Кіріспе
chembox
| Watchedfields = өзгертілген
| verifiedrevid = 452010868
| Name = Уран триоксиді
| ImageFile = UO3 гамма торлары.png
| IUPACName = Уран триоксиді Уран(VI) оксиді
| OtherNames = Уранил оксиді Урандық оксид
|Section1=
|Section2=
|Section3=
|Section4=Хемобокс Термохимиясы
| DeltaHf = −1230 кДж·моль−1
| Entropy = 99 Дж·моль−1·К−1 Ескеріңіз, 750 °C-тан жоғары температурада тіпті 5 атм O2 жағдайында да UO3 U3O8-ге ыдырайды. Уранил нитраты, UO2(NO3)2·6H2O, UO3 алу үшін қыздырылуы мүмкін. Бұл ядролық отынды қайта өңдеу кезінде жүзеге асады. Отын таяқшалары HNO3-те ерітіліп, плутоний мен бөліну өнімдерінен уранил нитратын бөліп алады (PUREX әдісі). Таза уранил нитраты 400 °C температурада қыздыру арқылы қатты UO3-ке айналады. Сутегімен (басқа инерт газдың қатысуымен) уран диоксидіне дейін тотығудан кейін уран жаңа MOX отын таяқшаларында қолданылуы мүмкін. Аммоний диуранат немесе натрий диуранат (Na2U2O7·6H2O) ыдырауы мүмкін. Натрий диуранат, сонымен қатар «сары торт» деп белгілі, уранды байыту кезінде уран триоксидіне айналады. Уран диоксиді мен уран тетрафториді уран гексафторидіне айналатын процестің аралық өнімдері болып табылады. Уран триоксиді өңдеу мекемелері арасында, көбінесе кендерден конверсиялық зауыттарға гель түрінде тасымалданады. Конверсия үшін қолданылатын барлық уран оксидтері «қайта өңделген уран» (RepU) деп аталады. Онтарио штатындағы Блайнд-Риверде орналасқан әлемдегі ең ірі уранды өңдеу зауытында жұмыс істейтін Cameco Corporation компаниясы жоғары тазалықтағы уран триоксидін өндіреді. Кремнийге қатысты сулы ерітіндіде уранның коррозиясы уран диоксиді, уран триоксиді және коффинитті құрайды. Таза суда алғашқы аптада шёпит (UO2)8O2(OH)12·12(H2O) пайда болады, ал төрт айдан кейін студтит (UO2)O2·4(H2O) түзіледі. Уран оксидінің өзгеруі суға түскен пайдаланылған ядролық отынның бетінде жиі кездесетін, тұрақтырақ уранил пероксиді – метастудиттің пайда болуына әкеледі. Уран металл коррозиясы туралы есептерді Корольдік қоғам жариялады.
| Watchedfields = changed
| verifiedrevid = 452010868
| Name = Uranium trioxide
| ImageFile = UO3 gamma lattice. png
| IUPACName = Uranium trioxideUranium(VI) oxide
| OtherNames = Uranyl oxideUranic oxide
|Section1=
|Section2=
|Section3=
|Section4=Chembox Thermochemistry
| DeltaHf = −1230 kJ·mol−1
| Entropy = 99 J·mol−1·K−1 Note that above 750 °C even in 5 atm O2 UO3 decomposes into U3O8. Uranyl nitrate, UO2(NO3)2·6H2O can be heated to yield UO3. This occurs during the reprocessing of nuclear fuel. Fuel rods are dissolved in HNO3 to separate uranyl nitrate from plutonium and the fission products (the PUREX method). The pure uranyl nitrate is converted to solid UO3 by heating at 400 °C. After reduction with hydrogen (with other inert gas present) to uranium dioxide, the uranium can be used in new MOX fuel rods. Ammonium diuranate or sodium diuranate (Na2U2O7·6H2O) may be decomposed. Sodium diuranate, also known as yellowcake, is converted to uranium trioxide in the enrichment of uranium. Uranium dioxide and uranium tetrafluoride are intermediates in the process which ends in uranium hexafluoride. Uranium trioxide is shipped between processing facilities in the form of a gel, most often from mines to conversion plants. When used for conversion, all uranium oxides are often called reprocessed uranium (RepU). Cameco Corporation, which operates at the world's largest uranium refinery at Blind River, Ontario, produces high purity uranium trioxide. It has been reported that the corrosion of uranium in a silica rich aqueous solution forms uranium dioxide, uranium trioxide, and coffinite. In pure water, schoepite (UO2)8O2(OH)12·12(H2O) is formed in the first week and then after four months studtite (UO2)O2·4(H2O) was produced. This alteration of uranium oxide also leads to the formation of metastudtite, a more stable uranyl peroxide, often found in the surface of spent nuclear fuel exposed to water. Reports on the corrosion of uranium metal have been published by the Royal Society.
Денсаулық пен қауіпсіздікке қауіп төндіреді
Барлық алты валентті уран қосылыстары сияқты, UO3 да тыныс алу, жұту және тері арқылы қауіпті. Бұл улы, аз радиоактивті зат, ол тынысқышты тарылтады, жөтелге, артериялардың жедел зақымдануына, ақ қан жасушалары мен жыныс бездерінің хромосомаларындағы өзгерістерге алып келуі мүмкін, нәтижесінде туа біткен кемістіктер пайда болуы мүмкін. Дегенмен, жұтылған кезде уран негізінен бүйректерге зиянды әсер етеді және олардың жұмысына ауыр зардап келтіруі мүмкін.
Қатты күйдегі құрылым
Кез келген актинидтің жақсы сипатталған екілік триоксиді UO3 болып табылады, оның бірнеше полиморфтары белгілі. Қатты UO3 қыздырғанда O2 жоғалтады және жасыл түсті U3O8-ге айналады: ауадағы ыдырау температурасы туралы мәліметтер 200-ден 650 °C-қа дейін ауытқып келеді. 700 °C температурада H2 ортасында қыздырғанда қоңыр түсті уран диоксиді (UO2) алынады, ол MOX ядролық отын шыбықтарында қолданылады.
Альфа
α (альфа) формасы: 2D қабаттары оттегі атомдарымен (қызыл түспен көрсетілген) байланысқан қабатты қатты зат. Уран нитратының сулы ерітіндісіне сутек пероксиді қосылып, 200–225 °C-қа дейін қыздырылғанда гидратталған уранл пероксиді пайда болады, ол 400–450 °C-қа дейін қыздырылғанда альфа уран триоксидіне айналады.
Бета
β (бета) UO3 формасы: Бұл қатты затта бірнеше ерекше уран орындары және бұрыс полиэдрлер бар. Бұл форманы аммоний диуранатты қыздыру арқылы алуға болады. П. С. Дебетс және Б. О. Лоопстра UO3 H2O NH3 жүйесінде төрт қатты фазаны тапты және олардың барлығын UO2(OH)2·H2O ретінде қарастыруға болатынын анықтады, мұнда судың бір бөлігі аммиакқа алмастырылған. 500 °C температурада ауада күйдіру (кальцинациялау) нәтижесінде уран триоксидінің бета формасы түзіледі.
Гамма
γ (гамма) формасы: әр түрлі уран орталары жасыл және сары түсте көрсетілген. Ең көп кездесетін полиморф – γ UO3, оның рентгендік құрылымы ұнтақ дифракциясының деректері арқылы анықталған. Бұл қосылыс I41/amd кеңістіктік тобында кристалданады, асимметриялық бірлікте екі уран атомы бар. Екеуі де оттегі атомдарының сәл бұрмаланған октаэдрлерімен қоршалған. Бір уран атомының маңында екі жақын және төрт алыс оттегі атомы, ал екіншісінде төрт жақын және екі алыс оттегі атомы бар. Сондықтан, құрылымды [UO2]2+[UO4]2−, яғни уранил уранаты деп сипаттау дұрыс. Гамма формасындағы уран атомдарының ортасы сары түспен көрсетілген. Гамма формасындағы U2O2 сақиналарының тізбектері қабаттарда орналасқан, ал қабаттар бір-біріне 90 градус бұрышпен тік бұрышта орналасқан. Бұл тізбектер сары уран атомдарын қамтитын октаэдрлік ортада көрсетілген, олар уран-оттегі осьтік байланыстарының ұзартылуымен шаршы жазықтыққа қарай бұрмаланған.
Дельта
Дельта (δ) формасы — оттегі атомдары уран атомдарының арасында орналасқан кубтық қатты дене.
Эпсилон
Ұсынылған эпсилон (ε) формасының кристалдық құрылымы, қабырғаларымен ортақ полиэдрлер арқылы байланысқан уран алтыбұрышты бипирамидаларының қабаттарынан тұрады. Бұл қабаттар, осьтік урандық оттегі атомдары арқылы байланысады. Ұсынылған құрылым триклиникалық P 1 кеңістік тобында орналасқан.
Жоғары қысымдағы форма
Жоғары қысымдағы қатты түрінде U2O2 және U3O3 сақиналары кездеседі.
Гидраттар
Уран триоксидінің бірнеше гидраттары белгілі, мысалы, UO3·6H2O. Ескі әдебиеттерде олардың формуласы түрлі металл оксикислоталарына ұқсас болғандықтан, олар жиі "уран қышқылы" деп аталады, бірақ шындығында олар аса қышқыл емес.
Матрицалық оқшаулау
Аргон матрицасында оқшауланған молекулалық UO3-тің инфрақызыл спектроскопиясы молекуланың Т тәрізді құрылымын (нүктелік топ C2v) көрсетеді. Бұл көптеген триоксидтерде кездесетін D3h молекулалық симметриясынан өзгеше. Авторлар күш тұрақтыларынан U-O байланысының ұзындығы 1,76 мен 1,79 Å (176-179 пм) аралығында екенін анықтады.
Есептеулік зерттеу
Есептеулер молекулалық UO3 нүктелік тобының C2v екенін көрсетеді, онда осьтік байланыс ұзындығы 1,75 Å, экваторлық байланыс ұзындығы 1,83 Å және осьтік оттегілер арасындағы бұрыш 161° құрайды. Көбірек симметриялы D3h түрі – C2v минимумнан 49 кДж/моль жоғары орналасқан тұйық нүкте. Авторлар түсіндірме ретінде екінші реттік Яхн-Теллер әсерін келтіреді.
Уран триоксидінің кубикалық түрі
Құрамы UO2·82 уран триоксидінің кристалдық құрылымы Гвинее типті фокус камерасын қолдана отырып, рентгендік ұнтақ дифракциясы әдістерімен анықталды. Элементар торшасы a = 4.138 ± 0.005 kX параметрімен кубикалық. Уран атомы (000) координатасында, ал оттегі атомдары (Математикалық кодты көзбен қараңыз), (Математикалық кодты көзбен қараңыз) және (Математикалық кодты көзбен қараңыз) координаталарында орналасқан, сондай-ақ аниондық бос орындар да бар. Бұл қосылыс ReO3-пен изоструктуралық. U-O байланысының арақашықтығы 2.073 Å, бұл Захариясеннің S = 1 байланыс күші үшін болжаған мәнімен сәйкес келеді.
Электрохимиялық модификация
Уран тотығының микроскопиялық бөлшектерімен модификацияланған графит электроды қолданылып, циклдік вольтаметрия арқылы магний катиондарының уран тотығының кристалдық торларына қайтымды енгізілуі зерттелді. Бұл тәжірибе U3O8 үшін де жүргізілді. Бұл – қатты модификацияланған электродтың электрохимиясының мысалы, уран триоксиді үшін қолданылған тәжірибе көміртек пастасы электродымен жүргізілген тәжірибеге байланысты. Сонымен қатар, уран триоксидін натрий металлымен тотықсыздандырып, натрий уран оксидтерін жасауға болады. Электрохимиялық әдіспен литийді уран триоксидінің кристалдық торларына енгізуге болады, бұл кейбір қайта зарядталатын литий-иондық аккумуляторлардың жұмыс принципіне ұқсас. Мұндай қайта зарядталатын элементтерде электродтардың бірі кобальт сияқты металл бар металл оксидінен жасалады, әрбір электрон электрод материалына қосылғанда электронейтралдықты сақтау үшін литий ионы осы оксид электродтың кристалдық торларына өтеді.
Амфотеризм және уранмен байланысты аниондар мен катиондарды қалыптастыруға реактивтілік
Уран оксиді амфотерлі және жағдайларға қарай қышқыл немесе сілте ретінде реакцияға түседі.
Керамикадағы уран оксидтері
UO3 негізіндегі керамикалар тотықсыздандырылған атмосферада күйдірілгенде жасыл немесе қара түске өтеді, ал оттегі бар ортада күйдірілгенде сарыдан қызғылт сарыға дейін өзгеріп, түс алады. Қызғылт сары түсті Fiestaware – уран негізіндегі глазурь қолданылған өнімнің кең танымал мысалы. UO3 эмаль, уран шынысы және фарфор жасау құрамында да қолданылған. 1960 жылға дейін UO3 кристалды боялған глазурьлерде кристалдануға көмектесетін зат ретінде пайдаланылды. Гейгер санауышымен глазурьдің немесе шынының UO3-тен жасалғанын анықтауға болады.