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Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden systematische Untersuchungen zur Thermodynamik der Koordinationschemie von Cm(III) in salinaren Systemen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Fundierte Kenntnisse der aquatischen Chemie der Actiniden bei erhöhten Temperaturen sind wesentlich für den Langzeitsicherheitsnachweis der Endlagerung wärmeentwickelnder Abfälle. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Cm(III) mit anorganischen Liganden im Temperaturbereich von 25 bis 200 °C mittels zeitaufgelöster Laserfluoreszenzspektroskopie (TRLFS) untersucht. Im ersten Teil der Dissertation wurde die Koordinationschemie von Cm(III) mit den schwach wechselwirkenden Liganden Chlorid, der wesentlich für die Endlagerung im Steinsalz ist, Bromid sowie Thiocyanat bis 200 °C untersucht. Für das Cm(III)-Chloridsystem wurden thermodynamische Daten (log β○(T), ΔrH○, ΔrS○) in Abhängigkeit der Temperatur erhalten. Die spektroskopisch auffällige Doppelbandencharakteristik der Cm(III)-Chloridkomplexe wurde auch bei der Koordination von Cm(III) mit Bromid und mit Thiocyanat nachgewiesen und konnte damit eindeutig auf das Hydratationsgleichgewicht von Cm(H2O)9-nXn(3-n)+ und Cm(H2O)8-nXn(3-n)+ zurückgeführt werden. Im zweiten Teil der Dissertation wurde die Hydrolyse von Cm(III) mittels TRLFS untersucht und die Stabilitätskonstanten von Cm(OH)2+ und Cm(OH)2+ erhalten. Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit der Hydrolyse zeigen dabei einen Anstieg der Hydrolysekonstante im Temperaturbereich von 25 bis 80 °C von 1.5 Größenordnungen. Die anhand theoretischer Modelle postulierte Hydrolysespezies Cm(OH)4- konnte auch bei stark erhöhtem pHm und Im spektroskopisch nicht nachgewiesen werden. Zusätzlich hierzu wurde eine Löslichkeitsstudie an Eu(III) als chemischem Analogon durchgeführt, welche die Ergebnisse der Cm(III)-TRLFS untermauert. Der dritte Teil der Dissertation befasst sich mit der Entwicklung einer neuen Hochtemperatur-Spektroskopiezelle, in der nun erstmals spektroskopische Untersuchungen aquatischer Systeme bis 200 °C bei erhöhten pH-Werten (pH > 1) ermöglicht werden. Eine quantitative Studie der Komplexierung von Cm(III) mit Fluorid im Temperaturbereich von 25 bis 200 °C einschließlich der Evaluation von Stabilitätskonstanten für die Spezies CmF2+ und CmF2+ beweist die Anwendbarkeit des neu entwickelten Aufbaus. Die in dieser Arbeit vorgelegten Untersuchungen tragen zu einem verbesserten Verständnis der Koordinationschemie trivalenter Actiniden in natürlichen aquatischen Systemen bei und eröffnen mit der Weiterentwicklung spektroskopischer Messeinrichtungen neue Zugänge zu thermodynamischen Untersuchungen unter Temperaturbedingungen, die im Nahfeld von wärmeentwickelnden Abfällen auftreten können.