Published August 10, 2021 | Version v1
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Actinides chemistry - Complexes and solids in aqueous media

Creators

  • 1. Commissariat a l'energie atomique et aux energies alternatives - CEA Saclay (France)
  • 2. Commissariat a l'energie atomique et aux energies alternativse - CEA (France)

Description

The basics of the chemistry of actinides in aqueous solution is presented. Their electronic structure enables them to adopt several stable oxidation states, in the form of simple cations and actinyl molecular ions, which offers similarities and differences with lanthanides or transition metals. The speciation of actinides can be assessed following a thermodynamic approach based on species formation equilibria. After a brief presentation of thermodynamics, we focus in this article on the main chemical reactions for the actinides Th, U, Np, Pu, Am, Cm, in aqueous media: oxidation-reduction, hydrolysis, interactions with inorganic ligands, solubility, sorption onto mineral surfaces, and finally interactions with organic ligands. (author)

Abstract (French)

Les actinides sont des elements du bloc f, comme les lanthanides, et ont une position particuliere dans le tableau periodique des elements etabli par Mendeleev, inseres au niveau de la 3e colonne et de la 7e ligne. La serie des elements actinides est composee de 15 elements, debute avec l'actinium (Z = 89) et se termine au laurencium (Z = 103). Ce sont des radioelements, au sens que tous leurs isotopes sont instables, donc radioactifs. La duree de vie de ces isotopes est donnee par leur periode radioactive ou demi-vie, elle varie considerablement d'un isotope a un autre. Des isotopes peu radioactifs de thorium (232Th) et d'uranium (238U et 235U) existent naturellement puisque leur demi-vie est comparable ou superieure a l'age de la Terre, respectivement 14, 4,5, et 0,7 milliards d'annees. Ils se desintegrent tres lentement, donnant lieu a la formation d'autres isotopes d'actinides. Ces trois chaines de decroissance radioactive naturelle sont notees par famille 4n(232Th), 4n+2(238U) et 4n+3(235U) qui correspond au nombre de masse de tous les nucleides de la chaine. La famille 4n+1dont le nucleide pere est 237Np a aujourd'hui disparu car la demi-vie radioactive du 237Np est d'environ 2,1 millions d'annees. En outre, des reactions nucleaires naturelles ont participe a la formation d'isotopes. On trouve naturellement les isotopes 234U, 230Th et 231Pa. Les isotopes artificiels proviennent des bombes nucleaires et des reacteurs nucleaires. Ces derniers produisent surtout les isotopes 237Np, 239Pu formes a partirde 238U, 234U et 236U formes a partir de 235U, ainsi que 238Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu, 241Am, 243Am et 244Cm. La manipulation des actinides impose des precautions au regard de leur radioactivite (nature des rayonnement et activite) en suivant des exigences de surete et de securite. Travailler avec des analogues chimiques non radioactifs peut s'averer utile, c'est pourquoi des conseils d'analogues sont indiques dans cet article. Certains isotopes d'actinides ont toutefois une periode radioactive tres grande, de plusieurs milliards d'annees (par exemple 4,47 milliards d'annees pour 238U); ils presentent davantage une dangerosite chimique comme elements lourds que radiologique. Au-dela du numero atomique Z = 104, les elements sont appeles transactinides ou elements super-lourds, dont les isotopes ont des durees de vie au maximum de quelques secondes (a l'exception du dubnium dont certains isotope sont des demi-vies de plusieurs heures). Dans l'industrie, la chimie (ou la geochimie) des actinides intervient principalement dans des contextes ou pour des objectifs varies qui suivent le cycledu combustible nucleaire: recherche de gisements d'uranium ou de thorium; traitement du minerai; enrichissement isotopique de l'uranium pour accroitre la teneur en 235U fissile; fabrication de combustible; comportement en milieux a haute temperature et haute pression en cas de relachement dans les circuits caloporteurs des reacteurs; retraitement de combustibles irradies; conditionnement et stockage de dechets radioactifs; evaluation de l'impact environnemental et sur l'homme des activites industrielles. Dans le domainede la recherche, de nombreuses etudes sont conduites sur les actinides sur des aspects fondamentaux, la chimie des actinides etant particulierement riche, ou appliques en conditions physico-chimiques tres diverses. La chimie des actinides en milieux aqueux intervient en particulier dans des contextes environnementaux (calculs d'impact, stockage de dechets en surface ou en milieux geologiques profonds), dans des milieux biologiques (contamination, toxicite), ou dans des procedes analytiques ou industriels le plus souvent en solutions de fortes acidites ou basicites. La gestion des anciennes installations industrielles ou de recherche en phase d'assainissement et de demantelement pose aussi des questions relatives au comportement chimique d'actinides dans des milieux souvent complexes, comme par exemple des effluents de cuves. (auteur)

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Chimie des actinides - Complexes et solides en milieux aqueux

Publishing Information

Publisher
Editions Techniques de l'Ingenieur
Imprint Place
Saint-Denis (France)
Imprint Pagination
21 p.

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
53002767
Subject category
S38: RADIATION CHEMISTRY, RADIOCHEMISTRY AND NUCLEAR CHEMISTRY;
Descriptors DEI
ACTINIDE COMPLEXES; ACTINIDE COMPOUNDS; ACTINIDES; ACTIVATION ENERGY; AQUEOUS SOLUTIONS; CHEMICAL BONDS; CHEMICAL STATE; ELECTRONIC STRUCTURE; HYDROLYSIS; INTERATOMIC DISTANCES; ORGANIC COMPOUNDS; REDOX POTENTIAL; SOLUBILITY; SORPTION; TEMPERATURE DEPENDENCE; VALENCE
Descriptors DEC
CHEMICAL REACTIONS; COMPLEXES; DECOMPOSITION; DISPERSIONS; DISTANCE; ELEMENTS; ENERGY; HOMOGENEOUS MIXTURES; LYSIS; METALS; MIXTURES; SOLUTIONS; SOLVOLYSIS

Optional Information

Notes
51 refs.