Фторид нептуния(VI)
 | Вы можете помочь дополнить эту статью текстом, переведенным из соответствующей статьи на немецком языке . (Январь 2013 г.) Нажмите [показать], чтобы просмотреть важные инструкции по переводу. |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Фторид нептуния(VI) | |
| Другие имена Гексафторид нептуния | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
ПабХим CID | |
| Характеристики | |
| Ф 6 Нп | |
| Молярная масса | 351 g·mol −1 |
| Появление | оранжевые кристаллы |
| Температура плавления | 54,4 ° С (129,9 ° F; 327,5 К) |
| Точка кипения | 55,18 ° С (131,32 ° F; 328,33 К) |
| Структура | |
| Орторомбический , oP28 | |
| Пнма, нет. 62 | |
| октаэдрический ( о ч ) | |
| 0 Д | |
| Термохимия [2] : 736 | |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 229,1 ± 0,5 Дж·К −1 ·моль −1 |
| Родственные соединения | |
Родственные фторнептунии | трифторид нептуния |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Фторид нептуния(VI) (NpF 6 ) — высший фторид нептуния , а также один из семнадцати известных бинарных гексафторидов . Это летучее кристаллическое вещество оранжевого цвета. [1] С ним относительно сложно обращаться, поскольку он очень коррозийный, летучий и радиоактивный. Гексафторид нептуния стабилен в сухом воздухе, но бурно реагирует с водой.
При нормальном давлении он плавится при 54,4°С и кипит при 55,18°С. Это единственное соединение нептуния, которое кипит при низкой температуре. Благодаря этим свойствам нептуний можно легко отделить от отработанного топлива .
Подготовка
[ редактировать ]Гексафторид нептуния был впервые получен в 1943 году американским химиком Аланом Э. Флорином, который нагрел образец фторида нептуния (III) на никелевой нити в токе фтора и конденсировал продукт в стеклянной капиллярной трубке. [3] [4] Методы получения как из фторида нептуния (III), так и из фторида нептуния (IV) были позже запатентованы Гленном Т. Сиборгом и Харрисоном С. Брауном . [5]
Стандартный метод
[ редактировать ]Обычный метод получения - фторирование фторида нептуния(IV) (NpF 4 ) элементарным фтором (F 2 ) при 500 °С. [6]
- НПФ
4 + Ф
2 → НПФ
6
Для сравнения, гексафторид урана (UF 6 ) образуется относительно быстро из тетрафторида урана (UF 4 ) и F 2 при 300 °C, тогда как гексафторид плутония (PuF 6 ) начинает образовываться только из тетрафторида плутония (PuF 4 ) и F 2 при 750 °С. °С. [6] Эта разница позволяет эффективно разделять уран, нептуний и плутоний.
Другие методы
[ редактировать ]Использование другого исходного материала
[ редактировать ]Гексафторид нептуния также можно получить фторированием фторида нептуния (III) или оксида нептуния (IV) . [7]
- 2 НпФ
3 + 3 Ф
2 → 2 НпФ
6 - НпО
2 + 3 Ф
2 → НПФ
6 + О
2
Использование другого источника фтора
[ редактировать ]Приготовление также можно провести с помощью более сильных фторирующих реагентов, таких как трифторид брома (BrF 3 ) или пентафторид брома (BrF 5 ). Эти реакции можно использовать для выделения плутония, поскольку PuF 4 не вступает в подобную реакцию. [8] [9]
Диоксид нептуния и тетрафторид нептуния практически полностью превращаются в летучий гексафторид нептуния дифторидом кислорода (O 2 F 2 ). Это работает как реакция газ-твердое тело при умеренных температурах, а также в безводном жидком фтористом водороде при -78 ° C. [10]
- НпО
2 + 3 О
22F
2 → НПФ
6 + 4 О
2 - НПФ
4 + О
22F
2 → НПФ
6 + О
2
Эти температуры реакции заметно отличаются от высоких температур более 200 ° C, ранее необходимых для синтеза гексафторида нептуния с элементарным фтором или фторидами галогенов. [10] Нептунилфторид (NpO 2 F 2 ) был обнаружен с помощью рамановской спектроскопии как доминирующий промежуточный продукт в реакции с NpO 2 . Прямая реакция NpF 4 с жидким O 2 F 2 вместо этого привела к энергичному разложению O 2 F 2 без образования NpF 6 .
Характеристики
[ редактировать ]Физические свойства
[ редактировать ]Гексафторид нептуния образует оранжевые ромбические кристаллы, которые плавятся при 54,4 °C и кипят при 55,18 °C при стандартном давлении. Тройная точка — 55,10 °C и 1010 гПа (758 Торр). [11]
Летучесть NpF 6 аналогична летучести UF 6 и PuF 6 , все три представляют собой гексафториды актинидов . Стандартная молярная энтропия составляет 229,1 ± 0,5 Дж·К. −1 ·моль −1 . Твердый NpF 6 парамагнетик, с магнитной восприимчивостью 165·10 −6 см 3 ·моль −1 . [12] [13]
Химические свойства
[ редактировать ]Гексафторид нептуния устойчив в сухом воздухе. Однако он бурно реагирует с водой, включая атмосферную влагу, с образованием водорастворимого фторида нептунила (NpO 2 F 2 ) и плавиковой кислоты (HF).
- НПФ
6 + 2 ч.
2O → NpO
22F
2 + 4 ВЧ
Его можно хранить при комнатной температуре в из кварцевого или термостойкого стекла ампуле при условии, что в стекле нет следов влаги или газовых включений и удалены остатки HF. [6] NpF 6 светочувствителен, разлагается на NpF 4 и фтор. [6]
NpF 6 образует комплексы с фторидами щелочных металлов: с фторидом цезия (CsF) образует CsNpF 6 при 25 °С, [14] а с фторидом натрия реагирует обратимо с образованием Na 3 NpF 8 . [15] В любом случае нептуний восстанавливается до Np(V).
- НПФ
6 + ЦСФ → ЦСНпФ
6 + 1/2 Ж
2 - НПФ
6 + 3 НаФ → На
3 НпФ
8 + 1/2 Ж
2
В присутствии трифторида хлора (ClF 3 ) в качестве растворителя и при низких температурах имеются признаки образования нестабильного комплекса Np(IV). [14]
Гексафторид нептуния реагирует с окисью углерода (CO) и светом с образованием белого порошка, предположительно содержащего пентафторид нептуния (NpF 5 ) и неопознанное вещество. [2] : 732
Использование
[ редактировать ]При облучении ядерного топлива внутри ядерных реакторов образуются как продукты деления, так и трансурановые элементы , включая нептуний и плутоний. Разделение этих трех элементов является важным компонентом ядерной переработки . Гексафторид нептуния играет роль в отделении нептуния как от урана, так и от плутония.
Чтобы отделить уран (95% массы) от отработанного ядерного топлива, его сначала измельчают и подвергают реакции с элементарным фтором («прямое фторирование»). Образующиеся летучие фториды (в основном UF 6 , небольшие количества NpF 6 ) легко экстрагируются из нелетучих фторидов других актинидов, таких как фторид плутония(IV) (PuF 4 ), фторид америция(III) (AmF 3 ) и фторид кюрия(III) (CmF 3 ). [16]
Затем смесь UF 6 и NpF 6 селективно восстанавливают с помощью гранулированного фторида кобальта (II) , который превращает гексафторид нептуния в тетрафторид, но не реагирует с гексафторидом урана, используя температуры в диапазоне от 93 до 204 ° C. [17] Другой метод - использование фторида магния , на котором фторид нептуния сорбируется на 60-70%, но не фторид урана. [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Справочник Гмелина по неорганической химии , Система № 71, Трансурановые элементы, Часть С, с. 108-114.
- ^ Jump up to: а б Ёсида, Зенко Джонсон, Стивен Г.; Крсул, Джон Р. Нептуниум ;
- ^ Флорин, Алан Э. (1943) Отчет MUC-GTS-2165
- ^ Фрид, Шерман; Дэвидсон, Норман (1948). «Получение твердых соединений нептуния» . Дж. Ам. хим. Соц. 70 (11): 3539–3547. дои : 10.1021/ja01191a003 . ПМИД 18102891 .
- ^ Патент США 2982604 , Сиборг, Гленн Т. и Браун, Харрисон С., «Приготовление гексафторида нептуния», опубликовано 2 мая 1961 г., выдано 25 апреля 1961 г.
- ^ Jump up to: а б с д Мальм, Джон Г.; Вайншток, Бернард; Уивер, Э. Юджин (1958). «Получение и свойства NpF 6 ; сравнение с PuF 6 ». Дж. Физ. хим. 62 (12): 1506–1508. дои : 10.1021/j150570a009 . .
- ^ Фрид, Шерман; Дэвидсон, Норман (1948). «Получение твердых соединений нептуния». Дж. Ам. хим. Соц. 70 (11): 3539–3547. дои : 10.1021/ja01191a003 . ПМИД 18102891 .
- ^ Треворроу, LE; Гердинг, Ти Джей; Стейндлер, MJ (1968) Лабораторные исследования в поддержку процессов летучести фторидов в псевдоожиженном слое, Часть XVII, Фторирование фторида нептуния (IV) и оксида нептуния (IV) (Отчет Аргоннской национальной лаборатории ANL-7385), 1 января 1968 г. doi: 10.2172/4492135
- ^ Треворроу, Ле; Гердинг, Ти Джей; Стейндлер, MJ (1968). «Фторирование фторида нептуния (IV) и оксида нептуния (IV)» . Дж. Неорг. Нукл. хим. 30 (10): 2671–2677. дои : 10.1016/0022-1902(68)80394-X .
- ^ Jump up to: а б Эллер, П. Гэри; Эспри, Ларнед Б.; Кинкед, Скотт А.; Суонсон, Бэзил И.; Киссан, Ричард Дж. (1998). «Реакции дифторида дикислорода с оксидами и фторидами нептуния» . J. Сплавы. Сборник. 269 (1–2): 63–66. дои : 10.1016/S0925-8388(98)00005-X .
- ^ Келлер К. (1969) Химия нептуния. В кн.: Неорганическая химия. Достижения в области химических исследований, том 13/1. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. два : 10.1007/BFb0051170
- ^ Хатчисон, Клайд А.; Вайншток, Бернард (1960). «Парамагнитно-резонансное поглощение в гексафториде нептуния» . Дж. Хим. Физ. 32 (1): 56. Бибкод : 1960ЖЧФ..32...56Н . дои : 10.1063/1.1700947 .
- ^ Хатчисон, Клайд А.; Цанг, Тунг; Вайншток, Бернард (1962). «Магнитная восприимчивость гексафторида нептуния в гексафториде урана» . Дж. Хим. Физ. 37 (3): 555. Бибкод : 1962JChPh..37..555H . дои : 10.1063/1.1701373 .
- ^ Jump up to: а б Пикок, РД (1976). «Некоторые реакции гексафторида нептуния» . Дж. Неорг. Нукл. хим. 38 (4): 771–773. дои : 10.1016/0022-1902(76)80353-3 .
- ^ Треворроу, ЛеВерн Э.; Ти Джей, Гердинг; Стейндлер, Мартин Дж. (1968). «Реакция гексафторида нептуния» . Неорг. хим. 7 (11): 2226–2229. дои : 10.1021/ic50069a010 .
- ^ Углирж, Ян; Маречек, Мартин (2009). «Метод летучести фторида для переработки топлива LWR и FR». Журнал химии фтора . 130 (1): 89–93. doi : 10.1016/j.jfluchem.2008.07.002 .
- ^ патент США 3615267 , Голлихер, Уолдо Р.; Харрис, Роберт Л. и Леду, Рейнольд А., «Отделение нептуния от содержащего его гексафторида урана», опубликовано 26 октября 1971 г., выпущено 26 октября 1971 г.
- ^ Накадзима, Цуёси; Гроулт, Анри, ред. (2005). Фторированные материалы для преобразования энергии . Эльзевир. п. 559. ИСБН 9780080444727 .