Hexafluorid uranu - Uranium hexafluoride

Hexafluorid uranu
Uran-hexafluorid-2D-V2.svg
Uran-hexafluorid-3D-vdW.png
Uran-hexafluorid-krystal-3D-vdW.png
Jména
Názvy IUPAC
Hexafluorid uranu
Fluorid uranu
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.029.116 Upravte to na Wikidata
Číslo RTECS
  • YR4720000
UNII
UN číslo2978 (<1% 235U)
2977 (>1% 235U)
Vlastnosti
UF6
Molární hmotnost352.02 g / mol
VzhledBezbarvá pevná látka
Hustota5.09 g / cm3, pevný
Bod tání 64,052 ° C (147,294 ° F; 337,202 K) (trojný bod při 151 ° C kPa[1])
Bod varu 56,5 ° C (133,7 ° F; 329,6 K) (sublimuje, při atmosférickém tlaku)
Hydrolyzuje
Rozpustnost
Struktura
Ortorombický, oP28
Pnma, č. 62
Octahedral (Óh)
0
Termochemie
  • Solidní, -430,4 ± 1,5 J · K−1· Mol−1[2]
  • Plynné, -280,4 ± 1,5 J · K−1· Mol−1[2]
  • Solidní, -2197,7 ± 1,8 kJ · Mol−1[2]
  • Plynné, -2148,1 ± 1,8 kJ · mol−1[2]
Nebezpečí
Bezpečnostní listICSC 1250
Velmi toxický T + (T +)
Nebezpečný pro životní prostředí (Příroda) N (N)
R-věty (zastaralý)R26 / 28, R33, R51 / 53
S-věty (zastaralý)(S1 / 2), S20 / 21, S45, S61
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutíNehořlavé
Související sloučeniny
jiný anionty
Chlorid uranu
jiný kationty
Neptunium hexafluorid
Hexafluorid plutonia
Související fluoridy uranu
Fluorid uranu
Fluorid uranu
Fluorid uranu (V)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Hexafluorid uranu (UF6), hovorově známý jako „hex„v jaderném průmyslu je sloučenina používaná v procesu obohacující uran, která vyrábí palivo pro jaderné reaktory a nukleární zbraně.

Hex tvoří pevné šedé krystaly v standardní teplota a tlak, je vysoce toxický, reaguje s vodou a je korozivní pro většinu kovů. Sloučenina mírně reaguje s hliník, tvořící tenkou povrchovou vrstvu z AlF3 který odolává jakékoli další reakci ze sloučeniny.

Příprava

Mletá uranová ruda - U3Ó8 nebo „žlutý koláč „- je rozpuštěn kyselina dusičná, čímž se získá řešení uranylnitrát UO2(NE3)2. Čistý dusičnan uranylu se získá extrakce rozpouštědlem, poté ošetřeny amoniak k výrobě diuranát amonný ("ADU", (NH4)2U2Ó7). Redukce s vodík dává UO2, který je převeden pomocí kyselina fluorovodíková (HF) do tetrafluorid uranu, UF4. Oxidace s fluor výnosy UF6.

V době jaderné přepracování, uran reaguje s chlorfluorid dát UF6:

U + 2 ClF3 → UF6 + Cl2

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Na atmosférický tlak, to vznešené při 56,5 ° C.[3]

UF6 ve sklenici ampule.

Struktura v pevném stavu byla stanovena pomocí neutronová difrakce při 77 K a 293 K.[4][5]

  • Kuličkový model jednotkové buňky hexafluoridu uranu[6]

  • Délky a úhly vazby plynného hexafluoridu uranu[7]

Chemické vlastnosti

Bylo prokázáno, že hexafluorid uranu je oxidant[8] a a Lewisova kyselina který je schopen se vázat fluorid; například reakce fluorid měďnatý s hexafluoridem uranu v acetonitril se uvádí, že tvoří heptafluorouranát měďnatý (VI), Cu (UF7)2.[9]

Polymerní fluoridy uranu (VI) obsahující organické kationty byly izolovány a charakterizovány rentgenovou difrakcí.[10]

Aplikace v jaderném palivovém cyklu

Fázový diagram UF6.

UF6 se používá v obou hlavních uranech obohacení metody - plynná difúze a plynová odstředivka metoda - protože její trojitý bod je při teplotě 64,05 ° C (147 ° F, 337 K) a jen o málo vyšší než normální atmosférický tlak. Fluor má pouze jeden přirozeně se vyskytující stabilní izotop, takže izotopologové UF6 se liší svou molekulovou hmotností pouze na základě uranu izotop současnost, dárek.[11]

Všechny ostatní fluoridy uranu jsou netěkavé pevné látky, které jsou koordinační polymery.

Plynná difúze vyžaduje přibližně 60krát více energie než proces plynové centrifugy: jaderné palivo vyrobené plynnou difúzí produkuje 25krát více energie, než kolik se používá v procesu difúze, zatímco palivo vyrobené v centrifuze produkuje 1500krát více energie, než se používá v odstředivce proces.

Kromě svého použití při obohacování se hexafluorid uranu používá v pokročilé metodě přepracování (těkavost fluoridů ), který byl vyvinut v Česká republika. V tomto procesu se používá kysličník jaderné palivo se zpracuje plynným fluorem za vzniku směsi fluoridů. Tato směs se potom destiluje, aby se oddělily různé třídy materiálu.

Obohacování uranu produkuje velké množství ochuzený uran hexafluorid nebo DUF6, jako odpadní produkt. Dlouhodobé skladování DUF6 představuje rizika pro životní prostředí, zdraví a bezpečnost z důvodu jeho chemické nestability. Když UF6 je vystaven vlhkému vzduchu, reaguje s vodou ve vzduchu za vzniku UO2F2 (uranylfluorid ) a HF (fluorovodík ) oba jsou vysoce korozivní a toxické. V roce 2005 686 500 tun DUF6 byla umístěna v 57 122 zásobních válcích umístěných poblíž Portsmouth, Ohio; Oak Ridge, Tennessee; a Paducah, Kentucky.[12][13] Zásobní válce musí být pravidelně kontrolovány, zda nevykazují známky koroze a netěsností. Odhadovaná životnost ocelových lahví se měří v desetiletích.[14]

V USA došlo k několika nehodám obsahujícím hexafluorid uranu, včetně nehody při plnění lahví a úniku materiálu na Společnost Sequoyah Fuels Corporation v roce 1986.[15] Americká vláda převádí DUF6 na pevnou látku oxidy uranu k likvidaci.[16] Taková likvidace celého DUF6 inventář může stát kdekoli $ 15 až 450 milionů dolarů.[17]

  • Prasklý 14tunový UF6 přepravní válec. 1 osudovost, desítky zraněných. Uvolněno ~ 29 500 liber materiálu. Sequoyah Fuels Corporation 1986.

  • DUF6 skladiště z dálky

  • DUF6 válce: lakované (vlevo) a zkorodované (vpravo)

Reference

  1. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 16. 9. 2013. Citováno 2013-08-08.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  2. ^ A b C d Johnson, Gerald K. (1979). „Entalpie vzniku hexafluoridu uranu“. Žurnál chemické termodynamiky. 11 (5): 483–490. doi:10.1016/0021-9614(79)90126-5.
  3. ^ Brickwedde, Ferdinand G .; Hoge, Harold J .; Scott, Russell B. (1948). „Nízkoteplotní tepelné kapacity, entalpie a entropie UF4 a UF6". J. Chem. Phys. 16 (5): 429–436. doi:10.1063/1.1746914.
  4. ^ J. H. Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). „Struktura fluoridů. Část XII. Monokrystalická neutronová difrakční studie hexafluoridu uranu při 293 K“. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 219–224. doi:10.1039 / DT9760000219.
  5. ^ J. H. Levy, J. C. Taylor a A. B. Waugh (1983). „Neutronové práškové strukturní studie UF6, MF6 a WF6 při 77 K ". Journal of Fluorine Chemistry. 23: 29–36. doi:10.1016 / S0022-1139 (00) 81276-2.
  6. ^ J. C. Taylor, P. W. Wilson, J. W. Kelly: „Struktury fluoridů. I. Odchylky od ideální symetrie ve struktuře krystalického UF6: neutronová difrakční analýza ", Acta Crystallogr., 1973, B29, str. 7–12; doi:10.1107 / S0567740873001895.
  7. ^ Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W .; Bernard (1968). „Vyšetřování elektronové difrakce hexafluoridů wolframu, osmia, iridia, uranu, neptunia a plutonia“. J. Chem. Phys. 48 (8): 4001–4012. doi:10.1063/1.1669727.
  8. ^ G. H. Olah; J. Welch (1978). "Syntetické metody a reakce. 46. Oxidace organických sloučenin hexafluoridem uranu v haloalkanových roztocích". J. Am. Chem. Soc. 100 (17): 5396–5402. doi:10.1021 / ja00485a024.
  9. ^ J. A. Berry; R. T. Poole; A. Prescott; D. W. A. ​​Sharp; J. M. Winfield (1976). "Oxidační a fluoridové iontové akceptorové vlastnosti hexafluoridu uranu v acetonitrilu". J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 272–274. doi:10.1039 / DT9760000272.
  10. ^ S. M. Walker; P. S. Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). "Od molekul k rámcům: variabilní rozměrnost v UO2(CH3VRKAT)2· 2H2Systém O / HF (aq) / piperazin. Syntézy, struktury a charakterizace nulové dimenze (C.4N2H12) UO2F4· 3H2O, jednorozměrný (C4N2H12)2U2F12· H2O, dvourozměrný (C4N2H12)2(U2Ó4F5)4· 11H2O a trojrozměrný (C4N2H12) U2Ó4F6". J. Am. Chem. Soc. 121 (45): 10513–10521. doi:10.1021 / ja992145f.
  11. ^ „Obohacení uranu a proces plynné difúze“. USEC Inc. Archivováno od originál dne 19. 10. 2007. Citováno 2007-09-24.
  12. ^ „Kolik ochuzeného hexafluoridu uranu je uloženo ve Spojených státech?“. Vyčerpaná UF6 Časté dotazy. Argonne National Laboratory.[trvalý mrtvý odkaz ]
  13. ^ Dokumenty
  14. ^ „Co je to DUF6? Je to nebezpečné a co bychom s tím měli dělat? “. Institut pro energetický a environmentální výzkum. 2007-09-24.
  15. ^ „Staly se nehody týkající se hexafluoridu uranu?“. Vyčerpaná UF6 Časté dotazy. Argonne National Laboratory. Archivovány od originál dne 09.06.2017.
  16. ^ „Co se stane s hexafluoridem uranu skladovaným ve Spojených státech?“. Vyčerpaná UF6 Časté dotazy. Argonne National Laboratory.[trvalý mrtvý odkaz ]
  17. ^ „Existují nějaká v současné době fungující zařízení na zneškodňování, která mohou přijmout veškerý vyčerpaný oxid uranu, který by byl generován přeměnou ochuzeného UF6 inventář?". Vyčerpaná UF6 Časté dotazy. Argonne National Laboratory.[trvalý mrtvý odkaz ]

Další čtení

  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 55, Uran, Teil A, str. 121–123.
  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 55, Uran, Teil C 8, str. 71–163.
  • R. DeWitt: Hexafluorid uranu: Přehled fyzikálně-chemických vlastností, Technická zpráva, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Portsmouth, Ohio; 12. srpna 1960; doi:10.2172/4025868.
  • Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżynński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt, Stephen F. Wolf: Uran, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): Chemie aktinidových a transaktinidových prvkůSpringer, Dordrecht 2006; ISBN  1-4020-3555-1, str. 253–698; doi:10.1007/1-4020-3598-5_5 (str. 530–531, 557–564).
  • US patent 2535572: Příprava UF6; 26. prosince 1950.
  • US patent 5723837: Purifikace hexafluoridu uranu; 3. března 1998.

externí odkazy