Charakterisierung der Oberflächenkomplexe der Oxoanionen von Se(VI) und Tc(VII) an Mineral-Waser Grenzflächen

⁷⁹Se und ⁹⁹Tc sind als Spaltprodukte im nuklearen Brennstoffkreislauf für die Sicherheitsanalyse eines zukünftigen Endlagers von besonderem Interesse. Eine Abschätzung der Migration dieser Elemente im Nah- und Fernfeld eines geologischen Tiefenlagers ist nur möglich auf der Basis der umfassenden Kenntnis der Wechselwirkungen der Spezies mit mineralischen Oberflächen. Insbesondere die Oxoanionen Se(VI)O₄ ^2– und Tc(VII)O₄ ^– gelten auf Grund ihrer hohen Löslichkeit und negativen Ladung als besonders mobile Spezies in Aquiferen.
Die Oberflächenreaktionen von in Wasser gelösten Oxoanionen an Mineraloberflächen können mittels in situ Schwingungsspektroskopie dezidiert untersucht werden. Dabei können sowohl die Sorptions- als auch die Desorptionsreaktionen der gelösten Ionen an einer stationären mineralischen Phase in Echtzeit erfasst werden. [1–2]
Für das Selenation wurden an zwei verschiedenen Mineralphasen unterschiedliche Arten von außersphärischen Oberflächenkomplexen gefunden. Obwohl die makroskopischen Eigenschaften dieser Oberflächenkomplexe an beiden Mineralen auf eine außersphärische Anbindung (Physisorption) schließen lassen, zeigen die Infrarotspektren eine signifikant abweichende spektrale Signatur, die nur mit unterschiedlichen Molekülsymmetrien erklärt werden kann. So zeigen die Spektren je nach Mineraloberfläche, dass das Selenat mit einer leicht verzerrten – der aquatischen Spezies sehr ähnlichen – tetraedrischen bzw. mit einer bidendaten C_2v Symmetrie an die Oberfläche sorbiert wird. Diese Spezies können demnach als „erweiterte“ bzw. als „klassische“ außersphärische Komplexe bezeichnet werden. [3–4]
Entsprechende Experimente mit dem isostrukturellen Tc(VII)O₄ ^–-Anion zeigen, dass auch dieses Ion vorwiegend außersphärische Oberflächenkomplexe an verschiedenen Mineraloberflächen bildet. Dabei weisen die ersten Ergebnisse auf eine geringere Spezifizität des TcO₄ ^– bei der Anbindung an die verschiedenen Oberflächen hin.

[1] Foerstendorf, H. et al. (2012) J. Colloid Interface Sci. 377, 299–306. [2] Müller, K. et al. (2015) Environ. Sci. Technol. 49, 2560–2567. [3] Jordan, N. et al. (2011) Geochim. Cosmochim. Acta 75, 1519–1530. [4] Jordan, N. et al. (2013) Geochim. Cosmochim. Acta 103, 63–75.