Гексафторид урана

Гексафторид урана
Имена
	ИЮПАК имена Гексафторид урана ; Фторид урана(VI)
Идентификаторы
Номер CAS	7783-81-5 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
Сокращения	шестигранник
КЭБ	ЧЕБИ:30235 ;
ХимическийПаук	22966 ;
Информационная карта ECHA	100.029.116
Номер ЕС	232-028-6 ;
Справочник Гмелина	2923
ПабХим CID	24560 ;
номер РТЭКС	4720000 йен ;
НЕКОТОРЫЙ	N06GJ1D94J ;
Число	2978 (<1% 235 в ) ; 2977 (>1% 235 в )
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID4074566 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	УФ 6
Молярная масса	352.02 g/mol
Появление	Бесцветное твердое вещество
Плотность	5,09 г/см 3 , твердый
Точка кипения	56,5 ° C (133,7 ° F; 329,6 К) (возгоняется при атмосферном давлении)
Растворимость в воде	Гидролизуется
Растворимость	Растворим в хлороформе , CCl 4 , жидкий хлор и бром ; Растворяется в нитробензоле ;151 кПа ;
Структура
Кристаллическая структура	Орторомбический , oP28
Космическая группа	Пнма, нет. 62
Координационная геометрия	Октаэдрический Ох ) (
Дипольный момент	0
Термохимия
Стандартный моляр ; энтропия ( S ⦵ 298 )	Твердый, 227,8±1,3 Дж·К −1 ·моль −1 ; Газообразный, 377,8±1,3 Дж·К −1 ·моль −1 ;
Стандартная энтальпия ; образование (Δ f H ⦵ 298 )	Твердое вещество, −2197,7±1,8 кДж ·моль −1 ; Газообразный, −2148,1±1,8 кДж·моль −1 ;
Опасности
	Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH):
Основные опасности	Токсичные, коррозийные, радиоактивные
	СГС Маркировка :
Пиктограммы
Сигнальное слово	Опасность
Заявления об опасности	Х300 , Х330 , Х373 , Х411
NFPA 704 (огненный алмаз)	4 0 2 В ; БЫК
точка возгорания	Невоспламеняющийся
Паспорт безопасности (SDS)	КМГС 1250
Родственные соединения
Другие анионы	Гексахлорид урана
Другие катионы	Гексафторид нептуния ; Гексафторид плутония ; Гексафторид америция ; Гексафторид кюрия ; Гексафторид вольфрама ;
Родственные фториды урана	Фторид урана(III) ; Фторид урана(IV) ; Фторид урана(V) ;
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). проверить ( что такое ?) Ссылки на инфобоксы

Гексафторид урана , иногда называемый гексафторидом , представляет собой неорганическое соединение с формулой У Ф ₆ . Гексафторид урана — летучее и токсичное белое твердое вещество, которое реагирует с водой , выделяя едкую плавиковую кислоту . Соединение мягко реагирует с алюминием , образуя тонкий поверхностный слой AlF ₃ , который сопротивляется любой дальнейшей реакции соединения. UF ₆ используется в процессе обогащения урана , из которого производят топливо для ядерных реакторов и ядерного оружия .

Подготовка

Молотая урановая руда— U ₃ O ₈ или « желтый жмых » — растворяют в азотной кислоте , получая раствор уранилнитрата. УО ₂ (НО ₃ ) ₂ . Чистый уранилнитрат получают экстракцией растворителем , затем обрабатывают аммиаком с получением диураната аммония («АДУ», [NH ₄ ] ₂ U ₂ O ₇ ). Восстановление водородом дает UO ₂ превращают , который с помощью плавиковой кислоты (HF) в тетрафторид урана , УФ ₄ . Окисление с фтора выходом УФ ₆ .

На предприятии Honeywell по переработке гексафторида урана используется другой процесс.

Во время ядерной переработки уран вступает в реакцию с трифторидом хлора с образованием УФ ₆ :

U + 2 ClF ₃ → UF ₆ + Cl ₂

Характеристики

Физические свойства

При атмосферном давлении , UF ₆ сублимируется при 56,5 °C. ^[4]

Твердотельная структура определена методом дифракции нейтронов при 77 К и 293 К. ^[5]^[6]

Шаростержневая модель элементарной ячейки гексафторида урана ^[7]
Длины связей и углы газообразного гексафторида урана ^[8]

Химические свойства

Было показано, что гексафторид урана является окислителем. ^[9] и кислоту Льюиса , которая способна связываться с фторидом ; , что реакция фторида меди (II) с гексафторидом урана в ацетонитриле приводит к образованию гептафторураната меди (II) (VI), например, сообщается С ²⁺[УФ - 7 ] ₂ . ^[10]

Полимерные фториды урана(VI), содержащие органические катионы, выделены и охарактеризованы методом рентгеновской дифракции. ^[11]

Применение в топливном цикле

Как одно из наиболее летучих соединений урана, гексафторид урана относительно удобен в обработке и используется в обоих основных методах обогащения урана , а именно в газовой диффузии и методе газовой центрифуги . Поскольку тройная точка УФ ₆ ; 64 ° C (147 ° F; 337 К) и 152 кПа (22 фунта на квадратный дюйм; 1,5 атм); ^[12] близок к условиям окружающей среды, фазовые переходы могут быть достигнуты с небольшой термодинамической работой .

Фтор имеет только один встречающийся в природе стабильный изотоп, поэтому изотопологи фтора UF ₆ различается по молекулярной массе исключительно в зависимости от присутствующего изотопа урана . ^[13] Это различие является основой физического разделения изотопов при обогащении.

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

Коэффициент пересчета для ²³⁸U изотополог UF ₆ («шестигранник») к «U масса» составляет 0,676. ^[14]

Газовая диффузия требует примерно в 60 раз больше энергии, чем процесс газовой центрифуги: ядерное топливо, полученное методом газовой диффузии, производит в 25 раз больше энергии, чем используется в процессе диффузии, а топливо, произведенное центрифугой, производит в 1500 раз больше энергии, чем используется в центрифуге. процесс.

Помимо использования при обогащении, гексафторид урана использовался в передовом методе переработки ( летучесть фторида ), который был разработан в Чехии . В этом процессе отработанное ядерное топливо обрабатывается газообразным фтором для преобразования оксидов или элементарных металлов в смесь фторидов. Затем эту смесь перегоняют для разделения различных классов материалов. Некоторые продукты деления образуют нелетучие фториды, которые остаются в виде твердых веществ и затем могут быть либо подготовлены для хранения в качестве ядерных отходов, либо подвергнуты дальнейшей обработке либо сольватационными методами, либо электрохимически .

При обогащении урана производятся большие количества обедненного гексафторида урана (D УФ ₆ или Д- UF ₆ ) как отход. Длительное хранение D- UF ₆ представляет угрозу для окружающей среды, здоровья и безопасности из-за своей химической нестабильности. Когда UF ₆ подвергается воздействию влажного воздуха, он вступает в реакцию с водой в воздухе, образуя UO ₂ F ₂ ( фторид уранила ) и HF ( фторид водорода ) оба очень агрессивны и токсичны. В 2005 году 686 500 тонн D- UF ₆ хранился в 57 122 баллонах, расположенных недалеко от Портсмута, штат Огайо ; Ок-Ридж, Теннесси ; и Падука, Кентукки . ^[15]^[16] Баллоны для хранения необходимо регулярно проверять на наличие признаков коррозии и утечек. Расчетный срок службы стальных баллонов измеряется десятилетиями. ^[17]

Несчастные случаи и утилизация

В США произошло несколько аварий, связанных с гексафторидом урана, в том числе авария при заполнении баллонов и выброс материала на предприятии Sequoyah Fuels Corporation в 1986 году, когда, по оценкам, было обнаружено 29 500 фунтов газообразного газа. UF ₆ сбежал. ^[18] ^[19] Правительство США конвертирует D UF ₆ в твердые оксиды урана для утилизации. ^[20] Такое избавление от всего D Запасы UF- ₆ могут стоить от 15 до 450 миллионов долларов. ^[21]

Разорванная 14-тонная Транспортировочный баллон УФ ₆ . 1 погибший, десятки раненых. Выпущено ~29500 фунтов материала. Корпорация Sequoyah Fuels, 1986 год.
Д Склад UF ₆ издалека
Д Баллоны УФ ₆ : окрашенные (слева) и корродированные (справа)

Ссылки

^ «Гексафторид урана» . Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 г. Проверено 8 августа 2013 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Джонсон, Джеральд К. (1979). «Энтальпия образования гексафторида урана». Журнал химической термодинамики . 11 (5): 483–490. дои : 10.1016/0021-9614(79)90126-5 .
^ Фторид урана (VI)
^ Брикведде, Фердинанд Г.; Хоге, Гарольд Дж.; Скотт, Рассел Б. (1948). «Низкотемпературная теплоемкость, энтальпия и энтропия UF ₄ и UF ₆ » . Дж. Хим. Физ. 16 (5): 429–436. Бибкод : 1948ЖЧФ..16..429Б . дои : 10.1063/1.1746914 .
^ Дж. Х. Леви; Джон К. Тейлор; Пол В. Уилсон (1976). «Структура фторидов. Часть XII. Монокристаллическое нейтронографическое исследование гексафторида урана при 293 К». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 219–224. дои : 10.1039/DT9760000219 .
^ Дж. Х. Леви, Дж. К. Тейлор и А. Б. Во (1983). «Структурные исследования нейтронных порошков UF ₆ , MoF ₆ и WF ₆ при 77 К». Журнал химии фтора . 23 : 29–36. дои : 10.1016/S0022-1139(00)81276-2 .
^ Дж. К. Тейлор, П. В. Уилсон, Дж. В. Келли: «Структуры фторидов. I. Отклонения от идеальной симметрии в структуре кристаллического UF ₆ : нейтронографический анализ», Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , стр. 7–12; дои : 10.1107/S0567740873001895 .
^ Кимура, Масао; Шомакер, Вернер; Смит, Дарвин В.; Бернар (1968). «Электронно-дифракционное исследование гексафторидов вольфрама, осмия, иридия, урана, нептуния и плутония» . Дж. Хим. Физ. 48 (8): 4001–4012. Бибкод : 1968ЖЧФ..48.4001К . дои : 10.1063/1.1669727 . Архивировано из оригинала 11 января 2023 г. Проверено 10 октября 2020 г.
^ Г.Х. Ола; Дж. Уэлч (1978). «Синтетические методы и реакции. 46. Окисление органических соединений гексафторидом урана в растворах галогеналканов». Дж. Ам. хим. Соц. 100 (17): 5396–5402. дои : 10.1021/ja00485a024 .
^ Дж. А. Берри; РТ Пул; А. Прескотт; ДВА Шарп; Дж. М. Уинфилд (1976). «Окислительные и акцепторные свойства фторид-ионов гексафторида урана в ацетонитриле». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 272–274. дои : 10.1039/DT9760000272 .
^ С.М. Уокер; PS Халасьямани; С. Аллен; Д. О'Хара (1999). «От молекул к каркасам: переменная размерность в системе UO ₂ (CH ₃ COO) ₂ ·2H ₂ O/HF(aq)/пиперазин. Синтез, структура и характеристика нульмерного (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 ". Дж. Ам. хим. Соц . 121 (45): 10513–10521. дои : 10.1021/ja992145f .
^ «Гексафторид урана: Источник: Приложение A к PEIS (DOE/EIS-0269): Физические свойства» . web.evs.anl.gov . Проверено 18 августа 2022 г.
^ «Обогащение урана и процесс газовой диффузии» . USEC Inc. Архивировано из оригинала 19 октября 2007 г. Проверено 24 сентября 2007 г.
^ «Конвертер единиц измерения молярной массы» . Кафе переводчиков . Миссиссога, Онтарио, Канада: Разработка программного обеспечения ANVICA. 1 февраля 2021 г.
^ «Сколько обедненного гексафторида урана хранится в США?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория .
^ « _{исчерпанным UF 6} Документы программы управления » . Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 г. Проверено 17 мая 2006 г.
^ «Что такое DUF ₆ ? Опасен ли он и что с ним делать?» . Институт энергетических и экологических исследований. 24 сентября 2007 г.
^ Брюгге, Д.; Делемос, Дж.Л.; Буй, К. (2007). «Выброс топлива корпорации Sequoyah и разлив Черч-Рок: неопубликованные ядерные выбросы в общинах американских индейцев» . Американский журнал общественного здравоохранения . 97 (9): 1595–1600. дои : 10.2105/AJPH.2006.103044 . ЧВК 1963288 . PMID 17666688 .
^ «Были ли аварии с гексафторидом урана?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 9 июня 2017 г.
^ «Что произойдет с гексафторидом урана, хранящимся в Соединенных Штатах?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория.
^ «Есть ли какие-либо действующие в настоящее время установки по захоронению, которые могут принять весь оксид обедненного урана, который будет получен в результате переработки запасов обедненного UF- ₆ Министерства энергетики ?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория.

Дальнейшее чтение

Справочник Гмелина по неорганической химии , Система № 55, Уран, Часть А, с. 121-123.
Справочник Гмелина по неорганической химии , Система № 55, Уран, Часть С 8, с. 71-163.
Р. ДеВитт: Гексафторид урана: Исследование физико-химических свойств , Технический отчет, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Портсмут, Огайо; 12 августа 1960 г.; дои : 10.2172/4025868 .
Ингмар Гренте, Януш Дрозджински, Такео Фуджино, Эдгар С. Бак, Томас Э. Альбрехт-Шмитт , Стивен Ф. Вольф: Уран, заархивировано 18 января 2012 г. в Wayback Machine , в: Лестер Р. Морсс, Норман М. Эдельштейн, Жан Фюгер (Hrsg.): Химия актинидных и трансактинидных элементов , Springer, Дордрехт, 2006; ISBN 1-4020-3555-1 , с. 253–698; doi : 10.1007/1-4020-3598-5_5 (стр. 530–531, 557–564).
Патент США 2535572: Получение UF ₆ ; 26. Декабрь 1950 г.
Патент США 5723837: Очистка гексафторида урана ; 3. Март 1998 г.

Внешние ссылки

Саймон Коттон (Аппингемская школа, Ратленд, Великобритания): Гексафторид урана .
Гексафторид урана (UF ₆ ) – Физические и химические свойства UF ₆ и его использование при переработке урана – Гексафторид урана и его свойства
Гексафторид урана в WebElements
Импорт западного гексафторида обедненного урана (урановых хвостов) в Россию [мертвая ссылка, 30 июня 2017 г.]

[1] «Гексафторид урана» . Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 г. Проверено 8 августа 2013 г.

[Enthalpie-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Джонсон, Джеральд К. (1979). «Энтальпия образования гексафторида урана». Журнал химической термодинамики . 11 (5): 483–490. дои : 10.1016/0021-9614(79)90126-5 .

[3] Фторид урана (VI)

[4] Брикведде, Фердинанд Г.; Хоге, Гарольд Дж.; Скотт, Рассел Б. (1948). «Низкотемпературная теплоемкость, энтальпия и энтропия UF ₄ и UF ₆ » . Дж. Хим. Физ. 16 (5): 429–436. Бибкод : 1948ЖЧФ..16..429Б . дои : 10.1063/1.1746914 .

[5] Дж. Х. Леви; Джон К. Тейлор; Пол В. Уилсон (1976). «Структура фторидов. Часть XII. Монокристаллическое нейтронографическое исследование гексафторида урана при 293 К». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 219–224. дои : 10.1039/DT9760000219 .

[6] Дж. Х. Леви, Дж. К. Тейлор и А. Б. Во (1983). «Структурные исследования нейтронных порошков UF ₆ , MoF ₆ и WF ₆ при 77 К». Журнал химии фтора . 23 : 29–36. дои : 10.1016/S0022-1139(00)81276-2 .

[UF6_1973-7] Дж. К. Тейлор, П. В. Уилсон, Дж. В. Келли: «Структуры фторидов. I. Отклонения от идеальной симметрии в структуре кристаллического UF ₆ : нейтронографический анализ», Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , стр. 7–12; дои : 10.1107/S0567740873001895 .

[UF6_1968-8] Кимура, Масао; Шомакер, Вернер; Смит, Дарвин В.; Бернар (1968). «Электронно-дифракционное исследование гексафторидов вольфрама, осмия, иридия, урана, нептуния и плутония» . Дж. Хим. Физ. 48 (8): 4001–4012. Бибкод : 1968ЖЧФ..48.4001К . дои : 10.1063/1.1669727 . Архивировано из оригинала 11 января 2023 г. Проверено 10 октября 2020 г.

[9] Г.Х. Ола; Дж. Уэлч (1978). «Синтетические методы и реакции. 46. Окисление органических соединений гексафторидом урана в растворах галогеналканов». Дж. Ам. хим. Соц. 100 (17): 5396–5402. дои : 10.1021/ja00485a024 .

[10] Дж. А. Берри; РТ Пул; А. Прескотт; ДВА Шарп; Дж. М. Уинфилд (1976). «Окислительные и акцепторные свойства фторид-ионов гексафторида урана в ацетонитриле». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 272–274. дои : 10.1039/DT9760000272 .

[11] С.М. Уокер; PS Халасьямани; С. Аллен; Д. О'Хара (1999). «От молекул к каркасам: переменная размерность в системе UO ₂ (CH ₃ COO) ₂ ·2H ₂ O/HF(aq)/пиперазин. Синтез, структура и характеристика нульмерного (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 ". Дж. Ам. хим. Соц . 121 (45): 10513–10521. дои : 10.1021/ja992145f .

[12] «Гексафторид урана: Источник: Приложение A к PEIS (DOE/EIS-0269): Физические свойства» . web.evs.anl.gov . Проверено 18 августа 2022 г.

[13] «Обогащение урана и процесс газовой диффузии» . USEC Inc. Архивировано из оригинала 19 октября 2007 г. Проверено 24 сентября 2007 г.

[14] «Конвертер единиц измерения молярной массы» . Кафе переводчиков . Миссиссога, Онтарио, Канада: Разработка программного обеспечения ANVICA. 1 февраля 2021 г.

[15] «Сколько обедненного гексафторида урана хранится в США?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория .

[16] « _{исчерпанным UF 6} Документы программы управления » . Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 г. Проверено 17 мая 2006 г.

[17] «Что такое DUF ₆ ? Опасен ли он и что с ним делать?» . Институт энергетических и экологических исследований. 24 сентября 2007 г.

[18] Брюгге, Д.; Делемос, Дж.Л.; Буй, К. (2007). «Выброс топлива корпорации Sequoyah и разлив Черч-Рок: неопубликованные ядерные выбросы в общинах американских индейцев» . Американский журнал общественного здравоохранения . 97 (9): 1595–1600. дои : 10.2105/AJPH.2006.103044 . ЧВК 1963288 . PMID 17666688 .

[19] «Были ли аварии с гексафторидом урана?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 9 июня 2017 г.

[20] «Что произойдет с гексафторидом урана, хранящимся в Соединенных Штатах?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория.

[21] «Есть ли какие-либо действующие в настоящее время установки по захоронению, которые могут принять весь оксид обедненного урана, который будет получен в результате переработки запасов обедненного UF- ₆ Министерства энергетики ?» . обедненном UF ₆ Часто задаваемые вопросы об . Аргоннская национальная лаборатория.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]