Une nouvelle approche pour comprendre le comportement chimique des actinides

Résultats scientifiques Molécules

La chimie des actinides, ces métaux radioactifs dont certains sont utilisés en chimie nucléaire, demeure un problème complexe. Spécialiste de la chimie quantique, c’est-à-dire liée au comportement des électrons, Jean-Pierre Dognon du Laboratoire nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (CNRS/CEA) propose un état de l’art des méthodes récemment développées pour étudier les spécificités des liaisons chimiques formées par les actinides avec d’autres molécules. À la clé : une meilleure connaissance de leur comportement permettant de concevoir ou d’optimiser des systèmes moléculaires aux propriétés physico-chimiques contrôlées. Un travail de synthèse publié dans la revue Coordination Chemistry Reviews.

La nature des liaisons qui relient les atomes entre eux (via le partage d’électrons par exemple) est une donnée accessible pour la plupart des composés, qu’ils soient organiques, inorganiques ou organométalliques. Impossible à obtenir expérimentalement, l’identification des types de liaisons (covalente, électrostatique...) est obtenue par une caractérisation théorique, et plus précisément par des méthodes dites de chimie quantique ou de structure électronique. Mais déterminer les liaisons impliquées spécifiquement dans les composés d’actinides, ces composés utilisés dans la chimie nucléaire notamment pour retraiter le combustible nucléaire usé, s’avère beaucoup plus complexe.

Jean-Pierre Dognon, chercheur au Laboratoire nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie, présente la stratégie et les méthodes récemment développées pour y parvenir. Jusqu’alors uniquement basée sur l’étude de la charge électronique portée par les atomes et des orbitales moléculaires qui servent à décrire les états électroniques, l’approche aujourd’hui proposée consiste à combiner des méthodes permettant d’analyser la densité électronique dans les liaisons en jeu dans ces composés d’actinides et des méthodes de quantification de l’énergie nécessaire à la formation de ces liaisons. Mais il s’agit aussi de prendre en compte les effets dits relativistes, dus au fait que les actinides, en tant qu’éléments lourds, présentent une organisation particulière de leurs électrons, laquelle influe fortement sur la nature des liaisons chimiques dans lesquels ils sont impliqués.

Totalement novatrice, cette approche aboutit à des modèles numériques qui permettent une description fidèle, plus fine et plus réaliste, des liaisons spécifiques mises en jeu dans les composés d’actinides. Une avancée méthodologique de taille qui laisse entrevoir de considérables progrès dans la connaissance fondamentale de la chimie des actinides, mais aussi, à terme, des voies d’optimisation des applications de ces composés, comme le retraitement des déchets nucléaires.

 

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Modélisation des différents types d’interactions en jeu dans un système moléculaire comprenant un actinide, à partir des données obtenues par combinaison de méthodes d’analyse topologique de la densité électronique.

 

 

 

Référence

Jean-Pierre Dognon

Electronic structure theory to decipher the chemical bonding in actinide systems

Coordination Chemistry Reviews 12 février 2017
DOI:10.1016/j.ccr.2017.02.003

Contact

Jean-Pierre Dognon
Sophie Félix
Chargée de communication
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Christophe Cartier dit Moulin
INC & Institut parisien de chimie moléculaire