Decoding the Three-Pronged Mechanism of NO3• Radical Formation in HNO3 Solutions at 22 and 80 °C Using Picosecond Pulse Radiolysis

放射分析 激进的 硝酸 化学 产量(工程) 微秒 溶剂化电子 皮秒 分析化学(期刊) 光化学 无机化学 材料科学 有机化学 光学 物理 天文 冶金 激光器
作者
Raluca Musat,Sergey A. Denisov,Jean‐Louis Marignier,Mehran Mostafavi
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:122 (7): 2121-2129 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.7b12702
摘要

With nitric acid (HNO3) being at the core of nuclear technology through actinides separation and extraction processes, achieving a complete characterization of the complex processes involving concentrated HNO3 solutions under ionizing radiation equates bringing efficiency and safety into their operation. In this work, the three mechanisms contributing to the formation of nitrate radicals (NO3) in concentrated nitric acid were investigated by measuring the radiolytic yield of NO3 in HNO3 solutions (0.5-23.5 M) at room (22.5 °C) and elevated (80 °C) temperatures on time scales spanning from picosecond to microsecond by pulse radiolysis measurements. We conclude that the formation yield of NO3, just after the 7 ps electron pulse, is due to the direct effect and to the ultrafast electron transfer reaction between NO3- and the water cation radical, H2O•+. The absolute formation yield of NO3 radicals due to the direct effect, GNO3dir, is found to be (3.4 ± 0.1) × 10-7 mol·J-1, irrespective of the concentration and temperature. On longer time scales, >1 ns, an additional contribution to NO3 formation from the reaction between OH radicals and undissociated HNO3 is observed. The rate constant of this reaction, which is activation-controlled, was determined to be (5.3 ± 0.2) × 107 M-1·s-1 for 22.5 °C, reaching a value of (1.1 ± 0.2) × 108 M-1·s-1 at 80 °C.

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