Wodorek uranu - Uranium hydride
Nazwy | |
---|---|
Inne nazwy
Wodorek uranu (III) Trójwodorek
uranu Wodorek podmorski |
|
Identyfikatory | |
Model 3D ( JSmol )
|
|
ChemSpider | |
PubChem CID
|
|
|
|
|
|
Nieruchomości | |
UH 3 |
|
Masa cząsteczkowa | 241,05273 g mol -1 |
Wygląd | Brązowo-szary do brązowawo-czarnego proszek piroforyczny |
Gęstość | 10,95 g cm -3 |
Reaguje | |
Struktura | |
Sześcienny, cP32 | |
Pm 3 n, nr 223 | |
a = 664,3 pm
|
|
Zagrożenia | |
Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa | ibilabs.com |
Temperatura zapłonu | Piroforyczny |
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
zweryfikować ( co to jest ?) | |
Referencje Infobox | |
Wodorek uranu , zwany także uranu trihydride (UH 3 ), jest związkiem nieorganicznym i wodorek z uranu .
Nieruchomości
Wodorek uranu jest silnie toksycznym proszkiem piroforycznym lub kruchym ciałem stałym o barwie brązowoszarej do brązowawo-czarnej . Jego gęstość w 20 ° C wynosi 10,95 g cm- 3 , znacznie mniej niż uran (19,1 g cm- 3 ). Ma przewodność metaliczną, jest słabo rozpuszczalny w kwasie solnym i rozkłada się w kwasie azotowym .
Istnieją dwie krystaliczne modyfikacje wodorku uranu, obie sześcienne: forma α, która jest otrzymywana w niskich temperaturach i forma β, która rośnie, gdy temperatura formowania przekracza 250 ° C. Po wzroście obie formy są metastabilne w temperaturze pokojowej i poniżej, ale forma α powoli przekształca się w formę β po podgrzaniu do 100 ° C. Zarówno α-, jak i β-UH 3 są ferromagnetyczne w temperaturach poniżej ~ 180 K. Powyżej 180 K są paramagnetyczne.
Tworzenie się uranu metalicznego
Reakcja gazowego wodoru
Wystawienie uranu metalicznego na działanie wodoru prowadzi do kruchości wodorowej . Wodór dyfunduje przez metal i tworzy sieć kruchego wodoru na granicach ziaren . Wodór można usunąć, a plastyczność odnowić poprzez wyżarzanie w próżni .
Uran metaliczny ogrzany do temperatury 250 do 300 ° C (482 do 572 ° F ) reaguje z wodorem, tworząc wodorek uranu . Dalsze ogrzewanie do około 500 ° C spowoduje odwracalne usunięcie wodoru. Ta właściwość sprawia, że wodorki uranu są dogodnymi materiałami wyjściowymi do tworzenia reaktywnego proszku uranu wraz z różnymi związkami węglika , azotku i halogenku uranu . Odwracalna reakcja przebiega w następujący sposób:
- 2 U + 3 H 2 ⇌ 2 UH 3
Wodorek uranu nie jest związkiem śródmiąższowym , powodując rozszerzanie się metalu podczas tworzenia się wodorku. W swojej sieci każdy atom uranu jest otoczony 6 innymi atomami uranu i 12 atomami wodoru ; każdy atom wodoru zajmuje dużą czworościenną dziurę w sieci. Gęstość wodoru w wodorku uranu jest w przybliżeniu taka sama jak w wodzie ciekłej lub w wodorze ciekłym . W strukturze występuje połączenie UHU przez atom wodoru.
Reakcja wodna
Wodorek uranu tworzy się, gdy uran metaliczny (np. W paliwie Magnox ze skorodowaną powłoką ) zostaje wystawiony na działanie wody; reakcja przebiega następująco:
- 7 U + 6 H 2 O → 3 UO 2 + 4 UH 3
Powstały wodorek uranu jest piroforyczny; jeżeli metal (np. uszkodzony pręt paliwowy ) zostanie później wystawiony na działanie powietrza, może powstać nadmierne ciepło, a sam metaliczny uran może się zapalić. Uran zanieczyszczony wodorkami można pasywować przez wystawienie na działanie mieszaniny gazowej 98% helu z 2% tlenu . Skondensowana wilgoć na metalicznym uranie sprzyja tworzeniu się wodoru i wodorku uranu; powierzchnia piroforyczna może powstać przy braku tlenu. Stanowi to problem z podwodnego składowania wypalonego paliwa jądrowego w zużytych stawów paliwowych . W zależności od wielkości i rozmieszczenia cząstek wodorków, samozapłon może nastąpić po nieokreślonej długości wystawienia na działanie powietrza. Takie narażenie stwarza ryzyko samozapłonu resztek paliwa w magazynach odpadów promieniotwórczych.
Uran metaliczny wystawiony na działanie pary wodnej wytwarza mieszaninę wodorku uranu i dwutlenku uranu .
Wodorek uranu wystawiony na działanie wody wydziela wodór. W kontakcie z silnymi utleniaczami może spowodować pożar i wybuch. Kontakt z halowęglowodorami może spowodować gwałtowną reakcję.
Inne reakcje chemiczne
Proszek wodorku uranu impregnowany polistyrenem nie jest piroforyczny i można go prasować, jednak jego stosunek wodoru do węgla jest niekorzystny. Zamiast tego w 1944 roku wprowadzono uwodorniony polistyren.
Uważa się, że deuterek uranu nadaje się do projektowania niektórych typów inicjatorów neutronów .
Wodorek uranu wzbogacony do około 5% uranu-235 jest proponowany jako połączony moderator paliwa jądrowego / neutronów dla modułu samoregulującej się elektrowni jądrowej moderowanej wodorem . Zgodnie z wyżej wymienionym zgłoszeniem patentowym, omawiany projekt reaktora zaczyna wytwarzać energię, gdy gazowy wodór o wystarczającej temperaturze i ciśnieniu jest wpuszczany do rdzenia (składającego się z granulowanego uranu metalicznego) i reaguje z uranem metalicznym, tworząc wodorek uranu. Wodorek uranu jest zarówno paliwem jądrowym, jak i moderatorem neutronów ; najwyraźniej, podobnie jak inne moderatory neutronów, spowolni neutrony wystarczająco, aby umożliwić zajście reakcji rozszczepienia; atomy uranu-235 w wodorkach służą również jako paliwo jądrowe. Po rozpoczęciu reakcja jądrowa będzie trwała aż do osiągnięcia określonej temperatury, około 800 ° C (1500 ° F), gdzie ze względu na właściwości chemiczne wodorku uranu rozkłada się chemicznie i zamienia w wodór i uran metaliczny. W konsekwencji utrata moderowania neutronów w wyniku chemicznego rozkładu wodorku uranu spowolni - i ostatecznie zatrzyma - reakcję. Gdy temperatura powróci do akceptowalnego poziomu, wodór ponownie połączy się z uranem metalicznym, tworząc wodorek uranu, przywracając umiar i reakcja jądrowa rozpocznie się ponownie.
Wodorek uranowo-cyrkonowy (UZrH), będący połączeniem wodorku uranu i wodorku cyrkonu (II) , jest stosowany jako paliwo / moderator w reaktorach klasy TRIGA .
Podczas ogrzewania diboranem wodorek uranu wytwarza borek uranu . W przypadku bromu w 300 ° C powstaje bromek uranu (IV) . W przypadku chloru w temperaturze 250 ° C powstaje chlorek uranu (IV) . Fluorowodór w temperaturze 20 ° C wytwarza fluorek uranu (IV) . Chlorowodór w temperaturze 300 ° C wytwarza chlorek uranu (III) . Bromowodór w 300 ° C wytwarza bromek uranu (III) . Jodowodór w temperaturze 300 ° C wytwarza jodek uranu (III) . Amoniak w temperaturze 250 ° C wytwarza azotek uranu (III) . Siarkowodór w temperaturze 400 ° C wytwarza siarczek uranu (IV) . Tlen o temperaturze 20 ° C wytwarza oktoksyd triuranu . Woda o temperaturze 350 ° C wytwarza dwutlenek uranu .
Jon wodorku uranu może zakłócać niektóre pomiary spektrometrii mas , pojawiając się jako pik o masie 239, tworząc fałszywy wzrost sygnału dla plutonu-239.
Historia
Ślimaki wodorku uranu zostały użyte w serii eksperymentów „ łaskotanie smoczego ogona ” w celu określenia masy krytycznej uranu.
Wodorek uranu i deuterek uranu sugerowano jako materiał rozszczepialny do bomby z wodorku uranu . Testy z wodorkiem uranu i deuterkiem uranu podczas operacji Upshot – Knothole były jednak rozczarowujące. We wczesnych fazach Projektu Manhattan , w 1943 r., Badano wodorek uranu jako obiecujący materiał na bombę; został opuszczony na początku 1944 r., ponieważ okazało się, że taki projekt byłby nieefektywny.
Aplikacje
Wodór, deuter i tryt można oczyścić poprzez reakcję z uranem, a następnie termiczny rozkład powstałego wodoru / deuterku / trytydu. Ekstremalnie czysty wodór był wytwarzany ze złóż wodorku uranu od dziesięcioleci. Ogrzewanie wodorku uranu to wygodny sposób wprowadzania wodoru do układu próżniowego.
Pęcznienie i proszkowanie w syntezie wodorku uranu można zastosować do wytwarzania bardzo drobnego uranu metalicznego, jeśli sproszkowany wodorek jest rozkładany termicznie.
Uranu wodorek można stosować do izotopu rozdzielania z wodoru , przygotowanie uranu metalicznego proszku, a jako środek redukujący .