اليورانيل

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
نموذج الكرة والعصا لـ UO2+
2
أيون اليورانيل، يظهر ترتيب رابطة U–O 3

أيون اليورانيوم هو أكسدة اليورانيوم في حالة الأكسدة +6، والصيغة الكيميائية UO 2+
2. له بنية خطية مع روابط U–O قصيرة، مما يدل على وجود روابط متعددة بين اليورانيوم والأكسجين. قد ترتبط أربعة أو أكثر من الربائط بأيون اليورانيوم في المستوى الاستوائي حول ذرة اليورانيوم. يشكل أيون اليورانيوم العديد من المركبات ، وخاصة مع الربائط التي تحتوي على ذرات مانحة للأكسجين. تعتبر مركبات أيون اليورانيوم مهمة في استخراج اليورانيوم من خاماته وفي إعادة معالجة الوقود النووي .

البنية والترابط

f z 3 المداري

أيون اليورانيوم خطي ومتماثل، حيث يبلغ طول الرابطة U–O حوالي 180 بيكومتر. تشير أطوال الرابطة إلى وجود رابطة متعددة بين ذرات اليورانيوم والأكسجين. نظرًا لأن اليورانيوم (VI) له التكوين الإلكتروني للغاز النبيل السابق ، الرادون ، فإن الإلكترونات المستخدمة في تكوين روابط U–O يتم توفيرها بواسطة ذرات الأكسجين. يتم التبرع بالإلكترونات في مدارات ذرية فارغة على ذرة اليورانيوم. المدارات الفارغة ذات أدنى طاقة هي 7s و5f و6d. من حيث نظرية الرابطة التكافؤية ، يمكن تكوين روابط سيجما باستخدام d z 2 وf z 3 لبناء مدارات هجينة sd وsf وdf ( يمر المحور z عبر ذرات الأكسجين). يمكن استخدام (d xz و d yz ) و (f xz 2 و f yz 2 ) لتكوين روابط باي . نظرًا لأن زوج المدارات d أو f المستخدمة في الترابط متدهورة بشكل مزدوج ، فإن هذا يعادل ترتيب رابطة إجمالي يبلغ ثلاثة. [1]

بنية نترات اليورانيل ثنائي الهيدرات (UO2 ( H2O ) 2 ( NO3 ) 2 ) . من سمات مجموعة اليورانيل أن مركز O=U=O خطي. في المستوى الاستوائي للمركب توجد ست روابط UO لنترات ثنائية السن وربيطتان مائيتان. عند 245-151 بيكومتر ، تكون روابط UO هذه أطول بكثير من روابط U=O لمركز اليورانيل. [2]

يرتبط أيون اليورانيوم دائمًا برباطات أخرى. والترتيب الأكثر شيوعًا هو أن تقع ما يسمى بالربائط الاستوائية في مستوى عمودي على خط O–U–O ويمر عبر ذرة اليورانيوم. مع وجود أربعة ربائط، كما في [UO2Cl4 ] 2− ، يكون لليورانيوم بيئة ثماني السطوح مشوهة . وفي كثير من الحالات، يشغل أكثر من أربعة ربائط خط الاستواء. [ بحاجة لمصدر ]

في فلوريد اليورانيوم ، UO2F2 ، تصل ذرة اليورانيوم إلى رقم تنسيق 8 من خلال تكوين بنية طبقية مع ذرتي أكسجين في تكوين يورانيل وستة أيونات فلوريد تربط بين مجموعات اليورانيل. تم العثور على بنية مماثلة في ثلاثي أكسيد اليورانيوم α، مع الأكسجين بدلاً من الفلوريد ، إلا أنه في هذه الحالة تكون الطبقات متصلة من خلال مشاركة ذرة الأكسجين من "مجموعات اليورانيل"، والتي يتم تحديدها من خلال وجود مسافات U–O قصيرة نسبيًا. يحدث هيكل مماثل في بعض اليورانات ، مثل يورانات الكالسيوم، CaUO4 ، والتي يمكن كتابتها على أنها Ca(UO2 ) O2 على الرغم من أن البنية لا تحتوي على مجموعات يورانيل معزولة. [3]

التحليل الطيفي

يرجع لون مركبات اليورانيل إلى انتقالات شحنة الربيطة إلى المعدن عند حوالي 420 نانومتر، على الحافة الزرقاء للطيف المرئي . [4] [5] يعتمد الموقع الدقيق لنطاق الامتصاص ونطاقات NEXAFS على طبيعة الربيطة الاستوائية. [6] عادة ما تكون المركبات التي تحتوي على أيون اليورانيل صفراء، على الرغم من أن بعض المركبات حمراء أو برتقالية أو خضراء. [ بحاجة لمصدر ]

تظهر مركبات اليورانيل أيضًا التلألؤ . بدأت أول دراسة للتلألؤ الأخضر لزجاج اليورانيوم ، بواسطة بروستر [7] في عام 1849، دراسات مكثفة حول طيف أيون اليورانيل. تم الحصول على فهم مفصل لهذا الطيف بعد 130 عامًا. [8] من المعروف الآن أن تلألؤ اليورانيل هو على وجه التحديد فسفورية ، لأنه يرجع إلى الانتقال من أدنى حالة إثارة ثلاثية إلى حالة أرضية أحادية. [9] كان التلألؤ من K 2 UO 2 (SO 4 ) 2 مشاركًا في اكتشاف النشاط الإشعاعي . [ بحاجة لمصدر ]

يتمتع أيون اليورانيل باهتزازات تمدد ν U–O مميزة عند حوالي 880 سم -1 ( طيف رامان ) و950 سم -1 ( طيف الأشعة تحت الحمراء ). تعتمد هذه الترددات إلى حد ما على الربائط الموجودة في المستوى الاستوائي. تتوفر ارتباطات بين تردد التمدد وطول رابطة U–O. وقد لوحظ أيضًا أن تردد التمدد يرتبط بموضع الربائط الاستوائية في السلسلة الطيفية الكيميائية . [10]

الكيمياء المائية

رسم بياني للجهد مقابل الرقم الهيدروجيني يوضح مناطق الاستقرار لمركبات اليورانيوم المختلفة
تحلل اليورانيوم السداسي كدالة على الرقم الهيدروجيني.

أيون اليورانيل المائي هو حمض ضعيف .

[UO2 ( H2O ) 4 ] 2+ ⇌ [UO2 ( H2O ) 3 ( OH)] + + H + ؛ pKa = ca. 4.2 [ 11 ] 

مع زيادة الرقم الهيدروجيني، تتكون الأنواع البوليمرية ذات النسبة المتكافئة [(UO2 ) 2 ( OH) 2 ] 2+ و[(UO2 ) 3 ( OH) 5 ] + قبل ترسب الهيدروكسيد UO2 ( OH) 2 . يذوب الهيدروكسيد في محلول قلوي قوي لإعطاء معقدات هيدروكسونية من أيون اليورانيل. [ بحاجة لمصدر ]

يمكن اختزال أيون اليورانيوم باستخدام عوامل اختزال خفيفة، مثل معدن الزنك، إلى حالة الأكسدة +4. ويمكن إجراء الاختزال إلى اليورانيوم (III) باستخدام مختزل جونز . [ بحاجة لمصدر ]

المجمعات

معقدات الكربونات والهيدوكسو لليورانيوم (VI) كدالة على الرقم الهيدروجيني

يتصرف أيون اليورانيل كمستقبل صلب ويشكل معقدات أضعف مع ربيطات النيتروجين المانحة مقارنة بربطات الفلوريد والأكسجين المانحة، مثل الهيدروكسيد والكربونات والنترات والكبريتات والكربوكسيلات . قد يكون هناك 4 أو 5 أو 6 ذرات مانحة في المستوى الاستوائي. في نترات اليورانيل، [UO2 ( NO3 ) 2 ] · 2H2O ، على سبيل المثال، هناك ست ذرات مانحة في المستوى الاستوائي، أربع من ربيطات النيترات ثنائية السن واثنتان من جزيئات الماء. يوصف الهيكل بأنه سداسي هرمي الشكل . تشمل ربيطات الأكسجين المانحة الأخرى أكاسيد الفوسفين وإسترات الفوسفات . [12] كما اكتشف كريستيان فريدريش بوخولز بالفعل في عام 1805، [13] يمكن استخلاص نترات اليورانيل، UO2 ( NO3 ) 2 ، من المحاليل المائية المركزة نسبيًا إلى ثنائي إيثيل الأثير . يحتوي المركب المستخرج على ربيطين نترات مرتبطين بأيون اليورانيل، مما يجعل المركب بدون شحنة كهربائية كما يتم استبدال جزيئات الماء بجزيئات الأثير، مما يعطي المركب بالكامل طابعًا كارهًا للماء بشكل ملحوظ. الحياد الكهربائي هو العامل الأكثر أهمية في جعل المركب قابلًا للذوبان في المذيبات العضوية. يشكل أيون النترات معقدات أقوى بكثير مع أيون اليورانيل مما يفعله مع أيونات المعادن الانتقالية واللانثانيدات . لهذا السبب، فقط اليورانيل وأيونات الأكتينيل الأخرى، بما في ذلك أيون البلوتونيل ، PuO2، يمكن أن تذوب في المذيبات العضوية .2+
2يمكن استخلاصه من مخاليط تحتوي على أيونات أخرى. يؤدي استبدال جزيئات الماء المرتبطة بأيون اليورانيل في المحلول المائي برباط ثانٍ كاره للماء إلى زيادة قابلية ذوبان المركب المحايد في المذيب العضوي. وقد أطلق على هذا التأثير التآزري. [14]

إن المركبات التي تشكلها أيونات اليورانيوم في المحلول المائي لها أهمية كبيرة سواء في استخلاص اليورانيوم من خاماته أو في إعادة معالجة الوقود النووي. في العمليات الصناعية، يتم استخلاص نترات اليورانيوم باستخدام فوسفات التريبوتيل (TBP, (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 O) 3 PO) باعتباره الربيطة الثانية المفضلة والكيروسين المذيب العضوي المفضل. في وقت لاحق من العملية، يتم تجريد اليورانيوم من المذيب العضوي عن طريق معالجته بحمض النيتريك القوي، والذي يشكل مركبات مثل [UO 2 (NO 3 ) 4 ] 2− والتي تكون أكثر قابلية للذوبان في الطور المائي. يتم استعادة نترات اليورانيوم عن طريق تبخير المحلول. [12]

المعادن

يوجد أيون اليورانيل في المعادن المشتقة من رواسب خام اليورانيوم عن طريق تفاعلات الماء والصخور التي تحدث في طبقات المعادن الغنية باليورانيوم. تشمل أمثلة المعادن المحتوية على اليورانيل ما يلي: [ بحاجة لمصدر ]

هذه المعادن ذات قيمة تجارية قليلة حيث يتم استخراج معظم اليورانيوم من البتشبلند .

الاستخدامات

تُستخدم أملاح اليورانيل لصبغ العينات للدراسات المجهرية الإلكترونية والكهرومغناطيسية للحمض النووي. [15]

القضايا الصحية والبيئية

أملاح اليورانيل سامة ويمكن أن تسبب أمراض الكلى المزمنة الشديدة والنخر الأنبوبي الحاد . تشمل الأعضاء المستهدفة الكلى والكبد والرئتين والدماغ . يؤدي تراكم أيونات اليورانيل في الأنسجة بما في ذلك الخلايا اللمفاوية [ 16] إلى حدوث اضطرابات خلقية ، وفي خلايا الدم البيضاء يسبب تلف الجهاز المناعي. [ 17] مركبات اليورانيل هي أيضًا سموم عصبية . تم العثور على تلوث أيونات اليورانيل على أهداف اليورانيوم المنضب وحولها . [ 18 ]

جميع مركبات اليورانيوم مشعة . ومع ذلك، فإن اليورانيوم عادة ما يكون في صورة مستنفد، باستثناء سياق الصناعة النووية. يتكون اليورانيوم المستنفد بشكل أساسي من اليورانيوم 238 الذي يتحلل عن طريق تحلل ألفا بنصف عمر يبلغ4.468(3) × 10 9  سنوات . حتى لو احتوى اليورانيوم على 235 U الذي يتحلل بنصف عمر مماثل يبلغ حوالي7.038 × 10 8  سنوات ، لا يزال كلاهما يعتبران من مصادر ألفا الضعيفة، ونشاطهما الإشعاعي خطير فقط عند ملامستهما المباشرة أو ابتلاعهما. [ بحاجة لمصدر ]

مراجع

  1. ^ Cotton, S (1991). اللانثانيدات والأكتينيدات . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 128.
  2. ^ مولر، ملفين هنري؛ دالي، ن. كنت؛ سيمونسن، ستانلي هـ. (1971). "دراسة حيود النيوترون لنترات اليورانيل ثنائي الهيدرات". الكيمياء غير العضوية . 10 (2): 323- 328. doi :10.1021/ic50096a021.
  3. ^ Wells, AF (1962). Structural Inorganic Chemistry (الطبعة الثالثة). Oxford: Clarendon Press. ص 966. ISBN 0-19-855125-8.
  4. ^ Umreiko, DS (1965). "التناظر في أطياف الامتصاص الإلكتروني لمركبات اليورانيل". J. Appl. Spectrosc . 2 (5): 302– 304. Bibcode :1965JApSp...2..302U. doi :10.1007/BF00656800. S2CID  96229881.
  5. ^ بيرتو، سيلفيا؛ كريا، فرانشيسكو؛ دانييلي، بيير جي؛ دي ستيفانو، كونسيتا؛ برينيستي، إنريكو؛ سامارتانو، سيلفيو (2006). “ديوكسورانيوم (VI) - مجمعات الكربوكسيل. التفاعل مع الأحماض ثنائية الكربوكسيل في المحلول المائي: الأنواع والبنية “. أنالي دي تشيميكا . 96 ( 7– 8): 399– 420. دوى :10.1002/adic.200690042. بميد  16948430.
  6. ^ Fillaux, C.; Guillaumont, D.; Berthet, JC; Copping, R.; Shuh, DK; Tyliszczak, T.; Den Auwer, C. (2010). "التحقيق في البنية الإلكترونية والترابط في مركبات اليورانيل من خلال الجمع بين مطيافية NEXAFS والكيمياء الكمومية". Phys. Chem. Chem. Phys . 12 (42): 14253– 14262. Bibcode :2010PCCP...1214253F. doi :10.1039/C0CP00386G. PMID  20886130.
  7. ^ بروستر، ديفيد (1849). "حول تحلل وتشتت الضوء داخل الأجسام الصلبة والسائلة". معاملات الجمعية الملكية في إدنبرة . 16 (2): 111- 121. doi :10.1017/S0080456800024972. S2CID  94834106.
  8. ^ دينينج، آر جي (2007). "البنية الإلكترونية والترابط في أيونات الأكتينيل ونظائرها". مجلة الفيزياء والكيمياء أ . 111 (20): 4125– 4143. رمز المرجع : 2007JPCA..111.4125D. doi : 10.1021/jp071061n. PMID  17461564.
  9. ^ V. Balzani & V. Carassiti (1970). Photochemistry of Coordination Compounds . Academic Press. ISBN 0-12-077250-7.
  10. ^ ناكاموتو، ك. (1997). أطياف الأشعة تحت الحمراء ورامان للمركبات غير العضوية والتنسيقية . الجزء أ (الطبعة الخامسة). وايلي. ص. 167. رقم ISBN 0-471-16394-5.ناكاموتو، ك. أطياف الأشعة تحت الحمراء ورامان للمركبات غير العضوية والتنسيقية . الجزء ب. ص. 168. ISBN 0-471-16392-9.
  11. ^ "IUPAC SC-Database: A overall database of published data on equilibrium constants of metal complexes and ligands". Academic Software . مؤرشف من الأصل في 2020-05-09 . تم الاسترجاع في 2011-01-27 .
  12. ^ أ ب جرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان . ص  1273- 1274. رقم ISBN 978-0-08-037941-8.
  13. ^ Neues allgemeines Journal der Chemie (في المانيا). فروليك. 1805.
  14. ^ إيرفينج، HMNH (1965). "التأثيرات التآزرية في الاستخلاص بالمذيبات". Angewandte Chemie International Edition . 4 (1): 95– 96. doi :10.1002/anie.196500951.
  15. ^ Zobel R.; Beer M. (1961). "Electron Stains: I. Chemical Studies on the Interaction of DNA with Uranyl Salts". مجلة علم الأحياء الخلوية . 10 (3): 335– 346. doi :10.1083/jcb.10.3.335. PMC 2225082. PMID  13788706 . 
  16. ^ Arfsten DP, Still KR, Ritchie GD (2001). "مراجعة لتأثيرات التعرض لليورانيوم واليورانيوم المنضب على التكاثر وتطور الجنين". علم السموم والصحة الصناعية . 17 ( 5-10 ): 180-191 . doi :10.1191/0748233701th111oa. PMID  12539863. S2CID  25310165.
  17. ^ Schröder H, Heimers A, Frentzel-Beyme R, Schott A, Hoffman W (2003). "Chromosome Aberration Analysis in Peripheral Lymphocytes of Gulf War and Balkans War Veterans" (PDF) . Radiation Protection Dosimetry . 103 (3): 211– 219. doi :10.1093/oxfordjournals.rpd.a006135. PMID  12678382. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2014-01-08 . تم الاسترجاع في 2014-01-08 .
  18. ^ Salbu B, Janssens K, Linda OC, Proost K, Gijsels L, Danesic PR (2004). "حالات أكسدة اليورانيوم في جسيمات اليورانيوم المنضب من الكويت". مجلة النشاط الإشعاعي البيئي . 78 (2): 125– 135. doi :10.1016/j.jenvrad.2004.04.001. PMID  15511555.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=اليورانيل&oldid=1269419730"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate