Complete series of lanthanide oxalates: Structure and properties

Abstract

Metal oxalates are salts of very low solubility allowing an easy precipitation of metal ions from the acidic aqueous solutions into crystalline material. Due to this property, oxalates have an important role in the technology of lanthanides and actinides. It is namely the separation of actinides from the spent nuclear fuel that is its industrial application of interest. 4f-lanthanides are often used as 5f-actinides surrogates when optimizing or modelling the precipitation process. A synthetic route for homogeneous precipitation of oxalates based on the thermal decomposition of oxamic acid was developed by our research team. The present work deals with further investigation into the structure and morphology of simple lanthanide oxalates. The synthesis products, developed microcrystals, were studied by means of solid-state analysis (optical microscopy, single crystal X-ray diffraction, X-ray powder diffraction, TGA, SEM, AFM). Among the known, the previously not-specified structures of Er2(C2O4)3∙6H2O and Yb2(C2O4)3∙6H2O were obtained and refined. According to our observations, the synthesized oxalates form two isostructural series: decahydrates and hexahydrates. Structurally, both types of Ln oxalates form 2D frameworks that are stacked together in one direction and connected by hydrogen bonds to...

Šťavelany tvoří s f-prvky velice nerozpustné soli, které umožňují vysrážení kationtů těchto kovů z kyselých roztoků do tuhé, krystalické fáze. Z toho důvodu jsou šťavelany v technologii lanthanoidů a aktinoidů nepostradatelné. Jejich průmyslným využitím je kupříkladu i separace aktinoidů z vyhořelého jaderného paliva. Lanthanoidy a aktinoidy jsou si chemicky velmi podobné, a proto jsou 4f-lanthanoidy často využívány jako surogáty pro 5f-aktinoidy - dovolují tak zkoumat reakce a procesy 5f-prvků v radiačně neaktivním prostředí. Nedávno byla naším výzkumným týmem vyvinuta syntetická metoda přípravy šťavelanů lanthanoidů na bázi homogenního srážení, využívající tepelného rozkladu oxámové kyseliny. Oblastí zájmu této práce je další zkoumání struktury a morfologie série jednoduchých šťavelanů lanthanoidů. Produktem zmíněné syntetické metody jsou dobře vyvinuté krystaly, umožňující důslednou charakterizaci této série látek. Získané krystaly byly zkoumané běžnými metodami chemie pevných látek (optická mikroskopie, roentgenová krystalografie, roentgenová prášková difrakce, termogravimetrie, skenovací elektronová mikroskopie, mikroskopie atomových sil). Mezi známými strukturami byli získané i struktury doposud nepublikované, zejména Er2(C2O4)3∙6H2O a Yb2(C2O4)3∙6H2O. Podle našich pozorování, připravené...