كلوريد النبتونيوم (III)

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

كلوريد النبتونيوم (III) أو ثلاثي كلوريد النبتونيوم هو مركب كيميائي يتكون من النبتونيوم والكلور ، وصيغته الكيميائية NpCl₃ . وهو مادة مسترطبة ، حيث يمتص الرطوبة من الهواء لتكوين هيدرات . كما يمكن تكوين الهيدرات من المحاليل . ويمكن تحضير الشكل اللامائي منه بعدة طرق، يتضمن العديد منها اختزال كلوريد النبتونيوم (IV) ( NpCl₄ )، مع إمكانية استخدام تفاعلات أخرى أيضًا. ويُستخدم في مفاعلات الأملاح المنصهرة ، وهو مادة بارامغناطيسية .

يتخذ كلوريد النبتونيوم (III) اللامائي نفس البنية السداسية لكلوريد اليورانيوم (III) . ويبدو أن بنية هيدراته غير معروفة ، ولكن يُتوقع أن يُشكّل هيدرات بتركيب NpCl₃ · 7H₂O بنفس بنية مركبات اللانثانيدات المقابلة. ويُشكّل كلوريد النبتونيوم (III) نواتج إضافة مع روابط مثل البيريدين (py؛ C₅H₅N ) ، بصيغة NpCl₃ (py) ₄ . ويُعدّ هذا الناتج مادةً أوليةً مفيدةً لتحضير مركبات نبتونيوم أخرى .

توليف

هيدرات

يمكن إنتاج هيدرات كلوريد النبتونيوم (III) من محلول كلوريد النبتونيوم ، المُحضر بإذابة مركبات النبتونيوم في حمض الهيدروكلوريك (HCl). يجب إضافة عامل مُختزل مثل كلوريد هيدروكسيل الأمونيوم ( [ NH₃OH ] Cl ) لتحويل النبتونيوم إلى حالة الأكسدة +3. تترسب الهيدرات عند ترك المحلول يتبخر حتى يجف. [ 3 ] تتكون الهيدرات أيضًا من تفاعل كلوريد النبتونيوم (III) اللامائي مع الرطوبة. [ 4 ] : ​​2416

لا مائي

يمكن تحضير كلوريد النبتونيوم (III) اللامائي عن طريق تفاعل هيدرات كلوريد النبتونيوم (III) المترسب من المحلول مع كلوريد الثيونيل ( SOCl₂ ) . ويُفصل عن SOCl₂ بتسخين الناتج تحت فراغ. [ 3 ] ويحدث تفاعل الهيدرات مع كلوريد الثيونيل كما يلي : [ 5 ]

NpCl₃ · x H₂O + x SOCl₂ → NpCl₃ + x SO₂ + 2 x HCl​​​

يُنتج كلوريد النبتونيوم (III) أيضًا من اختزال كلوريد النبتونيوم (IV) ( NpCl₄ ) . ويمكن تحضير كلوريد النبتونيوم (IV) بتفاعل أكسيد النبتونيوم (IV) ( NpO₂ ) مع رابع كلوريد الكربون ( CCl₄ ) أو بمزيج من غاز الكلور ( Cl₂ ) و CCl₄ . وبدلاً من ذلك، يمكن تفاعل أكسالات النبتونيوم (IV) ( Np ( C₂O₄ ) ₂ ) مع CCl₄ لإنتاج NpCl₄ . ويحدث تفاعل الأكسيد مع CCl₄ كما يلي : [ 2 ] [ 6 ]

NpO₂ + 2 CCl₄ → NpCl₄ + 2 COCl₂

يؤدي اختزال كلوريد النبتونيوم الثلاثي ( NpCl₄) باستخدام غاز الهيدروجين ( H₂ ) أو الأمونيا ( NH₃ ) أو الزنك إلى إنتاج كلوريد النبتونيوم الثلاثي . كما ينتج عن تفاعل أكسيد النبتونيوم الرباعي (NpCl₄) مع خليط من رابع كلوريد الكربون ( CCl₄ ) وغاز الهيدروجين كلوريد النبتونيوم الثلاثي (NpCl₃ ). [ 2 ] [ 6 ]

2 NpCl 4 + H 2 → 2 NpCl 3 + 2 HCl
6 NpCl 4 + 2 NH 3 → 6 NpCl 3 + 6 HCl + N 2 [ 7 ]

يُعدّ رابع كلوريد الكربون مادةً أكالة، لذا يمكن استخدام كواشف أخرى بدلاً منه. على سبيل المثال، ينتج عن تفاعل نتريد النبتونيوم (NpN) مع كلوريد الكادميوم ( CdCl₂ ) عن طريق تسخين خليط مطحون من المركبين كلوريد النبتونيوم (III): [ 2 ]

2 NpN + 3 CdCl 2 → 2 NpCl 3 + 3 Cd + N 2

ملكيات

مثل كلوريدات الأكتينيدات الثلاثية الأخرى، يتميز كلوريد النبتونيوم الثلاثي بخاصية استرطابية ، حيث يمتص الرطوبة من الهواء لتكوين هيدرات . [ 4 ] : ​​2416 وبينما لا تتوفر معلومات حول تركيب هيدرات كلوريد النبتونيوم الثلاثي، تشير المقارنات مع ثلاثي كلوريدات اللانثانيدات إلى أن NpCl3 يُفترض أن يُشكّل هيدرات سباعية ( NpCl3 · 7H2O ) بناءً على نصف قطر أيون النبتونيوم . [ 8 ] عند درجات حرارة أقل من 50 كلفن، يُظهر كلوريد النبتونيوم الثلاثي مغناطيسية مسايرة مستقلة عن درجة الحرارة ، وعند درجات حرارة أعلى، يُظهر مغناطيسية مسايرة من نوع كوري-فايس . [ 9 ]

بناء

يمتلك كلوريد النبتونيوم (III) اللامائي بنية بلورية من نوع كلوريد اليورانيوم (III) . هذه البنية سداسية . يتميز النبتونيوم بارتباطه بتسع ذرات كلور، حيث يمتلك النبتونيوم هندسة تنسيقية موشورية ثلاثية الرؤوس ؛ ست ذرات كلور تُشكل موشورًا ثلاثيًا حول ذرة النبتونيوم، بينما تُغطي الذرات الثلاث المتبقية الأوجه المستطيلة. تتصل قواعد الموشورات معًا لتُشكل سلاسل لا نهائية. [ 10 ] : 131 [ 11 ] : 1096–1097

التركيب البلوري لـ NpCl 3. اللون الأزرق هو النبتونيوم، والأخضر هو الكلور.
مجال التناسق لكل ذرة نبتونيوم في بنية NpCl 3. اللون الأزرق هو النبتونيوم، والأخضر هو الكلور.
مجال التناسق لكل ذرة كلور في بنية NpCl 3. اللون الأزرق هو النبتونيوم، والأخضر هو الكلور.

أما بالنسبة للهيدرات، فمن المتوقع أن يشكل كلوريد النبتونيوم (III) هيدرات سباعية، NpCl₃ · 7H₂O ، والتي ستكون متماثلة البنية مع مركبات اللانثانيدات المقابلة . [ 8 ] تتكون هذه المركبات من وحدات ثنائية الصيغة M₂Cl₂ (H₂O ) ₄⁺¹⁴ ( حيث M = فلز) ، وتتميز كل ذرة فلز فيها بارتباطها بسبع جزيئات ماء. يربط أيونان من الكلوريد مراكز الفلزات . وترتبط هذه الوحدات معًا بواسطة أيونات كلوريد إضافية، ترتبط بجزيئات الماء من خلال روابط هيدروجينية . يمكن تمثيل هذه البنية على النحو التالي : [ ( H₂O ) ₇M ( μ₂ - Cl₂ ) M ( H₂O ) ₄⁺⁷ ] Cl₄ . [ 12 ]

نموذج لأيون Np₂Cl₂ ( H₂O ) ₄⁺¹⁴ ، كما هو موجود في التركيب المتوقع لـ NpCl₃ · 7H₂O . اللون الأزرق يمثل النبتونيوم، والأخضر يمثل الكلوريد، والأحمر يمثل الأكسجين، والأبيض يمثل الهيدروجين.

مجمعات

مع البيريدين

يُعرف مُركّبٌ مُضافٌ بين كلوريد النبتونيوم (III) والبيريدين (C₅H₅N)، تركيبه NpCl₃(py)₄ (حيث py = بيريدين). يبدأ تحضير هذا المُركّب من مُركّب ثنائي ميثوكسي الإيثان المُضاف إلى كلوريد النبتونيوم ( IV ) ، NpCl₄ ( DME ) ₂ ( حيث DME = ثنائي ميثوكسي الإيثان ) . يُنتج عن إذابة هذا المُركّب في رباعي هيدروفوران ( C₄H₈O ؛ THF ) مُركّبٌ مُضافٌ مع رباعي هيدروفوران، NpCl₄ ( THF) ₃ . يُختزل هذا المُركّب باستخدام جرافيت السيزيوم ، مُكوّناً مسحوقاً أصفر اللون، يُفترض أنه NpCl₃ ( THF) ₓ . تُذاب هذه المادة في البيريدين ، ثم في إيثيل الإيثر ( C₂H₅ ) ₂O ، للحصول على مُركّب البيريدين المُضاف. [ 13 ] يُعد هذا المركب مادة أولية مفيدة لتخليق مركبات النبتونيوم الأخرى ، [ 14 ] مثل تلك التي يكون فيها النبتونيوم في حالة الأكسدة +3 . [ 15 ]

الاستخدامات

يمكن استخدام كلوريد النبتونيوم (III) في مفاعلات الملح المنصهر ، وهي نوع من المفاعلات النووية التي يكون فيها الوقود و/أو المبرد عبارة عن ملح منصهر . في هذه الحالة، يُستخدم كلوريد النبتونيوم (III) كوقود. يُدمج كلوريد النبتونيوم (III) مع أملاح أخرى، مثل كلوريدات الأكتينيدات الأخرى أو هاليدات الفلزات القلوية . [ 16 ] [ 17 ]

مراجع

  1. ↑ يوشيدا، زينكو؛ جونسون، ستيفن؛ كيمورا، تاكاومي؛ كرسول، جون (2011). "النبتونيوم". كيمياء عناصر الأكتينيدات وما وراء الأكتينيدات . doi : 10.1007/978-94-007-0211-0_6 . ISBN 978-1-4020-3555-5.
  2. 1 2 3 4 هاياشي، هيروكازو؛ تاكانو، ماساهيدي؛ كوراتا، ماساكي؛ ميناتو، كازو (2013). "توليفات ثلاثي كلوريد النبتونيوم وقياسات درجة حرارة ذوبانه" . مجلة المواد النووية . 440 ( 1– 3): 477– 479. بيب كود : 2013JNuM..440..477H . دوى : 10.1016/j.jnucmat.2013.01.316 .
  3. 1 2 براءة اختراع أمريكية رقم 5098682 ، فوروبولوس، جيري وأفينز ، لاري ر.، "تجفيف هيدرات ثلاثي كلوريد البلوتونيوم أو النبتونيوم" 
  4. 1 2 غوتوفسكي، كيث إي.؛ بريدجز، نيكولاس جيه.؛ روجرز، روبن دي. (2010). "الكيمياء البنيوية للأكتينيدات" . كيمياء عناصر الأكتينيدات وما وراء الأكتينيدات . ص 2380-2523 . doi : 10.1007/978-94-007-0211-0_22 . ISBN  978-94-007-0210-3.
  5. ↑ براي، ألفريد ر.؛ هيتميلر، ريتشارد ف.؛ سترايكر، ستانلي؛ أفتانديليان، فيكتور د.؛ مونيابان، ت.؛ تشودري، د.؛ تامريس، ميلتون (1990). "كلوريدات المعادن اللامائية" . التخليق غير العضوي . المجلد 28. الصفحات 321-323 . doi : 10.1002/9780470132593.ch80 . ISBN   978-0-471-52619-3.
  6. 1 2 فريد، س.؛ ديفيدسون، ن. ر. "الكيمياء الجافة الأساسية للنبتونيوم" .
  7. ↑ شيفت، إيرفينغ؛ فريد، شيرمان (1953). "مركبات النبتونيوم الجديدة" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 75 (5): 1236-1237 . Bibcode : 1953JAChS..75.1236S . doi : 10.1021/ja01101a067 .
  8. 1 2 بيرنز، جون هـ.؛ بيترسون، جوزيف ريتشارد (1971). "التركيب البلوري لسداسي هيدرات ثلاثي كلوريد الأمريسيوم وسداسي هيدرات ثلاثي كلوريد البركليوم" . الكيمياء اللاعضوية . 10 : 147-151 . doi : 10.1021/ic50095a029 .
  9. ^ جونز، ER. هندريكس، أنا؛ ستون، جا؛ كاراكر، دي جي (1974). "الخصائص المغناطيسية لثلاثي الكلوريدات، وثلاثي البروميدات، وثلاثي اليودات من U(III)، Np(III)، وPu(III)" . مجلة الفيزياء الكيميائية . 60 (5): 2088– 2094. بيب كود : 1974JChPh..60.2088J . دوى : 10.1063/1.1681318 .
  10. ↑ براون، ديفيد (1972). "المركبات مع الكلور" . ترانس يورين . ص 129-147 . doi : 10.1007/978-3-662-11547-3_7 . ISBN  978-3-662-11548-0.
  11. ↑ كلارك، ديفيد ل.؛ هيكر، سيغفريد س.؛ جارفينين، غوردون د.؛ نيو، ماري ب. (2011). "البلوتونيوم". كيمياء عناصر الأكتينيدات وما وراء الأكتينيدات (ملف PDF) . doi : 10.1007/978-94-007-0211-0_7 . ISBN 978-94-007-0211-0.
  12. ↑ كانداباداج، ثيميرا؛ ليجنون ، بو؛ بارانيتس، سفياتوسلاف (2024). "دراسة هيكلية شاملة لهيدرات كلوريد اللانثانيد (III): [RECl3· xH2O ( RE = La – Nd , Sm – Lu; ​​x = 6, 7) ] " . Acta Crystallographica Section E. 80 ( 12): 1342–1349 . Bibcode : 2024AcCrE..80.1342K . doi : 10.1107/ S2056989024011319 . PMC 11789172. PMID 39906789 .  
  13. ↑ باتينود، سكوت أ.؛ أندرسون، نيكولاس هـ.؛ بارت، سوزان س.؛ غونت، أندرو ج.؛ سكوت، برايان ل. (2018). "سلوك الأكسدة والاختزال غير المائي للنبتونيوم والبلوتونيوم في رباعي هيدروفوران - الوصول إلى طليعة اصطناعية نادرة للنبتونيوم (III)" . مجلة الاتصالات الكيميائية . 54 (48): 6113-6116 . doi : 10.1039/C8CC02611D . OSTI 1436357. PMID 29736543 .  
  14. ↑ مايرز، ألكسندر جيه؛ تارلتون، مايكل إل؛ كيلي، ستيفن بي؛ لوكينز، واين دبليو؛ والينسكي، جاستن آر. (2019). "تخليق واستخدام معقد هيدروكربيل النبتونيوم (III)" . Angewandte Chemie International Edition . 58 (42): 14891–14895 . Bibcode : 2019ACIE...5814891M . doi : 10.1002/anie.201906324 . PMID 31412157 . 
  15. ↑ هارفي، جونيل. "طريق جديد للوصول إلى حالة الأكسدة +3 للنبتونيوم" . عالم الكيمياء . الجمعية الملكية للكيمياء .
  16. ↑ ميدجلي، إيما (11 مارس 2025). "ما هي مفاعلات الملح المنصهر؟" . الوكالة الدولية للطاقة الذرية .
  17. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 2017/0301418 ، دودسون، أندرو ماكول؛ سيمبسون، مايكل فورست وفيل ، إدوارد وآخرون، "تركيبات ملحية لمفاعلات الملح المنصهر"