Оксид урана(IV)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Оксид урана(IV)
UO2lattice.jpg

__ U4+     __ O2−
Оксид урана(IV)
Оксид урана(IV)
Общие
Систематическое
наименование
Оксид урана(IV), Диоксид урана
Традиционные названия Двуокись урана
Хим. формула UO2
Физические свойства
Состояние твёрдое (в виде чёрного порошка)
Молярная масса 270,03 г/моль
Плотность 10,97 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 2875 °C
Мол. теплоёмк. 63,6 Дж/(моль·К)
Теплопроводность 4,5 Вт/(м·K)
Энтальпия образования −1084,5 кДж/моль
Коэфф. тепл. расширения 9,2·10−6 K−1
Давление пара в зависимости от температуры lgp=33,115T-4,026lgT+25,686 атм
Структура
Координационная геометрия Тетраэдрическая (O2−)
кубическая (UIV), координационное число U[8], O[4]
Кристаллическая структура кубическая, O_h^5, Fm3m, No. 225
Классификация
Рег. номер CAS 1344-57-6
PubChem 10916
Рег. номер EINECS 215-700-3
SMILES
RTECS YR4705000
ChemSpider 10454
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Оксид урана(IV) — неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом — вещество тёмно-коричневого, почти чёрного, цвета. Химическая формула UO2 (точнее, UO2±x). Широко используется как ядерное топливо в реакторах.

Свойства[править | править вики-текст]

Температура плавления в зависимости от стехиометрического состава составляет от 2840 до 2875 °C. Диоксид урана — нестехиометрическое соединение, имеющее состав от UO1,6 до UO2,5. Диоксид урана термодинамически устойчив при нагревании в вакууме или в восстановительной атмосфере до температуры 1600 °C и возгоняется без разложения. При более высокой температуре он теряет кислород с образованием достехиометрического диоксида. В присутствии же кислорода, способен растворять его в себе с сохранением кубической структуры кристалла типа флюорита CaF2, причём дополнительные (сверх стехиометрии) атомы кислорода удерживаются в промежутках кристаллической решётки в результате внедрения атомов кислорода в решётку UO2 с образованием фазы UOx, где x зависит от температуры. При увеличении содержания кислорода цвет диоксида изменяется от тёмно-коричневого до чёрного[1].

Диоксид урана обладает сильно-основными свойствами, не реагирует с водой и её парами до 300 °C, не растворяется в соляной кислоте, но растворим в азотной кислоте, царской водке и смеси HNO3 и HF. При растворении в азотной кислоте происходит образование уранил-ионов UO2+2. Известен один кристаллогидрат диоксида урана UO2•2H2O — чёрный осадок, выпадающий при гидролизе растворов урана. Диоксид урана входит в состав урановых минералов уранинита и клевеита.

Применение[править | править вики-текст]

Бочки с сырьем для производства таблеток диоксида урана на Новосибирском заводе химиконцентратов.

У диоксида урана нет фазовых переходов, он менее подвержен газовому распуханию, чем сплавы урана. Это позволяет повысить глубину выгорания до нескольких процентов. Диоксид урана не взаимодействует с цирконием, ниобием, нержавеющей сталью и другими материалами при высоких температурах.

Эти свойства позволяют применять его в ядерных реакторах, получая высокие температуры и, следовательно, высокий КПД реактора. ТВЭЛы из диоксида урана изготавливаются в виде брусков, трубок, таблеток и т. д. методами керамической технологии: холодным прессованием и выдавливанием с последующим спеканием изделий или горячим прессованием. В виде порошка диоксид урана диспергируется в металлических, графитовых или керамических матрицах. Основной недостаток керамики — низкая теплопроводность — 4,5 Вт/(м·К) (при температуре 800 °C). Кроме того, горячая керамика очень хрупка и может растрескиваться.

Диоксид урана, как и другие оксиды урана, используется также как промежуточный продукт при производстве других урановых соединений, главным образом фторидов урана. В общем, все оксиды урана являются наиболее устойчивыми соединениями урана, в связи с чем широко используются как для хранения урана, так и как промежуточное звено между урановорудным, аффинажно-металлургическим и фторидными урановыми производствами.

Получение[править | править вики-текст]

Диоксид урана можно получить, восстанавливая водородом высшие оксиды[1]:

\mathsf{U_3O_8 + 2H_2 \rightarrow 3UO_2 + 2H_2O}

или оксалат уранила:

\mathsf{UO_2C_2O_4\cdot3H_2O + H_2 \rightarrow UO_2 + CO\uparrow + CO_2\uparrow + 4H_2O}

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 проф.И. Н. Бекман Уран. Учебное пособие. — М.: МГУ, 2009.

Литература[править | править вики-текст]

  • Громов Б. В. Введение в химическую технологию урана. — М.: Атомиздат, 1978.
  • Кац Дж., Рабинович Е. Химия урана: уран как элемент, его бинарные соединения, гидраты окислов и оксигалогениды. — М.: Иностранная литература, 1954.
  • Шевченко В. Б., Судариков Б. Н. Технология урана. — М., 1961.