журнал для профессионалов
в химии, материаловедении, нанотехнологиях, науках о жизни

Российские химики создали три новых соединения урана

Уран — основное ядерное топливо, все еще играющее важную роль в снабжении человечества электричеством (лишь недавно совместная выработка возобновляемой энергетики превысила выработку АЭС). Чтоб получить уран из руды и поместить его в реактор, необходимо чем-то «прицельно» извлечь его из сравнительно бедной породы (богатых урановых руд практически нет). После отработки урана в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛ) реактора его также желательно выделить из сложного коктейля образовавшихся радиоактивных изотопов. А в случае, если уран попадет в окружающую среду, его нужно суметь быстро локализовать и собрать из водоемов. Чтобы эффективно решить все эти задачи, необходимо изучать наиболее устойчивые соединения урана.

Тяжелые металлы вообще и уран в частности часто образуют комплексные соединения. Это значит, что в них атомы урана становятся центральными, а уже вокруг них группируются остальные частицы. В новой работе ученые получили одиночные кристаллы трех сложных комплексных соединений — гидрат изобутиратоуранилата натрия, изобутиратоуранилат цезия и изовалератоуранилат аммония. Все они — «родственники» тех, что сегодня применяются в ядерном топливном цикле, поэтому открытие может иметь заметное прикладное значение. Для получения этих соединений проводилось испарение (при постоянной температуре) взвесей, содержащих соответствующие компоненты. Для точного описания строения кристаллов использовался рентгеноструктурный анализ.

Во всех новых комплексных соединениях уран — центральный элемент, а остальные ионы могут заменяться. Например, в почве их место могут занять ионы гуминовых кислот, входящих в состав гумуса. А в рудах — ионы неорганических кислот. Примечательно, что уран стоит «в центре» не один: рядом с ним находятся два атома кислорода. Втроем они формируют уранил-ион, который за счет положительного заряда может занимать место металлов в солях. В качестве второго компонента для таких солей ученые решили взять ионы карбоновых кислот.

Многие уже существующие сочетания уранил-ионов и бутиратов или валератов имеют общее свойство. Их углеводородные цепи очень гибкие, что делает кристаллическую решетку соединений неустойчивой и позволяет легко ее деформировать. Поэтому в новой работе химики хотели синтезировать соединения с цепями той же длины (разновидности бутиратов и валератов), но с разветвленной структурой, чтобы проверить, помогут ли эти разветвления поддерживать более стабильную структуру в кристалле. В целом ряде случаев (например, при связывании урана в солях после отработки ядерного топлива) желательно иметь повышенную устойчивость соединений, исключающую высвобождение урана.

Однако выяснилось, что кристаллы новых соединений, даже несмотря на разветвленную структуру, трудно отнести к стабильным при нормальных условиях. Тем не менее в данном случае важен и отрицательный результат. Авторы исследования считают, что полученные ими новые сведения о химии урана не только продвинут вперед фундаментальную науку, но и могут иметь прикладное значение, например в оценке стабильности соединений урана, возникающих в природе как до, так и после вовлечения этого металла в состав ядерного топлива.

ТАСС по материалам Dalton Transactions,
DOI: 10.1039/C7DT04042C

Оставить комментарий