Фторид урана(VI)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фторид урана(VI)
Uranium-hexafluoride-2D.png
Общие
Систематическое
наименование
Фторид урана(VI)
Хим. формула UF6
Физические свойства
Молярная масса 351,99 г/моль
Плотность 5,09 г/см3 (тв., 20 °C);
4,9 г/см3 (тв., 50 °C);
13,3 г/л (г., 60 °C)[1]
Термические свойства
Т. плав. 64,0 °C (1,44 МПа)
Т. кип. возгоняется при 56,4 °C
Тройная точка 64,052 °C при 151 кПа[1]
Кр. темп. 230,2 °C[1] °C
Кр. давл. 4,61 МПа[1]
Энтальпия образования −2317 кДж/моль
Удельная теплота испарения 83,333 Дж/кг (при 64 °C)[1]
Удельная теплота плавления 54,167 Дж/кг (при 64 °C)[1]
Химические свойства
Растворимость в воде реагирует
Классификация
Рег. номер CAS [7783-81-5 [7783-81-5]]
PubChem 24560
Рег. номер EINECS 232-028-6[2]
SMILES
InChI
RTECS YR4720000
ChemSpider 22966; 23253295
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Фтори́д ура́на (VI) (другие названия — гексафторид урана, шестифтористый уран) — бинарное соединение урана со фтором, прозрачные летучие светло-серые кристаллы. Связь уран-фтор в нём носит ковалентный характер. Обладает молекулярной кристаллической решеткой. Очень ядовит.

Является единственным соединением урана, переходящим в газообразное состояние при относительно низкой температуре[1], в связи с этим широко используется в обогащении урана — разделении изотопов 235U и 238U, одном из основных этапов производства топлива для ядерных реакторов.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Кристаллическая структура
Фазовые состояния UF6

При нормальных условиях гексафторид урана представляет собой светло-серые или прозрачные летучие кристаллы с плотностью 5,09 г/см3. При атмосферном давлении возгоняется при нагреве до 56,4 °C, однако при небольшом увеличении давления (например, в запаянной ампуле) может быть переведён в жидкую фазу. Критическая температура 230,2 °C, критическое давление 4,61 МПа[1].

Гексафторид урана радиоактивен, вклад в его радиоактивность вносят все три природных изотопа урана (234U, 235U и 238U). Удельная активность гексафторида урана с природным содержанием изотопов урана (не обеднённого и не обогащённого) составляет 1,7×104 Бк. Удельная активность обеднённого (то есть с уменьшенным содержанием 235U) гексафторида урана несколько ниже, высокообогащённого — на два порядка выше (зависит от степени обогащения ураном-235)[1]. Эти величины относятся к свежеприготовленному веществу, в котором отсутствуют все дочерние нуклиды урановых рядов, кроме урана-234. С течением времени, через примерно 150 дней после изготовления, в гексафториде урана восстанавливается радиоактивное равновесие в отношении короткоживущих дочерних нуклидов 234Th и 231Th (продуктов распада 238U и 235U, соответственно); в результате удельная активность «старого» гексафторида урана с природным содержанием изотопов увеличивается до 4,0×104 Бк[1].

Плотность паров гексафторида урана в большом диапазоне давлений и температур может быть выражена формулой

ρ (кг/л) = 4,291·10−2 (P/T)·(1 + 1,2328·104 P/T3),

где P — давление (кПа), T — абсолютная температура (К)[1]. Давление паров при температуре t от 0 до 64 °C:

Химические свойства[править | править вики-текст]

Бурно реагирует с водой и при нагревании с органическими растворителями; при обычных условиях растворяется в органических растворителях.

Взаимодействуя с водой, образует фторид уранила и фтороводород[1]:

UF6 + 2H2O → UO2F2 + 4HF.

Сильный окислитель. В жидком виде реагирует со многими органическими веществами со взрывом, поэтому в аппаратах, заполняемых гексафторидом урана, нельзя использовать обычные смазки, герметизирующие замазки и уплотнители. Не реагирует с полностью фторированными углеводородами (такими как тефлон). Не взаимодействует при нормальных условиях с кислородом и азотом, а также с сухим воздухом, однако реагирует с парами воды во влажном воздухе. В отсутствие паров воды не вызывает существенной коррозии алюминия, меди, никеля, монель-металла, алюминиевой бронзы[1].

Фторид урана(VI) может быть использован в качестве фторирующего реагента в производстве фторорганических соединений. Процесс фторирования фторидом урана(VI) идёт с выделением большого количества тепла.

Фторирование непредельных органических соединений сопровождается присоединением фтора по двойной связи[3]. Так, из гексафторпропилена образуется октафторпропан:

CF3—CF=CF2 + UF6 → CF3—CF2—CF3 + UF4 + 424,7 кДж/моль.

Из фтористого винилидена образуется 1,1,1,2-тетрафторэтан[3]:

CF2=CH2 + UF6 → CF3—CFH2 + UF4 + 344,6 кДж/моль.

Фторирование трихлорэтилена сопровождается образованием 1,2-дифтортрихлорэтана[3]:

CCl2=CClH + UF6 → CCl2F—CClFH + UF4

Фторирование предельных органических соединений фторидом урана(VI) сопровождается замещением атома водорода в исходном соединении на фтор[3]:

CF3—CH3 + UF6 → CF3—CFH2 + UF4 + HF + 219,1 кДж/моль.

Получение[править | править вики-текст]

  1. В российском ядерном топливном цикле: Получается взаимодействием соединений урана (например тетрафторида UF4, оксидов) с F2 (в промышленности реакцию проводят в пламени смеси H2 и F2) или некоторыми другими фторирующими агентами, а затем очищают ректификацией или центрифугированием в газовой центрифуге.
  2. В американском ядерном топливном цикле: Переработанные в U3O8закись-окись урана» или «жёлтый кек») урансодержащие руды растворяют в азотной кислоте, получая раствор уранилнитрата UO2(NO3)2. Чистый нитрат уранила получается с помощью жидкостной экстракции (например ТБФ или Д2ЭГФК), а затем, подвергаясь воздействию аммиака, получается диуранат аммония. Восстановление водородом даёт диоксид урана UO2, который затем превращается с помощью плавиковой кислоты HF в тетрафторид урана UF4. Окисление фтором даёт UF6.
Кристаллы гексафторида урана в ампуле

Применение[править | править вики-текст]

Контейнер с UF6
Площадка хранения гексафторида урана в США

Применяется при разделении изотопов 235U и 238U методами газовой диффузии или центрифугирования для обеспечения делящимся веществом различных ядерных технологий. При этом образуется значительное количество неиспользуемых остатков (обеднённых по урану-235), обычно хранимых в виде гексафторида урана в контейнерах. Ныне на площадках при обогатительных заводах накоплены огромные количества гексафторида. Общее количество накопившегося гексафторида урана в мире на 2010 г. составляет около 2 млн тонн[3].

Обеднённый гексафторид урана используют для фторирования органических соединений. Получаемые с использованием гексафторида урана в качестве фторирующего агента октафторпропан (C3F8, хладон 218, R218, FC-218) и 1,1,1,2-тетрафторэтан (CF3-CFH2, хладон 134a, R 134, HFC 134a) являются альтернативной заменой озоноразрушающим хладоагентам. Озоноразрушающий потенциал ODP равен нулю. 1,2-дифтортрихлорэтан (CFCl2CFClH, хладон 122а, R 122a, HCFC 122a) является альтернативной заменой озоноразрушающих фторхлоруглеродных растворителей. Его можно применить в качестве растворителя, экстрагента, вспенивающего агента при производстве полимерных изделий, анестетика для животных[4].

Опасность[править | править вики-текст]

Биологическая опасность[править | править вики-текст]

В России класс опасности 1, максимальная разовая ПДК в воздухе рабочей зоны 0,015 мг/м3 (1998 год)[5]. В США предельный пороговый уровень однократного воздействия согласно ACGIH 0,6 мг/м3 (1995 год).

Чрезвычайно едкое вещество, разъедающее любую живую органику с образованием химических ожогов. При контакте рекомендуется промывка большим количеством воды. Воздействие паров и аэрозолей вызывает отёк лёгких. Всасывается в организм через лёгкие или желудочно-кишечный тракт. Очень токсично, вызывает тяжёлые отравления. Обладает кумулятивным эффектом с поражением печени и почек.

Уран слаборадиоактивен. Загрязнение окружающей среды соединениями урана создаёт риск радиационных аварий.

При н. у. представляет собой быстро испаряющееся твёрдое вещество. Парциальное давление паров 14 кПа. Вокруг твёрдого вещества быстро образуется опасная концентрация паров.

Химическая опасность[править | править вики-текст]

Бурно реагирует с водой, в том числе с атмосферной влагой с образованием UO2F2 (фторид уранила (англ.)) и фтороводорода HF.

Вещество является сильным окислителем. Хорошо реагирует с органическими веществами. Медленно реагирует со многими металлами, образуя фториды металлов. Агрессивен в отношении резины и многих пластиков. Реагирует с ароматическими соединениями типа бензола и толуола.

Пожарная опасность[править | править вики-текст]

Не горюч, но при нагреве (в том числе в огне) выделяет едкие токсичные пары. Запрещается применение воды при тушении пожара. Допустимо применение порошковых и углекислотных средств тушения.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Appendix II. Properties of UF6 and its reaction products. In: Interim guidance on the safe transport of uranium hexafluoride. — (IAEA-TECDOC-608). — IAEA, Vienna, 1991. — ISSN 1011-4289.
  2. URANIUM HEXAFLUORIDE // FDA Substance Registration System — Unique Ingredient Identifier / Food and Drug Administration
  3. 1 2 3 4 5 Орехов В. Т., Рыбаков А. Г., Шаталов В. В. Использование обеднённого гексафторида урана в органическом синтезе. — М.: Энергоатомиздат, 2007. — 112 с. — ISBN 978-5-283-03261-0.
  4. Промышленные фторорганические продукты: Справ. изд / Б. Н. Максимов, В. Г. Барабанов, И. Л. Серушкин и др.. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб: «Химия», 1996. — 544 с. — ISBN 5-7245-1043-X.
  5. ГЕКСАФТОРИД УРАНА