Фторид урана(VI)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фторид урана
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]
PubChem
Рег. номер EINECS 232-028-6
SMILES
InChI
RTECS YR4720000
ChEBI 30235
ChemSpider
Безопасность
Токсичность
NFPA 704.svg

Hazard TT.svg Radiation warning symbol.svg Hazard O.svg

Hazard N.svg
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 код]

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, при нагреве в запаянной ампуле) может быть переведён в жидкость. 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 по изотопу уран-235 может быть даже на два порядка выше и зависит от степени обогащения ураном-235[1].

Величины радиоактивности относятся к свежеприготовленному веществу, в котором отсутствуют все дочерние нуклиды уранового ряда, кроме урана-234. С течением времени, через примерно 150 дней после получения соединения в гексафториде урана накапливаются дочерние изотопы и восстанавливается естественное радиоактивное равновесие по концентрации короткоживущих дочерних нуклидов 234Th и 231Th (продуктов альфа-распада 238U и 235U, соответственно); в результате удельная активность «старого» гексафторида урана с исходно природным содержанием изотопов увеличивается до 4,0×104 Бк[1].

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

где  — плотность пара, кг/л;
 — давление (кПа);
 — абсолютная температура (К)[1].

Давление паров при температуре , выраженной в градусах Цельсия в диапазоне от 0 до 64 °C:

Химические свойства[править | править код]

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]:

Сильный окислитель. В жидком виде реагирует со многими органическими веществами со взрывом, поэтому в аппаратах, заполняемых гексафторидом урана, нельзя использовать обычные углеводородные смазки, герметизирующие замазки и уплотнители.

Не реагирует с полностью фторированными углеводородами, такими как тефлон или перфторалканы. Не взаимодействует при нормальных условиях с кислородом и азотом, а также с сухим воздухом, однако реагирует с парами воды, содержащимися во влажном воздухе. В отсутствие паров и следов 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. При фторировании органических соединений гексафторид обычно восстанавливается до тетрафторида урана. Процесс фторирования гексафторидом урана идёт с выделением большого количества тепла.

Фторирование непредельных органических соединений сопровождается присоединением фтора по двойной связи[2]. Так, из гексафторпропилена образуется октафторпропан:

+ 424,7 кДж/моль.

Из фтористого винилиденфторида образуется 1,1,1,2-тетрафторэтан[2]:

+ 344,6 кДж/моль.

Фторирование трихлорэтилена сопровождается образованием 1,2-дифтор-1,1,2-трихлорэтана[2]:

Фторирование предельных органических соединений фторидом урана(VI) сопровождается замещением одного или нескольких атомов водорода в исходном соединении на фтор[2]:

+ 219,1 кДж/моль.

Получение[править | править код]

  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 код]

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[2].

Обеднённый гексафторид урана используют для фторирования органических соединений. Получаемые с использованием гексафторида урана в качестве фторирующего агента октафторпропан (C3F8, хладон-218, R-218, 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[3].

Опасность[править | править код]

Биологическая опасность[править | править код]

Skull and crossbones.svg
Radioactive.svg

В России класс опасности 1, максимальная разовая ПДК в воздухе рабочей зоны 0,015 мг/м3 (1998 год)[4]. 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 токсичен, вызывает тяжёлые отравления. Обладает кумулятивным эффектом с поражением печени и почек.

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

В нормальных условиях представляет собой быстро испаряющееся твёрдое вещество. Парциальное давление паров 14 кПа. Вокруг твёрдого вещества быстро образуется опасная концентрация паров.

Химическая опасность[править | править код]

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 код]

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.

Примечания[править | править код]

  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. 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.
  3. 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.
  4. ГЕКСАФТОРИД УРАНА