.

[9] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2. bas.). Butterworth-Heinemann. s. 1261. ISBN 0080379419.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]