L'oxydation est le processus par lequel les atomes perdent des électrons lors d'une réaction chimique. Parmi les éléments radioactifs, le neptunium et le plutonium sont beaucoup plus difficiles à oxyder que l'uranium.

Pour étudier ces éléments, les scientifiques ont conçu des ligands donneurs, des molécules qui contribuent à la densité électronique des centres métalliques. Cela permet aux scientifiques de stabiliser ces métaux à mesure qu'ils deviennent plus pauvres en électrons (en d'autres termes, atteignent des états d'oxydation plus élevés).

Cela déplace leurs potentiels d’oxydation (les énergies auxquelles il est possible de retirer un électron) vers une plage beaucoup plus accessible. Cela permet aux scientifiques d'étudier des complexes inhabituels de cérium, d'uranium et de neptunium. En particulier, cela aide les chercheurs à examiner comment les états d'oxydation élevés affectent les structures et les comportements chimiques de ces éléments.

L'accès et l'étude des états d'oxydation élevés des complexes d'uranium, de neptunium et de plutonium aident les scientifiques à comprendre leurs réactivités chimiques et la facilité avec laquelle ils forment de nouveaux composés chimiques. Cela aide également les scientifiques à étudier leurs propriétés rédox. Ce sont les conditions dans lesquelles les éléments perdent ou gagnent des électrons et les produits chimiques qui résultent de ces réactions.

Ces études peuvent faire la lumière sur la manière dont les matières radioactives peuvent se comporter dans les flux de déchets nucléaires et dans le stockage des déchets. De plus, les propriétés magnétiques de ces éléments peuvent affecter le développement de la science de l'information quantique et des matériaux quantiques.

Cependant, ces éléments radioactifs sont difficiles à manipuler. Cela rend difficile pour les scientifiques le développement de leur chimie moléculaire. Les ligands et les études électrochimiques de la recherche décrite ici aideront à relever les défis liés aux déchets nucléaires.

Cette recherche a permis de développer un ligand brisant la symétrie qui a permis aux scientifiques de synthétiser et de caractériser en détail des complexes non aqueux d'uranium, de neptunium et de plutonium dans des états d'oxydation élevés. Les résultats sont publiés dans la revue Inorganic Chemistry. et Angewandte Chemie International Edition .

Dans la série des actinides, la barrière à l’oxydation augmente considérablement après l’uranium, ce qui rend souvent la caractérisation de ces complexes difficile. La symétrie inférieure permet aux scientifiques d'obtenir de meilleures données cristallographiques et de mener des examens spectroscopiques et théoriques plus approfondis de la structure et des propriétés électroniques de ces complexes. Ce ligand est fortement donneur d'électrons et fournit un soutien suffisant aux complexes pauvres en électrons et à état d'oxydation élevé, qui autrement ne persisteraient pas.

Il permet aux chercheurs d'établir des stratégies de synthèse détaillées et des configurations électrochimiques non aqueuses pour la caractérisation des complexes radioactifs de neptunium et de plutonium.

Les études électrochimiques des complexes de cérium, d'uranium et de neptunium montrent que ce ligand a rendu les potentiels d'oxydation de ces espèces nettement plus accessibles. Ces potentiels d'oxydation sont corroborés par la théorie et éclairent la réactivité chimique et les propriétés physiques de ces systèmes.

Cela ouvre la voie à l'isolement et à l'étude de nouveaux complexes de neptunium et de plutonium à état d'oxydation élevé.

Plus d'informations : Julie E. Niklas et al, Contrôle des ligands de l'oxydation et des troubles cristallographiques dans l'isolement des complexes mono-oxo d'uranium hexavalent, Chimie inorganique (2023). DOI :10.1021/acs.inorgchem.2c04056

Kaitlyn S. Otte et al, Stabilités divergentes des complexes tétravalents de cérium, d'uranium et de neptunium imidophosphorane**, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202306580

Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition , Chimie inorganique

Fourni par le Département américain de l'énergie