Actinide Speciation in High Ionic Strength Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Reed, Donald T. 编

出品人:

页数:278

译者:

出版时间:1999-11

价格:$ 224.87

装帧:

isbn号码:9780306461859

丛书系列:

图书标签:

• actinides
• speciation
• ionic strength
• aqueous solutions
• complexation
• thermodynamics
• radiochemistry
• environmental chemistry
• nuclear chemistry
• modeling

复杂电解质体系中放射性元素行为研究 一、引言：极端环境下的化学挑战 在自然界和工程应用中，我们经常面临着离子强度极高的水溶液环境。这些环境包括深海沉积物、地质处置库、核燃料后处理设施，乃至某些生物体液的极端状态。在高离子强度介质中，水的结构、离子间的相互作用以及溶质的化学行为会发生显著变化，这与我们在低浓度、理想稀溶液中所遵循的经典化学规律大相径庭。对这些极端体系中关键元素的行为进行准确预测和理解，不仅是环境安全评估和核废料管理的核心，也是理解地球化学过程和极端微生物生存机制的基础。 本书聚焦于在强电解质环境中，一类具有重要环境和核能意义的元素——稀土元素（Lanthanides）和早期过渡金属的溶解与配位化学行为。我们将深入探讨，在高浓度背景电解质（如高氯酸盐、硝酸盐或特定酸性体系）存在下，这些元素的形态分布、溶解度、吸附特性以及动力学过程如何被重塑。 二、理论基础与方法论：超越理想溶液模型 研究高离子强度体系下的化学平衡，需要超越传统的德拜-休克尔理论（Debye-Hückel Theory）及其衍生的维特（Davies）方程。本书的理论章节将详尽阐述适用于高活度系数环境的扩展的离子相互作用模型（如Pitzer模型或Specific Interaction Theory, SIT）。 1. 活度系数的精确计算与校准： 详细介绍如何利用实验数据和理论拟合，确定复杂体系中特定离子对（如 $ ext{Ln}^{3+} - ext{Cl}^-$, $ ext{U}^{4+} - ext{NO}_3^-$）的相互作用参数。重点讨论在 $ ext{I} > 1.0 ext{ M}$ 区域，这些参数如何反映出离子团簇（Ion-Pairing）和溶剂化壳层结构的变化。 2. 光谱学技术的应用： 在高背景盐度下，传统的光度法和电化学方法常因背景信号干扰或电极钝化而失效。本书将重点介绍同步辐射X射线吸收谱学（XAS，特别是XANES和EXAFS）和拉曼光谱在高浓度体系中解析配位几何和平均键长的关键作用。我们将展示如何通过这些技术，识别出在强盐溶液中形成的“非水合”或“阴离子桥联”的金属配合物。 3. 热力学约束与动力学限制： 讨论在高离子强度下，溶解度数据的采集与校正面临的挑战。重点分析溶解过程的活化能垒如何受到离子强度影响，以及固液界面反应速率的改变机制。 三、核心案例研究：关键元素的形态学转变 本书的实践部分将围绕几种具有代表性的金属离子，展示其在高盐环境中的独特行为。 A. 锆（Zirconium, Zr）和铪（Hafnium, Hf）的聚合与水解： 锆和铪在酸性或中性高盐溶液中，是典型的“聚合倾向”元素。我们研究其在 $ ext{pH}$ 变化和高 $ ext{Cl}^-$ 浓度下的行为。重点分析： 聚合物结构的形成： 利用小角X射线散射（SAXS）和动态光散射（DLS）技术，鉴定由 $ ext{Zr}( ext{OH})_x^{4-x}$ 形成的多核羟基簇（如 $ ext{Zr}_6$ 簇）的尺寸分布。 氯化物配位的影响： 在高 $ ext{HCl}$ 或 $ ext{NaCl}$ 体系中，氯离子的取代效应如何影响羟基桥联的形成速率和最终产物的稳定性。讨论这些聚合物在材料沉淀和纳米颗粒形成中的作用。 B. 早期过渡金属：钒（Vanadium, V）和铌（Niobium, Nb）的氧化态稳定性： 钒和铌在不同氧化态下具有不同的环境毒性和迁移能力。在高氧化性或还原性盐溶液中，其电位化学窗口会发生显著移动。 钒的氧化态平衡： 详细分析在高浓度硝酸盐（氧化剂）或硫酸盐（络合剂）存在下，$ ext{V(II)}$ 到 $ ext{V(V)}$ 的氧化还原电位变化。 铌的酸性溶解度： 探讨高浓度的氟化物或磷酸根离子对铌酸性溶解度的极端影响，以及可能形成的稳定、高聚合度的阴离子络合物。 C. 稀土元素（Ln）的络合特性： 虽然稀土元素通常被认为是“惰性”的，但在高浓度配位剂（如柠檬酸盐、草酸盐或硫化物）存在下，其行为会显著偏离经典的离子交换模型。 选择性萃取研究： 基于高离子强度有机溶剂萃取体系，分析 $ ext{Ln}^{3+}$ 与特定配体（如 $ ext{TBP}$ 或 $ ext{CMPO}$）的萃取系数与盐浓度的关系，揭示有机相中水分子活度对分配系数的间接影响。 重稀土与轻稀土的分离： 讨论在高 $ ext{I}$ 条件下，由于 $4f$ 电子壳层收缩导致的微小半径差异如何被放大成可分离的效率差异。 四、环境与工程意义 本书最后一部分将上述基础研究成果应用于实际工程问题： 1. 地质处置库的长期安全性评估： 高盐度地下水（卤水）穿透和迁移是核废料处置库面临的关键风险。本书提出的高盐度溶解度模型可用于预测放射性核素（如 $ ext{Sr}$, $ ext{Tc}$）在这些极端条件下的迁移速率和长期阻滞效应。 2. 海水资源化与能源： 探讨从高盐度卤水中选择性回收关键金属（如锂、铀）的技术可行性，特别是利用对离子强度敏感的吸附材料和膜分离技术。 3. 矿物加工与冶金： 为处理高品位、高杂质的复杂矿石浸出液提供理论指导，优化酸/碱消耗和目标产物的纯化效率。 结论： 本书旨在为化学家、地球化学家、材料科学家和核工程师提供一个理解和预测复杂、高离子强度体系中关键元素化学行为的综合性、实验驱动的框架。通过对活度、配位结构和相平衡的深入分析，本书挑战了传统的水化学假设，并为解决极端环境下的化学难题提供了坚实的科学基础。

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