Plütonyum-Ligand Bağlarının Özelliklerinin İncelenmesi
Fotoğraf: Araştırmacılar deneysel ve sayısal verilerin bir kombinasyonunu kullanarak plütonyum-ligand bağlarının özelliklerini incelediler. (Fotoğraf: Nathan Johnson, Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı)
Elektronların plütonyum ve uranyum gibi aktinit elementleri içeren bileşiklerdeki düzenini anlamak, yeni nesil nükleer materyallerin gelişme sürecine yardımcı olabilir. Bu elementlerin karmaşık kimyaları ve radyoaktiviteleri nedeniyle analiz edilmesi zordur.
Bilim insanları klor ve plütonyumun belirli bir bileşik alt birimine sahip beş farklı hibrit materyal sentezlediler: [PuCl6]2- gibi. Anyonun elektronik yapısını araştırdılar ve plütonyum-klor bağlarındaki elektronlar büyük ölçüde paylaşılmadığında (iyonik), elektronların paylaşıldığı kovalent bağlardan da önemli katkılar sergilediklerini keşfettiler.
Bu gibi kovalent bağlar, atomun kuantum-mekanik modelinin 5f kabuğuyla ilişkilidir. Bu kabuk, bilim insanlarının gözlemleri ve elektronların atom çekirdeği etrafında nasıl düzenlendiği ile ilgili teoriler arasındaki uyumsuzluğun bir örneğidir.
Etki
Çalışmanın bulguları, bilim insanlarının, periyodik tabloda uranyumdan sonraki elementler olan uranyum ötesi (atom numarası 92’den büyük olan) elementlerin fiziksel ve kimyasal davranışlarını tahmin etme ve kavramaya yardım etmektedir. Bu, yeni nesil nükleer materyallerin gelişimini ileriye taşımaya yönelik önemli bir adımdır.
Ayrıca nükleer atıkların daha etkili bir şekilde yönetilmesine de yardımcı olabilir. Bu çalışma plütonyum-klor bağlarında 5f kabuğunun rolü üzerine yeni veriler elde ederek, f-elektron zorluğu ile ilgili ortak amaca da katkıda bulunmaktadır. Bunu çözmek, Bilim Ofisi Enerji Departmanı Ağır Element Kimyası Programının tüm bilim toplumunu kapsayan amacıdır.
Özet
Bilim insanları tarafından beş farklı hibrit materyal sentezlendi: X= H, Cl, Br, I olmak üzere (4XPyH)2[PuCl6] ve asidik, klorca zengin sulu bir ortamdan (4IPyH)4[PuCl6] ·2Cl. Araştırma grubu, Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı (PNNL), George Washington Üniversitesi, São Paulo Üniversitesi ve New York Buffalo Devlet Üniversitesi bilim insanlarından oluşuyordu.
Daha sonra, ekip moleküllerdeki atomların kuantum teorisi ve doğal lokalize molekül orbital analiz ile [PuCl6]2- anyonunun elektronik yapısını incelediler. Bilim insanları, plütonyum-ligand bağları içerisindeki temel bağ mekanizmasını ve hibrit atomik orbital katkılarını tayin ettiler.
Ayrıca daha önceki makalelerde bildirdikleri iki ilişkili bileşiği de değerlendirdiler. [PuO2Cl4]2- ve [PuCl3(H2O)5] moleküler birimlerini içeren materyalleri, bağlanma eğilimlerini göstermek için benzer bir inceleme aşamasına tabi tuttular.
Bulgular, Pu-Cl bağlarının çoğunlukla iyonik olduğunu ve yine de bağ polaritesinin [PuCl3(H2O)5] < [PuO2Cl4]2- < [PuCl6]2- şeklinde artan kayda değer kovalent katkılar sergilediğini gösterdi. Benzer şekilde, Pu-Cl bağlarındaki Pu-bazlı hibrit atomik orbitaller f orbital katkısının arttığı, azalmış s ve d orbital karakterine sahipti.
Bununla birlikte, Cl-bazlı hibrit atomik orbitaller çok farklı değildi. Bu durum 5f kabuğunun Pu-Cl bağının kovalent karakterine katkıda bulunduğu anlamına değil. İncelemenin bu aşaması plütonyum-ligand bağ analizinde koordinasyon geometrisi, yükseltgenme basamağının rolü ve metal-iyon yükü konusunda faydalı bilgiler sağlamıştır.
Bu araştırmanın ana finansman kaynağı Bilim Enerji Ofisi Bölümü, Temel Enerji Bilimleri programı, Kimya Bilimleri, Yer Bilimleri ve Biyobilimler Bölümü, PNNL ve GWU Ağır Element Kimyası programıdır. Araştırmacılar ayrıca Ulusal Teknik Nükleer Adli Tıp Merkezi ve São Paulo Araştırma Vakfı’nın (FAPESP) desteğini de kabul ediyorlar.
George Washington Üniversitesi’ndeki Araştırma Teknolojisi Hizmetleri, Ulusal Bilimsel Hesaplama Laboratuvarı (LNCC / MCTI, Brezilya, SDumont süper bilgisayarı) ve Buffalo Üniversitesi’ndeki Hesaplamalı Araştırma Merkezi tarafından işletilen Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Grubu, hesaplama kaynaklarını sundu.
Kaynak: azom.com