Öffnung des Zugangs zur Erforschung der synthetischen Chemie des Neptuniums

Reste von Kernreaktoren enthalten das Element Neptunium. Um die Abfälle sicher zu lagern, müssen die Wissenschaftler mehr darüber wissen, wie man die Chemie des Neptuniums kontrolliert. Das Wissen um die Stabilität verschiedener Oxidationszustände ist von zentraler Bedeutung für die chemische Kontrolle. Die +3-Oxidationszahl ist in wässrigen (wasserbasierten) Lösungen im Allgemeinen nicht zugänglich. Die Forscher entwickelten einen einfachen Weg, um auf Neptunium in der Oxidationsstufe +3 zuzugreifen. Mit dieser Methode entdeckte das Team neue Eigenschaften von Neptunium. Sie fanden auch heraus, wie die Stabilität von Neptunium in dieser Oxidationsstufe im Vergleich zu Plutonium steht.

Neptuniummetall ist knapp und schwer zu erhalten. Daher ist es schwierig zu analysieren und vollständig zu verstehen, aber Wissenschaftler müssen mehr wissen, da dieses Metall zur Toxizität von Atommüll beiträgt. Jetzt können Forscher einen weithin zugänglichen Weg zum Neptunium finden. Diese Route ermöglicht eine signifikante Erweiterung der Anzahl der Neptuniummoleküle, die synthetisiert und analysiert werden können. Diese Arbeit in das Verhalten des Neptuniums über das Spektrum der verfügbaren Oxidationszustände (die sein Verhalten beeinflussen) ist längst überfällig.

Neptuniummetall ist extrem knapp und beschränkt seine Verwendung als Einstiegsmöglichkeit in die molekularchemische Forschung. Im Gegensatz dazu sind wässrige saure Stammlösungen von Neptunium durch die Auflösung von Neptunoxid, das kommerziell erhältlich ist, verfügbar. Mit dieser Lösung entwickelten die Forscher einen neuen, einfachen synthetischen Zugangsweg, um die luftsensitive, nichtwässrige Neptunchemie in der Oxidationsstufe +3 zu erforschen. Konkret haben sie gezeigt, dass ein zuvor entwickeltes Ausgangsmaterial in der Oxidationszustand +4 zu Neptunium(III) reduziert werden kann, um ein strukturell charakterisiertes Ausgangsmaterial mit bekannter Molekularformel zu erhalten, das isoliert werden kann (im Gegensatz zu aktuellen In-situ-Routen, für die die genaue Art des Ausgangsmaterials nicht bekannt ist). Diese neue Methode hilft, jedem zugelassenen radiologischen Labor einen allgemein zugänglichen Zugang zur Neptunium(III)-Chemie zu ermöglichen. Durch die Synthese von Neptunium können Wissenschaftler Details über die Chemie der Reduktions-Oxidation, die Bindungsmotive und die Eigenschaften der elektronischen Struktur ergründen. Frühere Studien mit Neptunium, die über diese neue synthetische Route hergestellt wurden, zeigen auch einige wichtige Unterschiede in der Reduktions-Oxidationsstabilität von Tetrahydrofuran zwischen Neptunium und Plutonium. Insbesondere fanden die Wissenschaftler heraus, dass Neptunium(IV) zwar in Tetrahydrofuran stabil ist, Plutonium(IV) aber nicht und bildet ein gemischtes valentes Plutonium(III)/Plutonium(IV)-Salz. Die Wissenschaftler kommen zu dem Schluss, dass diese Arbeit zu dem gleichen Grad an Fortschritten führen könnte, den die Forscher Anfang 2000 sahen, als sie einen ähnlichen Vorläufer für Uran entwickelten.

Mehr Informationen:
Scott A. Pattenaude et al. Nichtwässriges Neptunium- und Plutonium-Redoxverhalten bei THF – Zugang zu einem seltenen synthetischen Np(iii)-Vorläufer, Chemical Communications (2018). DOI: 10.1039/c8cc02611d

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