Spéciation du technétium en milieu acide : effet des rayonnements α

Speciation of technetium in acidic media : effect of α radiations

• Auteur / Autrice : Ibtihel Denden
• Direction : Massoud Fattahi-Vanani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 18/10/2013
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole des Mines
• Ecole(s) doctorale(s) : Matière, molécules, matériaux en Pays de la Loire
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecole nationale supérieure des Mines de Nantes - Laboratoire SUBATECH Nantes / SUBATECH
• Jury : Président / Présidente : Jacques Barbet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Vichot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Poineau, Philippe Moisy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons alpha

Spéciation (chimie)

Technétium

Mots clés libres

Technétium

HTFMS

H₂SO₄

Radiolyse α

Spéciation

XAS (XANES et EXAFS)

DFT

Technetium

HTFMS

H₂SO₄

Αlpha-radiolysis

Speciation

XAS (XANES and EXAFS)

DFT

Résumé

Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une étude fondamentale sur la spéciation du technétium en milieu fortement acide. Le comportement de Tc(VII) en milieu HTFMS a été étudié en absence et en présence d’irradiation α. Dans ces deux conditions différentes, les résultats spectrophotométriques de réduction de Tc (VII) obtenus pour les mélanges HTFMS-xH₂O sont similaires. L’analyse par SAX indique la formation d’un dimère cyclique de Tc(IV) complexé aux ligands triflates et formulé Tc₂O₂(CF₃SO₃)₄(H₂O)₄. Ce composé est linéarisé en TcIV-O-TcIV quand la concentration de HTFMS augmente. Dans HTFMS à +98% (CHTFMS=11,15 M), le Tc(VII) protoné, de formule TcO₃(OH)(H₂O)₂, stabilisé en absence de rayonnements ionisants externes est réduit en Tc(V) sous irradiation α. La caractérisation structurale par la spectroscopie EXAFS sur la base des calculs DFT suggère la formation d’un complexe monomère de Tc(V) avec les ligands triflates. Les deux composés [OTc(F₃CSO₃)₂(H₂O)₂]⁺ et [OTc(F₃CSO₃)₂(OH)₂]⁻ ont été proposées. En milieu H₂SO₄ concentré (CH₂SO₄ ≥ 12 M), des expériences de radiolyse α de Tc(VII) ont été menées afin de pouvoir comparer le comportement radiolytique de Tc(VII) dans les deux milieux apparentés HTFMS et H₂SO₄. Les études XANES montrent que la réduction radiolytique de Tc(VII) contribue à la formation d’un mélange de Tc(V) et Tc(VII) dans H₂SO₄ 13 M et à Tc(V) à 18 M en H₂SO₄. L’analyse des spectres EXAFS indique la formation de complexes monomères [TcO(HSO₄)₃(H₂O)₂] et [TcO(HSO₄)₃(H₂O)(OH)]⁻ en milieu H₂SO₄ 13 M et des espèces [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(H₂O)] et [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(OH)]⁻.

This project is part of the fundamental study of technetium speciation in highly acidic medium. The behaviour of technetium in HTFMS was carried out in the absence then in the presence of α irradiation. Given these two different conditions, spectrophotometric results of Tc(VII) reduction are similar. XAS analysis indicates the formation of a cyclic dimer of Tc(IV) complexed to triflate ligands and formulated asTc₂O₂(CF₃SO₃)₄(H₂O)₄. This compound is linearized to TcIV-O-TcIV with the increase of HTFMS concentration. At high concentration of HTFMS +98% (11.15 M), the protonated species TcO₃(OH)(H₂O)₂ which is formed in the absence of external ionizing radiations, is reduced to the V oxidation state under α irradiation. Structural characterization by EXAFS spectroscopy and DFT calculations suggests the formation of monomer species of Tc(V)-triflate complexes where [OTc(F₃CSO₃)₂(H₂O)₂]⁺ and [OTc(F₃CSO₃)₂(OH)₂]⁻ compounds were proposed. In concentrated H₂SO₄ (CH₂SO₄ ≥ 12 M), α-radiolysis experiments of Tc(VII) were performed in order to compare the radiolytic behaviour of Tc(VII) in both comparable media HTFMS and H₂SO₄. XANES studies show that radiolytic reduction of Tc(VII) leads to the formation of Tc(V)-Tc(VII) mixture in H₂SO₄ 13 M and just Tc(V) in 18 M of H₂SO₄. The analysis of EXAFS spectra is consistent with the formation of [TcO(HSO₄)₃(H₂O)₂] and [TcO(HSO₄)₃(H2O)(OH)]⁻ monomer complexes in H₂SO₄ 13 M and [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(H₂O)] and [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(OH)]⁻ species at 18 M of H₂SO₄.