كيمياء الأكتينيدات

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
البلوتونيوم عنصر كيميائي مشع عابر لليورانيوم، وهو معدن من الأكتينيدات .

كيمياء الأكتينيدات (أو كيمياء الأكتينويدات ) هي أحد الفروع الرئيسية للكيمياء النووية التي تدرس العمليات والأنظمة الجزيئية للأكتينيدات . اشتق اسم الأكتينيدات من عنصر الأكتينيوم، وهو عنصر من المجموعة الثالثة . يُستخدم الرمز الكيميائي غير الرسمي An في المناقشات العامة لكيمياء الأكتينيدات للإشارة إلى أي أكتينيد. جميع الأكتينيدات، باستثناء واحد، هي عناصر من الفئة f ، أي أنها تشغل غلاف الإلكترونات 5f ؛ ويُعتبر اللورنسيوم، وهو عنصر من الفئة d، من الأكتينيدات أيضًا. بالمقارنة مع اللانثانيدات ، وهي أيضًا في الغالب عناصر من الفئة f ، تُظهر الأكتينيدات تكافؤًا أكثر تنوعًا . تشمل سلسلة الأكتينيدات 15 عنصرًا كيميائيًا فلزيًا بأعداد ذرية تتراوح من 89 إلى 103، من الأكتينيوم إلى اللورنسيوم . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

الفروع الرئيسية

كيمياء الأكتينيدات العضوية

على النقيض من الازدهار المبكر نسبياً لكيمياء الفلزات الانتقالية العضوية (من عام ١٩٥٥ حتى الآن)، فقد حدث التطور المقابل لكيمياء الفلزات العضوية للأكتينيدات بشكل رئيسي خلال الخمسة عشر عاماً الماضية. خلال هذه الفترة، ازدهر علم الفلزات العضوية للأكتينيدات، وبات من الواضح الآن أن لها كيمياء فلزات عضوية غنية ومعقدة وغنية بالمعلومات. وقد ظهرت أوجه تشابه مثيرة للاهتمام واختلافات واضحة عن عناصر المجموعة d. تستطيع الأكتينيدات تنسيق المجموعات العضوية النشطة أو الارتباط بالكربون بروابط تساهمية . [ ٥ ]

الديناميكا الحرارية للأكتينيدات

أُدركت ضرورة الحصول على كميات ديناميكية حرارية دقيقة لعناصر الأكتينيدات ومركباتها منذ بداية مشروع مانهاتن ، عندما شرع فريق متخصص من العلماء والمهندسين في برنامج لاستغلال الطاقة النووية لأغراض عسكرية. ومنذ نهاية الحرب العالمية الثانية ، حفزت الأهداف الأساسية والتطبيقية على حد سواء إجراء المزيد من الدراسات حول الديناميكا الحرارية للأكتينيدات. [ 6 ]

تكنولوجيا النانو والكيمياء فوق الجزيئية للأكتينيدات

تم إثبات إمكانية استخدام الخصائص الفريدة لللانثانيدات في تقنية النانو. وتناقش الدراسة أصل الخصائص البصرية الخطية وغير الخطية لمركبات اللانثانيدات مع الفثالوسيانينات والبورفيرينات والنفثالوسيانينات ونظائرها في المحاليل والحالة المكثفة، بالإضافة إلى آفاق الحصول على مواد جديدة بناءً عليها. وبناءً على البنية الإلكترونية وخصائص اللانثانيدات ومركباتها، وتحديدًا الخصائص البصرية والمغناطيسية، والتوصيلية الإلكترونية والأيونية، والتكافؤ المتغير، تم تصنيف المحركات الجزيئية. وتشمل هذه المحركات: محركات التخزين عالية السرعة أو محركات تخزين الذاكرة؛ ومحركات التحويل الضوئي الجزيئية القائمة على اللانثانيدات الثنائية والثلاثية؛ والمحركات الكهروكيميائية الجزيئية التي تستخدم زجاج السيليكات والفوسفات؛ والمحركات الجزيئية التي يعتمد تشغيلها على انتقالات طور التوصيلية من نوع العازل إلى شبه الموصل، ومن شبه الموصل إلى المعدن، ومن المعدن إلى الموصل الفائق؛ والمحركات الجزيئية ذات الإلكتروليت الصلب؛ والمحركات الجزيئية المصغرة للتحليل الطبي. لقد تبين أنه يمكن تكوين الجسيمات النانوية المستقرة ديناميكيًا حراريًا من تركيب Ln x M y بواسطة عناصر d من النصف الثاني من السلسلة، أي تلك المرتبة بعد M = Mn و Tc و Re. [ 7 ]

الكيمياء البيولوجية والبيئية للأكتينيدات

بشكل عام، تمر مركبات الأكتينيدات غير القابلة للذوبان ، مثل ثاني أكسيد اليورانيوم عالي الاحتراق ووقود الأكسيد المختلط (MOX)، عبر الجهاز الهضمي دون تأثير يُذكر، لعدم قدرتها على الذوبان والامتصاص من قِبل الجسم. أما مركبات الأكتينيدات المستنشقة ، فتكون أكثر ضررًا، إذ تبقى في الرئتين وتُشعّع أنسجتها. بينما يمكن امتصاص الأكاسيد منخفضة الاحتراق والأملاح الذائبة، مثل النترات، في مجرى الدم. وفي حال استنشاقها، فمن الممكن أن تذوب المادة الصلبة وتغادر الرئتين، وبالتالي تكون الجرعة التي تصل إلى الرئتين أقل في حالتها الذائبة.

الرادون والراديوم ليسا من الأكتينيدات، بل هما نواتج مشعة ناتجة عن تحلل اليورانيوم. وتُناقش جوانب من بيولوجيتهما وسلوكهما البيئي في قسم " الراديوم في البيئة" .

يُعد المونازيت، وهو معدن فوسفات من العناصر الأرضية النادرة والثوريوم، المصدر الرئيسي للثوريوم في العالم.

في الهند ، توجد كميات كبيرة من خام الثوريوم على شكل مونازيت في رواسب غرينية في رمال الكثبان الساحلية الغربية والشرقية ، وخاصة في المناطق الساحلية لولاية تاميل نادو . ويتعرض سكان هذه المنطقة لجرعة إشعاعية طبيعية أعلى بعشر مرات من المتوسط ​​العالمي. [ 8 ]

ارتبط الثوريوم بسرطان الكبد . في الماضي، كان يُستخدم الثوريا ( ثاني أكسيد الثوريوم ) كعامل تباين في التصوير الطبي بالأشعة السينية، ولكن تم إيقاف استخدامه. وكان يُباع تحت اسم ثوروتراست .

يُعد اليورانيوم عنصرًا وفيرًا تقريبًا مثل الزرنيخ أو الموليبدينوم . وتوجد تراكيز كبيرة منه في بعض المواد، مثل رواسب صخور الفوسفات ، ومعادن مثل الليغنيت ، ورمال المونازيت في الخامات الغنية باليورانيوم (ويُستخلص تجاريًا من هذه المصادر). يحتوي ماء البحر على حوالي 3.3 جزء في المليار من اليورانيوم وزنيًا [ 9 ] ، حيث يُشكّل اليورانيوم (VI) مركبات كربونات قابلة للذوبان . وقد اعتُبر استخلاص اليورانيوم من ماء البحر وسيلةً للحصول عليه. ونظرًا لانخفاض النشاط الإشعاعي النوعي لليورانيوم، فإن تأثيراته الكيميائية على الكائنات الحية غالبًا ما تفوق تأثيرات إشعاعه.

يشكل البلوتونيوم ، كغيره من الأكتينيدات، نواة من ثاني أكسيد البلوتونيوم ( بلوتونيل ) (PuO₂ ) . في البيئة، تتفاعل هذه النواة بسهولة مع الكربونات ، بالإضافة إلى جزيئات الأكسجين الأخرى (OH⁻ ، NO₂⁻ ، NO₃⁻ ، و SO₄²⁻ ) ، لتكوين مركبات مشحونة تتميز بسهولة حركتها وضعف ارتباطها بالتربة.

التفاعلات النووية

من بين الأدلة المبكرة على الانشطار النووي، تكوّن نظير مشع قصير العمر للباريوم ، والذي تم عزله من اليورانيوم المُشعّع بالنيوترونات ( يُعدّ كل من الباريوم -139 ، بنصف عمر يبلغ 83 دقيقة، والباريوم -140 ، بنصف عمر يبلغ 12.8 يومًا، من نواتج الانشطار الرئيسية لليورانيوم). في ذلك الوقت، كان يُعتقد أن هذا النظير نظير جديد للراديوم، إذ كان من الممارسات الكيميائية الإشعاعية الشائعة آنذاك استخدام راسب كبريتات الباريوم كحامل للمساعدة في عزل الراديوم .

بيوركس

تُعدّ عملية PUREX طريقةً لاستخلاص الأيونات باستخدام الاستخلاص السائل-السائل ، وتُستخدم لإعادة معالجة الوقود النووي المستهلك، بهدف استخلاص اليورانيوم والبلوتونيوم بشكل أساسي، كلٌ على حدة، من المكونات الأخرى. وتُعتبر الطريقة المُفضّلة حاليًا هي استخدام عملية الاستخلاص السائل-السائل PUREX ، التي تستخدم خليطًا من فوسفات ثلاثي البوتيل والهيدروكربون لاستخلاص كلٍّ من اليورانيوم والبلوتونيوم من حمض النيتريك . ويُصنّف هذا الاستخلاص لأملاح النترات ضمن آلية الإذابة . فعلى سبيل المثال، يتم استخلاص البلوتونيوم بواسطة عامل استخلاص (S) في وسط نتراتي وفقًا للتفاعل التالي.

Pu 4+(aq) + 4 NO − 3 (aq) + 2 S (عضوي) → [ Pu( NO  3 )4 S2 ](عضوي)

تتشكل رابطة معقدة بين الكاتيون المعدني والنترات وفوسفات ثلاثي البوتيل، وقد تم توصيف مركب نموذجي لمركب ثنائي أوكس يورانيوم (VI) مع اثنين من النترات واثنين من فوسفات ثلاثي الإيثيل باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية . [ 10 ] بعد خطوة الإذابة، من المعتاد إزالة المواد الصلبة الدقيقة غير القابلة للذوبان ، لأنها ستؤثر سلبًا على عملية استخلاص المذيبات بتغييرها للسطح البيني بين السائلين. من المعروف أن وجود مادة صلبة دقيقة يمكن أن يُثبّت المستحلب . غالبًا ما يُشار إلى المستحلبات باسم "الطور الثالث" في مجال استخلاص المذيبات.

يُستخدم مذيب عضوي مُكوّن من 30% من فوسفات ثلاثي البوتيل (TBP) في مذيب هيدروكربوني، مثل الكيروسين، لاستخلاص اليورانيوم على هيئة معقدات UO₂ ( NO₃ ) ₂ · 2TBP ، والبلوتونيوم على هيئة معقدات مماثلة ، من نواتج الانشطار الأخرى التي تبقى في الطور المائي. كما تبقى عناصر ما بعد اليورانيوم ، الأمريسيوم والكوريوم ، في الطور المائي. وقد خضعت طبيعة معقد اليورانيوم العضوي القابل للذوبان لبعض الأبحاث. وتمّ توصيف سلسلة من معقدات اليورانيوم مع النترات وفوسفات ثلاثي الألكيل وأكاسيد الفوسفين . [ 10 ]

يُفصل البلوتونيوم عن اليورانيوم بمعالجة محلول الكيروسين بكبريتات الحديدوز المائية ، التي تختزل البلوتونيوم بشكل انتقائي إلى حالة الأكسدة +3. ينتقل البلوتونيوم إلى الطور المائي. يُستخلص اليورانيوم من محلول الكيروسين عن طريق الاستخلاص العكسي في حمض النيتريك بتركيز يبلغ حوالي 0.2  مول  /ديسيمتر مكعب . [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ غراي ، ثيودور (2009). العناصر: استكشاف مرئي لكل ذرة معروفة في الكون . نيويورك: دار نشر بلاك دوغ وليفينثال. ص 240. ISBN  978-1-57912-814-2.
  2. ↑ عنصر الأكتينيد ، Encyclopædia Britannica على الانترنت
  3. ↑ على الرغم من أن "الأكتينويد" (بدلاً من "الأكتينيد") تعني "شبيهة بالأكتينيوم" وبالتالي يجب استبعاد الأكتينيوم، إلا أن هذا العنصر عادة ما يتم تضمينه في السلسلة.
  4. ↑ كونلي، نيل ج.؛ وآخرون (2005). "العناصر" . تسمية الكيمياء غير العضوية . لندن: الجمعية الملكية للكيمياء . ص 52. ISBN   0-85404-438-8.
  5. ↑ سوننبرغر، دي سي؛ مورس، إل آر؛ ماركس، تي جيه (1985). "الكيمياء الحرارية لعناصر f العضوية. إنثالبيات كسر رابطة الثوريوم-الرابطة في هيدروكربونات ثلاثي حلقي البنتادينيل الثوريوم". الكيمياء العضوية الفلزية . 4 (2): 352-355 . doi : 10.1021/om00121a028 .
  6. ↑ كوردفونك، إي (2001). "إنثالبيات تكوين مركبات اللانثانيدات I. LnCl3(cr)، LnBr3(cr) وLnI3(cr)". مجلة Thermochimica Acta . 375 ( 1-2 ): 17-50 . doi : 10.1016/S0040-6031(01)00509-3 . ISSN 0040-6031 . 
  7. ↑ تسيفادزه، أ. يو.؛ إيونوفا، جي. في.؛ ميخالكو، في. ك. (2010). "الكيمياء النانوية والكيمياء فوق الجزيئية للأكتينيدات واللانثانيدات: المشكلات والآفاق". حماية المعادن والكيمياء الفيزيائية للأسطح . 46 (2): 149-169 . doi : 10.1134/S2070205110020012 . ISSN 2070-2051 . S2CID 94403630 .  
  8. ↑ "مجموعة السياسات والأحكام القانونية المتعلقة باستغلال المعادن الموجودة في رمال الشواطئ" . حكومة الهند. مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 ديسمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 ديسمبر 2008 .
  9. ↑ "اليورانيوم: الأساسيات" . WebElements . تم الاسترجاع في 19-12-2008 .
  10. 1 2 بيرنز، جيه إتش (1983). "مركبات استخلاص المذيبات لأيون اليورانيل. 2. البنية البلورية والجزيئية لـ catena -bis( μ -di- n -butyl phosphato- O , O′ )dioxouranium(VI) و 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 .
  11. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 1261. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.