Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гексафторид урана
Гексафторид урана-2D-V2.svg
Гексафторид урана-3D-vdW.png
Кристалл-гексафторида урана-3D-vdW.png
Имена
Имена ИЮПАК
Гексафторид урана Фторид
урана (VI)
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.029.116 Отредактируйте это в Викиданных
Номер RTECS
  • YR4720000
UNII
Номер ООН2978 (<1% 235 U)
2977 (> 1% 235 U)
Характеристики
UF 6
Молярная масса352,02  г / моль
ВнешностьБесцветное твердое вещество
Плотность5,09  г / см 3 , твердый
Температура плавления 56,5 ° C (133,7 ° F, 329,6 K) (возгоняется, при атмосферном давлении)
Гидролизует
Растворимость
Структура
Ромбическая , oP28
Космическая группа
ПНМА, № 62
Координационная геометрия
Октаэдрический ( O h )
Дипольный момент
0
Термохимия
Стандартная мольная энтропия ( S o 298 )
  • Твердое, 227,8 ± 1,3  Дж · К −1 · моль −1 [2]
  • Газообразный, 377,8 ± 1,3  Дж · К −1 · моль −1 [2]
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 )
  • Твердое, −2197,7 ± 1,8 кДж · моль −1 [2] 
  • Газообразный, −2148,1 ± 1,8  кДж · моль −1 [2]
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 1250
Классификация ЕС (DSD) (устарела)
 Т + (Т +) N (N)
R-фразы (устаревшие)R26 / 28 , R33 , R51 / 53
S-фразы (устарели)(S1 / 2) , S20 / 21 , S45 , S61
NFPA 704 (огненный алмаз)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. waterHealth code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasReactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazard W+OX: Reacts with water in an unusual or dangerous manner AND is oxidizer.NFPA 704 четырехцветный алмаз
0
4
2
W OX
точка возгоранияНегорючий
Родственные соединения
Другие анионы
Гексахлорид урана
Другие катионы
Гексафторид нептуния Гексафторид
плутония
Родственные фториды урана
Фторид урана (III) Фторид
урана (IV) Фторид
урана (V)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Гексафторид урана ( U F 6 ), широко известный в ядерной промышленности как « шестигранник », представляет собой соединение, используемое в процессе обогащения урана , из которого производится топливо для ядерных реакторов и ядерного оружия .

Hex образует твердые серые кристаллы при стандартной температуре и давлении , очень токсичен, реагирует с водой и вызывает коррозию большинства металлов. Соединение мягко реагирует с алюминием , образуя тонкий поверхностный слой AlF 3, который сопротивляется любой дальнейшей реакции соединения.

Подготовка [ править ]

Измельченная урановая руда - U 3 O 8 или « желтый кек » - растворяется в азотной кислоте , давая раствор уранилнитрата UO 2 (NO 3 ) 2 . Чистый уранилнитрат получают экстракцией растворителем , затем обрабатывают аммиаком для получения диураната аммония («ADU», (NH 4 ) 2 U 2 O 7 ). Восстановление водородом дает UO 2 , который превращается с плавиковой кислотой (HF) в тетрафторид урана., UF 4 . Окисление фтором дает UF 6 .

Во время ядерной переработки уран реагирует с трифторидом хлора с образованием UF 6 :

U + 2 ClF 3 → UF 6 + Cl 2

Свойства [ править ]

Физические свойства [ править ]

При атмосферном давлении он сублимируется при 56,5 ° C. [3]

УФ 6 в стеклянной ампуле .

Структура твердого тела была определена методом нейтронографии при 77 К и 293 К. [4] [5]

  • Шаровидная модель элементарной ячейки гексафторида урана [6]

  • Длины и углы связи газообразного гексафторида урана [7]

Химические свойства [ править ]

Было показано, что гексафторид урана является окислителем [8] и кислотой Льюиса , способной связываться с фторидом ; например, сообщается , что реакция фторида меди (II) с гексафторидом урана в ацетонитриле приводит к образованию гептафторураната (VI) меди (II), Cu (UF 7 ) 2 . [9]

Полимерные фториды урана (VI), содержащие органические катионы, были выделены и охарактеризованы методом рентгеновской дифракции. [10]

Применение в ядерном топливном цикле [ править ]

Фазовая диаграмма UF 6 .

UF 6 используется в обоих основных методах обогащения урана - газовой диффузии и методе газовой центрифуги - потому что его тройная точка находится при температуре 64,05 ° C (147 ° F, 337 K) и лишь немного выше нормального атмосферного давления. У фтора есть только один встречающийся в природе стабильный изотоп, поэтому изотопологи UF 6 различаются по своей молекулярной массе только в зависимости от присутствующего изотопа урана . [11]

Все остальные фториды урана представляют собой нелетучие твердые вещества, являющиеся координационными полимерами .

Газовая диффузия требует примерно в 60 раз больше энергии, чем процесс газовой центрифуги: ядерное топливо, полученное путем газовой диффузии, производит в 25 раз больше энергии, чем используется в процессе диффузии, в то время как топливо, произведенное на центрифуге, производит в 1500 раз больше энергии, чем используется в центрифуге. процесс.

Помимо использования при обогащении, гексафторид урана использовался в усовершенствованном методе переработки ( летучесть фторида ), который был разработан в Чешской Республике . В этом процессе использованное оксидное ядерное топливо обрабатывают газообразным фтором с образованием смеси фторидов. Затем эту смесь перегоняют для разделения материалов различных классов.

При обогащении урана образуются большие количества обедненного гексафторида урана , или DUF 6 , в качестве отходов. Длительное хранение DUF 6 представляет опасность для окружающей среды, здоровья и безопасности из-за его химической нестабильности. Когда UF 6 подвергается воздействию влажного воздуха, он реагирует с водой в воздухе с образованием UO 2 F 2 ( фторид уранила ) и HF ( фтористый водород ), оба из которых являются очень коррозионными и токсичными. В 2005 году 686 500 тонн DUF 6 было размещено в 57 122 резервуарах для хранения, расположенных недалеко от Портсмута, штат Огайо ; Ок-Ридж, Теннесси ; и Падука, Кентукки. [12] [13] Баллоны для хранения необходимо регулярно проверять на предмет коррозии и утечек. Расчетный срок службы стальных баллонов измеряется десятилетиями. [14]

В США произошло несколько аварий с участием гексафторида урана, в том числе авария с заполнением баллонов и выбросом материала на Sequoyah Fuels Corporation в 1986 году. [15] Правительство США преобразовало DUF 6 в твердые оксиды урана для утилизации. [16] Такое удаление всей DUF 6 инвентаризации может стоить от $ 15 млн до $ 450 миллионов долларов . [17]

  • Разрыв 14-тонного транспортировочного цилиндра UF 6 . 1 погиб, несколько десятков ранены. Выпущено ~ 29500 фунтов материала. Sequoyah Fuels Corporation 1986.

  • Склад DUF 6 издалека

  • Цилиндры DUF 6 : окрашенные (слева) и корродированные (справа)

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2013-09-16 . Проверено 8 августа 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  2. ^ a b c d Джонсон, Джеральд К. (1979). «Энтальпия образования гексафторида урана». Журнал химической термодинамики . 11 (5): 483–490. DOI : 10.1016 / 0021-9614 (79) 90126-5 .
  3. ^ Brickwedde, Фердинанд G .; Hoge, Гарольд Дж .; Скотт, Рассел Б. (1948). «Низкотемпературная теплоемкость, энтальпии и энтропии UF 4 и UF 6 ». J. Chem. Phys. 16 (5): 429–436. DOI : 10.1063 / 1.1746914 .
  4. ^ JH Леви; Джон С. Тейлор; Пол Уилсон (1976). "Структура фторидов. Часть XII. Монокристаллическое нейтронографическое исследование гексафторида урана при 293 K". J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 219–224. DOI : 10.1039 / DT9760000219 .
  5. ^ JH Леви, JC Тейлор и А.Б. Во (1983). «Структурные исследования нейтронного порошка UF 6 , MoF 6 и WF 6 при 77 K». Журнал химии фтора . 23 : 29–36. DOI : 10.1016 / S0022-1139 (00) 81276-2 .
  6. ^ JC Taylor, PW Wilson, JW Kelly: «Структуры фторидов. I. Отклонения от идеальной симметрии в структуре кристаллического UF 6 : нейтронографический анализ », Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , стр. 7–12; doi : 10.1107 / S0567740873001895 .
  7. ^ Кимура, Масао; Шомакер, Вернер; Смит, Дарвин В .; Бернар (1968). «Электронно-дифракционное исследование гексафторидов вольфрама, осмия, иридия, урана, нептуния и плутония» . J. Chem. Phys. 48 (8): 4001–4012. DOI : 10.1063 / 1.1669727 .
  8. ^ GH Olah; Дж. Велч (1978). «Синтетические методы и реакции. 46. Окисление органических соединений гексафторидом урана в растворах галогеналканов». Варенье. Chem. Soc. 100 (17): 5396–5402. DOI : 10.1021 / ja00485a024 .
  9. ^ JA Берри; RT Poole; А. Прескотт; DWA Sharp; Дж. М. Уинфилд (1976). «Окислительные и акцепторные свойства фторид-иона гексафторида урана в ацетонитриле». J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 272–274. DOI : 10.1039 / DT9760000272 .
  10. ^ С. М. Уокер; PS Halasyamani; С. Аллен; Д. О'Хара (1999). «От молекул к каркасам: переменная размерность в системе UO 2 (CH 3 COO) 2 · 2H 2 O / HF (водн.) / Пиперазин. Синтез, структуры и характеристика нуль-мерного (C 4 N 2 H 12 ) UO 2 F 4 · 3H 2 O, одномерный (C 4 N 2 H 12 ) 2 U 2 F 12 · H 2 O, двумерный (C 4 N 2 H 12) 2 (U 2 O 4 F 5 ) 4 · 11H 2 O и трехмерный (C 4 N 2 H 12 ) U 2 O 4 F 6 ". J. Am. Chem. Soc . 121 (45): 10513 -10521. дои : 10.1021 / ja992145f .
  11. ^ "Обогащение урана и процесс газовой диффузии" . USEC Inc. Архивировано из оригинала на 2007-10-19 . Проверено 24 сентября 2007 .
  12. ^ "Сколько обедненного гексафторида урана хранится в Соединенных Штатах?" . Часто задаваемые вопросы по обедненному UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория .[ постоянная мертвая ссылка ]
  13. ^ Документы
  14. ^ "Что такое DUF 6 ? Опасен ли он и что с ним делать?" . Институт энергетики и экологических исследований. 2007-09-24.
  15. ^ "Были ли аварии с участием гексафторида урана?" . Часто задаваемые вопросы по обедненному UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала на 2017-06-09.
  16. ^ "Что произойдет с гексафторидом урана, хранящимся в Соединенных Штатах?" . Часто задаваемые вопросы по обедненному UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория.[ постоянная мертвая ссылка ]
  17. ^ «Существуют ли какие-либо действующие в настоящее время установки для захоронения, которые могут принять весь обедненный оксид урана, который будет образован в результате конверсии запасов обедненного UF 6 Министерства энергетики США ?» . Часто задаваемые вопросы по обедненному UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория.[ постоянная мертвая ссылка ]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Уран, Тейл А, стр. 121–123.
  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Уран, Тейл С 8, стр. 71–163.
  • Р. ДеВитт: Гексафторид урана: Обзор физико-химических свойств , Технический отчет, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Портсмут, Огайо; 12. августа 1960 г .; DOI : 10.2172 / 4025868 .
  • Ингмар Гренте, Януш Дроджиннски, Такео Фуджино, Эдгар К. Бак, Томас Э. Альбрехт-Шмитт , Стивен Ф. Вольф: Уран , в: Лестер Р. Морсс, Норман М. Эдельштейн, Жан Фугер (Hrsg.): Химия элементы актинида и трансактинида , Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1 , стр. 253–698; DOI : 10.1007 / 1-4020-3598-5_5 (стр. 530–531, 557–564). 
  • Патент США 2535572: Получение UF 6 ; 26 декабря 1950 г.
  • Патент США 5723837: Очистка гексафторида урана ; 3. Март 1998 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Саймон Коттон (Аппингемская школа, Ратленд, Великобритания): гексафторид урана .
  • Гексафторид урана (UF 6 ) - Физические и химические свойства UF 6 и его использование в переработке урана - Гексафторид урана и его свойства
  • Импорт западного обедненного гексафторида урана (урановые хвосты) в Россию [неактивная ссылка 30 июня 2017 г.]
  • Гексафторид урана на www.webelements.com