Explorando cómo el uranio toma una ruta alternativa en condiciones extremas

En condiciones normales, los materiales radiactivos como el uranio actúan de forma predecible.

Pero tome esos mismos materiales y póngalos debajo condiciones extremas con una temperatura alta en poco tiempo y un proceso de enfriamiento rápido y sus vías de descomposición cambian drásticamente.

Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han desarrollado un proceso único para sintetizar compuestos radiactivos (basado en uranio) extremadamente sensible al aire y al agua y requiere técnicas específicas. Luego, el equipo pudo caracterizar el comportamiento de estos compuestos en condiciones extremas utilizando una cámara láser hecha a medida capaz de manejar materiales radiactivos.

Este trabajo exploró nuevas vías de reacción para la descomposición térmica, ya que las velocidades de reacción son muy rápidas y están muy alejadas de los procesos de equilibrio. La investigación aparece en la portada de Química Inorgánica.

Hasta ahora, los científicos no tenían un buen conocimiento de la química asociada con la descomposición térmica de compuestos reactivos de coordinación en condiciones extremas.

El proceso podría compararse con poner agua en una sartén. Si calientas el agua poco a poco, se comporta bien y hierve lentamente. Sin embargo, si dejas caer agua sobre una sartén caliente (similar a un láser), la reacción es muy diferente y el agua se vaporiza instantáneamente.

“El conocimiento tiene el potencial de aplicarse a la fabricación de materiales, la gestión de inventario o incluso la consolidación, el procesamiento o el almacenamiento de desechos”, dijo la radioquímica del LLNL Maryline Kerlin (Ferrier), primera autora del artículo. “Podríamos imaginar almacenar un compuesto que contiene metal en una configuración estable y luego hacerlo reaccionar bajo láseres para producir un nuevo producto”.

El estudio de compuestos que contienen metales que contienen ligandos orgánicos generalmente se realiza en solución en condiciones suaves, ya que se sabe que estos compuestos son extremadamente sensibles al aire, el agua y la temperatura. En general, trabajar con estos compuestos es un enfoque muy académico para determinar su estructura, estructura electronicareactividad química, propiedades, etc. Por lo tanto, puede parecer poco convencional calentar agresivamente estos compuestos.

Pero el equipo quería saber si era posible eludir los tipos habituales de reacciones y vías de descomposición.

“Queríamos ver, si usar ambientes extremossi fuera posible crear nuevas vías para transformar el compuesto precursor en un compuesto diferente de interés, como el uranio metálico o los carburos de uranio”, dijo Kerlin. “El trabajo anterior se ha realizado en el pasado utilizando química impulsada por láser, sin embargo, esta es la primera vez que el precursor utilizado es un compuesto a base de uranio que contiene ligandos orgánicos (es decir, sensible al aire y al agua).

Estos resultados son importantes porque mostraron que el precursor no se comportó como se esperaba. La descomposición térmica usando un láser en realidad crea diferentes velocidades y vías de reacción. El equipo no obtuvo uranio metálico como se esperaba, pero los ligandos circundantes descompuestos térmicamente le permitieron formar fases de carburo y oxicarburo en el producto final. Comprender la química del uranio es importante para la gestión de inventarios y el tratamiento de residuos.

“Los nuevos métodos y vías para producir cerámicas y metales deseables son relevantes para otros metales además del uranio y este conocimiento se puede comparar con los compuestos de metales de transición más utilizados”, dijo Kerlin. “El objetivo final (es decir, hacer uranio metal o cerámica) fue el origen de esta investigación, pero el proceso se aplica a los materiales que usamos en nuestra vida diaria”.