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アクチノイド化学（またはアクチノイド化学）は、アクチニドのプロセスと分子システムを研究する核化学の主要分野の1つです。アクチニドの名前は、第3族元素のアクチニウムに由来しています。非公式の化学記号Anは、アクチニド化学の一般的な議論では、あらゆるアクチニドを指すために使用されます。1つを除いて、アクチニドはすべてfブロック元素であり、5f電子殻の充填に対応しています。dブロック元素のローレンシウムも、一般的にアクチニドと見なされています。ほとんどがfブロック元素であるランタノイドと比較すると、アクチニドははるかに可変的な原子価を示します。アクチニド系列は、アクチニウムからローレンシウムまでの原子番号89から103の15の金属化学元素を網羅しています。[1] [2] [3] [4]
主な支店
有機アクチニド化学
有機遷移金属化学が比較的早く開花した（1955年から現在）のとは対照的に、アクチニド有機金属化学の対応する発展は、主に過去15年ほどの間に起こりました。この期間中に5f有機金属科学が開花し、アクチニドは豊かで複雑で非常に有益な有機金属化学を持っていることが明らかになりました。dブロック元素との興味深い類似点と明確な違いが浮かび上がってきました。アクチニドは有機活性基を配位したり、共有結合によって炭素と結合したりすることができます。[5]
アクチニドの熱力学
アクチニド元素とその化合物の正確な熱力学的量を得る必要性は、科学者と技術者の熱心なチームが核エネルギーを軍事目的で利用する計画を開始したマンハッタン計画の開始時に認識されました。第二次世界大戦の終結以来、基礎的および応用的な目的の両方が、アクチニド熱力学のさらなる研究を促進してきました。[6]
アクチニドのナノテクノロジーと超分子化学
ナノテクノロジーにおいてランタニドのユニークな特性を利用する可能性を実証する。溶液および凝縮状態でのフタロシアニン、ポルフィリン、ナフタロシアニン、およびそれらの類似体を含むランタニド化合物の線形および非線形光学特性の起源と、それらを基にした新しい材料を得る見通しについて議論する。ランタニドおよびその化合物の電子構造と特性、すなわち光学的および磁気的特性、電子およびイオン伝導性、および変動する原子価に基づいて、分子エンジンを分類する。高速ストレージ エンジンまたはメモリ ストレージ エンジン、Ln(II) および Ln(III) に基づく光変換分子エンジン、ケイ酸塩およびリン酸塩ガラスを含む電気化学分子エンジン、絶縁体 - 半導体、半導体 - 金属、および金属 - 超伝導体のタイプの伝導性相転移に基づいて動作する分子エンジン、固体電解質分子エンジン、および医療分析用の小型分子エンジンが区別される。 Ln x M y組成の熱力学的に安定なナノ粒子は、系列の後半のd元素、すなわちM = Mn、Tc、およびReの後に配置される元素によって形成できることが示されている。 [7]
アクチニドの生物・環境化学
一般的に、摂取した不溶性アクチニド化合物、例えば高温二酸化ウランや混合酸化物 (MOX) 燃料は、体内で溶解して吸収されないため、消化器系を通過してもほとんど影響はありません。しかし、吸入したアクチニド化合物は肺に留まり肺組織を照射するため、より有害です。摂取した低温酸化物や硝酸塩などの可溶性塩は血流に吸収される可能性があります。吸入すると、固体が溶解して肺から排出される可能性があります。したがって、可溶性形態では肺への線量が低くなります。
ラドンとラジウムはアクチニドではなく、どちらもウランの崩壊によって生じた放射性娘核種です。これらの生物学的側面と環境挙動については、「環境中のラジウム」で説明されています。
インドでは、西部および東部沿岸の砂丘の砂鉱床、特にタミル・ナドゥ州の沿岸地域に、モナザイトの形で大量のトリウム鉱石が埋蔵されている。この地域の住民は、世界平均の10倍もの自然放射線量にさらされている。[8]
トリウムは肝臓 がんと関連づけられています。過去にはトリア（二酸化トリウム）が医療用X線撮影の造影剤として使用されていましたが、その使用は中止されました。これはトロトラストという名前で販売されていました。
ウランはヒ素やモリブデンと同程度に豊富に存在する。リン酸塩鉱床、亜炭、モナザイト砂などの鉱物、ウランを多く含む鉱石（商業的にはこれらの資源から回収される）などの物質には、かなりの濃度のウランが含まれている。 海水には、ウラン（VI）が可溶性炭酸塩錯体を形成するため、重量で約3.3ppbのウランが含まれている[ 9 ] 。海水からウランを抽出することは、この元素を得るための手段と考えられてきた。ウランの比放射能は非常に低いため、生物に対するウランの化学的影響は、その放射能の影響を上回ることが多い。
プルトニウムは、他のアクチニドと同様に、容易に二酸化プルトニウム（プルトニル）核（PuO 2）を形成します。環境中では、このプルトニル核は炭酸塩や他の酸素部分（OH −、NO−
2、いいえ−
3、など2−4
...）と結合して、土壌に対する親和性が低く、容易に移動できる荷電複合体を形成します。
核反応
核分裂の初期の証拠としては、中性子照射を受けたウランから分離されたバリウムの短寿命放射性同位体の形成が挙げられます(半減期 83 分の139 Ba と半減期 12.8 日の140 Ba は、ウランの主要な核分裂生成物です)。当時は、ラジウムの分離を助けるために硫酸バリウムのキャリア沈殿物を使用するのが標準的な放射化学手法であったため、これは新しいラジウム同位体であると考えられていました。
ピュレックス
PUREXプロセスは、使用済み核燃料を再処理するために使用される液液抽出イオン交換法であり、主にウランとプルトニウムを他の成分から独立して抽出します。現在選択されている方法は、トリブチルリン酸/炭化水素混合物を使用して硝酸からウランとプルトニウムの両方を抽出する PUREX液液抽出プロセスを使用することです。この抽出は硝酸塩の抽出であり、溶媒和メカニズムに分類されます。たとえば、硝酸塩媒体中の抽出剤 (S) によるプルトニウムの抽出は、次の反応によって起こります。
- プ4歳以上
(水溶液) + 4 NO−
3(水溶液) + 2 S (有機) → [ Pu( NO
3）
4S
2] (オーガニック)
金属陽イオン、硝酸塩、およびトリブチルリン酸の間で複雑な結合が形成され、2つの硝酸塩と2つのトリエチルリン酸を含むジオキソウラン(VI)錯体のモデル化合物がX線結晶構造解析によって特徴付けられています。[10]溶解ステップの後、微細な不溶性固形物を除去するのが普通です。そうしないと、液体-液体界面が変化して溶媒抽出プロセスが妨げられるからです。微細固形物の存在がエマルジョンを安定化できることが知られています。エマルジョンは、溶媒抽出の分野では 第3相と呼ばれることがよくあります。
灯油などの炭化水素溶媒に30%のトリブチルリン酸（TBP）を加えた有機溶媒は、水相に残る他の核分裂生成物からウランをUO 2 (NO 3 ) 2 ·2TBP錯体として、またプルトニウムを同様の錯体として抽出するために使用される。超ウラン元素のアメリシウムとキュリウムも水相に残る。有機可溶性ウラン錯体の性質は、いくつかの研究の対象となっている。硝酸塩、トリアルキルリン酸、およびホスフィン酸化物とウランとの一連の錯体が特徴付けられている。[10]
プルトニウムは、硫酸第一鉄水溶液で灯油溶液を処理するとウランから分離されます。この水溶液はプルトニウムを+3の酸化状態に選択的に還元します。プルトニウムは水相に移行します。ウランは、約0.2 mol dm −3の濃度で硝酸に逆抽出することで灯油溶液から分離されます。[11]
参照
参考文献
- ^ グレイ、セオドア（2009年）。『元素：宇宙に存在するすべての既知の原子の視覚的探究』ニューヨーク：ブラックドッグ＆レベンサル出版社。240ページ。ISBN 978-1-57912-814-2。
- ^ アクチニド元素、ブリタニカ百科事典オンライン
- ^ 「アクチノイド」（「アクチニド」ではなく）は「アクチニウムのような」という意味なのでアクチニウムは除外されるべきですが、その元素は通常この系列に含まれます。
- ^ コネリー、ニール G.; 他 (2005)。「元素」。無機化学命名法。ロンドン:王立化学協会。p. 52。ISBN 0-85404-438-8。
- ^ Sonnenberger, DC; Morss, LR; Marks, TJ (1985). 「有機f元素熱化学。トリシクロペンタジエニルトリウム炭化水素におけるトリウム-配位子結合破壊エンタルピー」。Organometallics . 4 ( 2): 352–355. doi :10.1021/om00121a028.
- ^ Cordfunke, E (2001). 「ランタニド化合物の生成エンタルピー I. LnCl3(cr), LnBr3(cr) および LnI3(cr)」. Thermochimica Acta . 375 (1–2): 17–50. doi :10.1016/S0040-6031(01)00509-3. ISSN 0040-6031.
- ^ Tsivadze, A. Yu.; Ionova, GV; Mikhalko, VK (2010). 「アクチニドとランタニドのナノ化学と超分子化学: 問題と展望」.金属の保護と表面の物理化学. 46 (2): 149–169. doi :10.1134/S2070205110020012. ISSN 2070-2051. S2CID 94403630.
- ^ 「海岸砂鉱物の採掘に関する政策および法定規定の概要」インド政府。2008年12月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年12月19日閲覧。
- ^ 「ウラン：基本情報」 WebElements . 2008年12月19日閲覧。
- ^ ab Burns, JH (1983). 「ウラニルイオンの溶媒抽出錯体。2.カテナ-ビス( μ-ジ-n-ブチルホスファト-O 、 O ′ )ジオキソウラン(VI)およびビス( μ-ジ-n-ブチルホスファト-O、O′ )ビス[(ニトラト)(トリ-n-ブチルホスフィンオキシド)ジオキソウラン(VI)]の結晶および分子構造」。Inorg . Chem . 22 (8): 1174. doi :10.1021/ic00150a006。
- ^ グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1997)。元素の化学(第 2 版)。バターワース-ハイネマン。p. 1261。ISBN 978-0-08-037941-8。