A oxidação é o processo em que os átomos perdem elétrons durante uma reação química. Entre os elementos radioativos, o neptúnio e o plutônio são muito mais difíceis de oxidar do que o urânio.



Para estudar esses elementos, os cientistas projetaram ligantes doadores – moléculas que contribuem com densidade eletrônica para centros metálicos. Isto permite aos cientistas estabilizar estes metais à medida que se tornam mais pobres em electrões (por outras palavras, atingem estados de oxidação mais elevados).

Isto move seus potenciais de oxidação (as energias nas quais é possível remover um elétron) para uma faixa muito mais acessível. Isto permite aos cientistas estudar complexos incomuns de cério, urânio e neptúnio. Em particular, ajuda os pesquisadores a examinar como os altos estados de oxidação afetam as estruturas e os comportamentos químicos desses elementos.

Acessar e estudar os altos estados de oxidação dos complexos de urânio, neptúnio e plutônio ajuda os cientistas a compreender suas reatividades químicas – a facilidade com que formam novos compostos químicos. Também ajuda os cientistas a estudar suas propriedades redox. Estas são as condições sob as quais os elementos perdem ou ganham elétrons e os produtos químicos que resultam dessas reações.

Esses estudos podem esclarecer como os materiais radioativos podem se comportar nos fluxos de resíduos nucleares e no armazenamento de resíduos. Além disso, as propriedades magnéticas desses elementos podem afetar o desenvolvimento da ciência da informação quântica e dos materiais quânticos.

No entanto, estes elementos radioativos são difíceis de manusear. Isso torna difícil para os cientistas desenvolverem sua química molecular. Os ligantes e os estudos eletroquímicos na pesquisa descrita aqui ajudarão a enfrentar os desafios dos resíduos nucleares.

Esta pesquisa desenvolveu um ligante que quebra a simetria que permitiu aos cientistas sintetizar e conduzir uma caracterização detalhada de complexos não aquosos de urânio, neptúnio e plutônio em estados de alta oxidação. As descobertas foram publicadas na revista Inorganic Chemistry e Angewandte Chemie Edição Internacional .

Em toda a série de actinídeos, a barreira à oxidação aumenta significativamente após o urânio, muitas vezes tornando a caracterização desses complexos um desafio. A menor simetria permite aos cientistas obter melhores dados cristalográficos e realizar exames espectroscópicos e teóricos mais completos da estrutura e propriedades eletrônicas desses complexos. Este ligante é fortemente doador de elétrons e fornece amplo suporte para complexos pobres em elétrons e com alto estado de oxidação, que de outra forma não persistiriam.

Ele permite que os pesquisadores estabeleçam estratégias sintéticas detalhadas e configurações eletroquímicas não aquosas para a caracterização de complexos radioativos de neptúnio e plutônio.

Estudos eletroquímicos de complexos de cério, urânio e neptúnio mostram que este ligante tornou os potenciais de oxidação dessas espécies significativamente mais acessíveis. Esses potenciais de oxidação são corroborados pela teoria e informam a reatividade química e as propriedades físicas desses sistemas.

Isso prepara o terreno para o isolamento e estudo de novos complexos de neptúnio e plutônio em estado de alta oxidação.

Mais informações: Julie E. Niklas et al, Controle de Ligante de Oxidação e Desordem Cristalográfica no Isolamento de Complexos Mono-Oxo de Urânio Hexavalente, Química Inorgânica (2023). DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c04056
Kaitlyn S. Otte et al, Estabilidades Divergentes de Complexos Tetravalentes de Cério, Urânio e Neptúnio Imidofosforano**, Angewandte Chemie Edição Internacional (2023). DOI:10.1002/anie.202306580

Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional , Química Inorgânica

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