Гидрид урана

Металлический уран взаимодействует с водородом при 250-300⁰С с образованием гидрида урана:

2U + 3H₂ = 2UH₃

Если поверхность металла тщательно очищена от оксидов, то реакция начинается мгновенно. Полученный продукт представляет собой мелкодисперсный порошок черного цвета. Гидрид урана очень реакционноспособен, его реакции во многом напоминают реакции мелкодисперсного металлического урана :

UH₃ + 3HCl = UCl₃ + 3H₂↑ ( 250-300⁰С )

2UH₃ + 4H₂O = 2UO₂ + 7H₂↑ ( 350⁰С )

2UH₃ + 4H₂S = 2US ₂ + 7H₂↑ ( 450⁰С )

Гидрид урана служит удобным исходным соединением для различных синтезов : например, хлорированием UH₃ при 200⁰С получают тетрахлорид урана :

2UH₃ + 7Cl₂ = 2UCl₄ + 6HCl

Гидрохлорированием UH₃ при 250⁰С получают тетрахлорид урана :

UH₃ + 3HCl = UCl₃ + 3H₂↑

ОКСИДЫ УРАНА

Система «уран-кислород» является одной из наиболее сложных систем «металл-кислород», что отчасти объясняется наличием нескольких состояний окисления урана, сравнимых по устойчивости. Отклонения от стехиометрии являются здесь уже не исключением, а правилом и стехиометрические формулы следует рассматривать скорее как идеальные. Рассмотрим наиболее важные для практики соединения урана с кислородом :

UO₂; U₃O₈; UO₃; UO₄2H₂O.

Диоксид урана UO₂

Это одно из важнейших соединений урана. Кристаллический UO₂ представляет собой порошок от бурого до черного цвета. Вследствие нестехиометричности его реальный состав выражается формулой UO_2+x, где -0,4<x<+0,32 . Удельный вес в зависимости от метода получения UO₂ колеблется в пределах 10-11 г/см³, насыпной вес 3,76 - 4,96 г/см³. Диоксид урана чрезвычайно тугоплавкий продукт. По данным различных авторов, его температура плавления находится в интервале 2176 – 2600⁰ С.

UO2 является оксидом, у которого ярко выражены восстановительные свойства. Так, мелкодисперсный порошок UO2 пирофорен, способен сгорать на воздухе. Крупнодисперсный диоксид урана не пирофорен, но при нагревании на воздухе и в кислороде выше 400⁰С происходит окисление двуокиси до закиси-окиси урана U₃O₈. С водой UO₂ практически не взаимодействует даже при температурах более 300⁰ С.

Двуокись урана при повышенных температурах взаимодействует с F₂, HF, NH₄F, и другими фторирующими агентами по реакциям:

UO₂ + 3F₂ = UF₆ + O₂

UO₂ + 4HF = UF₄ + 2H₂O

При взаимодействии UO₂ с Cl₂, ССl₄ при высоких температурах образуется UCl₄ или UСl₅, например:

UO₂ + CCl₄ = UCl₄ + CO₂

Окислительные свойства у диоксида урана выражены гораздо слабее. Так, с водородом UO₂ не взаимодействует даже при 600 ºС. При сплавлении с металлическими кальцием, магнием UO₂ восстанавливается до металлического U:

UO₂ + 2Ca = U + 2CaO

С минеральными кислотами двуокись урана взаимодействует плохо.В разбавленных растворах кислот UO₂ не растворяется даже при нагревании. О В концентрированных кислотах-окислителях, особенно при нагревании, при растворении UO₂ образуются соли уранила:

2 UO₂ + 6HNO₃ = 2UO₂(NO₃)₂ + N₂O + 3H₂O

В концентрированных растворах кислот-неокислителей при нагревании UO₂ растворяется с образованием солей U(IV) :

UO₂ + 2H₂SO₄ = U(SO₄)₂ + 2H₂O (150⁰С )

В присутствии окислителей растворение в кислотах-неокислителях происходит с гораздо большей скоростью, при этом всегда образуются соли уранила :

UO₂ + 2H₂SO₄ + MnO₂ ⁼ UO₂SO₄ + MnSO₄ + 2H₂O

Аммиачные, щелочные и карбонатные растворы не действуют на двуокись урана ни на холоду, ни при нагревании. Таким образом, можно заключить, что UO₂ проявляет основные свойства.

Диоксид урана может быть получен путем прямого взаимодействия металлического урана с кислородом или с водой:

U + O2 = UO2

U + 2H2O = UO2 + 2H2

Диоксид урана образуется путем восстановления высших окислов урана водородом (600⁰С) или окисью углерода (750⁰С):

U₃O₈ + 2H₂ = 3UO₂ + 2H₂O

UO₃ + CO = UO₂ + CO₂

Можно получить UO₂ также при прокалке некоторых солей урана при 700-900⁰С, в нейтральной или восстановительной атмосфере, т.е. при отсутствии кислорода воздуха:

3(NH₄)₄  UO₂(CO₃)₃ = 3UO₂ + 9CO₂ +10NH₃ + N₂ + 9H₂O

3(NH₄)₂U₂O₇ = 6UO₂ + 2NH₃ + 2 N₂ + 9H₂O

Благодаря своей химической инертности, высокой механической прочности, радиационной устойчивости диоксид урана нашел широкое применение в ядерной энергетике в качестве материала для изготовления ядерного топлива.