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Description
Le protactinium connaît actuellement un regain d’intérêt en raison d’une application potentielle dans différents domaines en marge du nucléaire civil (réacteur à combustible thorium, accumulation de 231Pa dans les résidus miniers d’uranium) : détermination du rapport 231Pa/230Th en océanographie et du rapport 231Pa/235U en criminalistique nucléaire ou géochronologie, irradiation de 231Pa ou 232Th pour la production de 230U à des fins médicales (thérapie alpha ciblée). Quelle que soit l’application, une meilleure connaissance des propriétés chimiques de cet élément est requise.[1]
Le protactinium au degré d’oxydation (V) se différencie des actinides du début de la série par l’absence de liaison di-oxo dans ses composés en phase condensée : seule la présence d’une liaison mono-oxo courte a été mise en évidence dans les milieux oxalique et sulfurique, alors que de purs fluoro complexes sont observés en milieu HF.[2] Cette particularité reste mal comprise à l’heure actuelle.
Nous présentons ici la démarche adoptée pour l’étude de la complexation de Pa(V) en solution aqueuse en l’illustrant par quelques exemples. Des constantes de complexation sont déduites d’expériences d’extraction liquide-liquide combinée à la spectrométrie gamma. Dans ce cas, l’élément est à l’échelle des ultra-traces ce qui permet de s’affranchir des phénomènes de polymérisation mais seules des compositions moyennes de complexes sont obtenues. L’étude thermodynamique est complétée par une étude spectroscopique par IR et absorption X avec le Pa à l’échelle millimolaire en présence d’un complexant fort ou/et d’une acidité élevée pour limiter l’hydrolyse et la formation de colloïdes.
Des calculs théoriques sont également réalisés afin de caractériser l’environnement de coordination du cation avec les ligands et les molécules d’eau, et de déterminer la stabilité relative des complexes formés. [3] Les structures obtenues sont alors utilisées pour ajuster les oscillations EXAFS.
Références
[1]C. Le Naour, M. Maloubier, J. Aupiais, Radiochim. Acta 2022, 110, 481-493.
[2]M. Mendes, S. Hamadi, C. Le Naour, J. Roques, A. Jeanson, C. Den Auwer, P. Moisy, S. Topin, J. Aupiais, C. Hennig, M.V. Di Giandomenico, Inorg. Chem. 2010, 49, 9962-9971.
[3] H.Oher, J. Delafoulhouze, E. Renault, V. Vallet, R. Maurice, Phys. Chem. Chem. Phys. 2023, 25, 10033-10041.
Remerciements
Ce projet est financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-21-CE29-0027).
