Naturaleza del enlace metal-ligando en tricarburos de uranio

ZALAZAR, M. FERNANDA; RAYON, VICTOR M.; LARGO, ANTONIO

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Introducción. Los carburos de uranio sólidos presentan interés debido a su papel como combustibles adecuados para las nuevas generaciones de reactores nucleares. Si bien la vaporización de los carburos de uranio puede ocurrir durante su uso como combustible nuclear, hay poca información disponible respecto a estos compuestos en fase gaseosa. En un trabajo previo estudiamos la estructura y estabilidad de dicarburos de uranio en fase gaseosa, utilizando diferentes métodos teóricos (DFT, CCSD, CASPT2), y considerando diversas estructuras, tanto lineales como no lineales y diferente multiplicidad de spin [1]. Objetivos. Con el objetivo de completar el estudio de estas especies, en este trabajo se presenta un estudio sobre la naturaleza del enlace en tricarburos de uranio. Las optimizaciones geométricas y cálculos de frecuencia se realizaron a nivel DFT y CCSD. Para las especies más relevantes se realizaron optimizaciones CASSCF seguidos de cálculos puntuales. Las energías electrónicas se refinaron mediante cálculos puntuales CCSD(T) y MRCI. En todos los casos se utilizó una combinación de la función base 6-311+G(3df) para el carbono y el potencial de Stuttgart/Dresden para el uranio (SDD en Gaussian09). Los cálculos se realizaron empleando los programas Gaussian09 y MOLPRO. El estudio de la naturaleza del enlace metal-ligando en las especies más relevantes se realizó en el contexto de la teoría cuántica de Átomos en Moléculas, AIM [2]. Las densidades electrónicas se obtuvieron con el programa Gaussian09, a nivel B3LYP/6-311+G(3df)+SDD. Los cálculos AIM se realizaron con el programa AIMAII [3]. Resultados. Nuestros resultados preliminares sobre estructura y estabilidad en las diferentes especies estudiadas, indican que la especie más estable es el isómero fan de estado electrónico 3B1. Le siguen en orden de estabilidad la especie rómbica y una estructura de anillo CU(C2). El análisis topológico de la densidad electrónica revela que en la especie más estable el átomo de uranio se encuentra enlazado a la unidad C3 indicando que el isómero fan es una verdadera estructura cíclica con dos enlaces U-C. La especie rómbica se muestra como una especie bicíclica con un enlace transanular C-C. En enlace U-C en todas las especies estudiadas muestra propiedades características de capa cerrada con débil carácter covalente. Conclusiones. La naturaleza del enlace en los isómeros más estables de tricarburos de uranio fue caracterizada a través del análisis topológico de la densidad electrónica. Los resultados derivados del análisis topológico muestran que la especie más estable, el isómero fan de estado electrónico 3B1 es una estructura cíclica. En todas las especies estudiadas el enlace U-C muestra propiedades características de interacciones de capa cerrada con débil carácter covalente. [1]. Zalazar, M. F.; Rayon, V. M.; Largo, A. J. Phys Chem A (2012) 116, 2972. [2]. Bader, R.F.W. Atoms in Molecules. A Quantum Theory; Oxford Science Publications: London, 1990. [3]. AIMAll, Todd A. Keith, TK Gristmill Software, Overland Park KS, USA, 2012.