Введение
chembox
| Watchedfields = changed
| verifiedrevid = 452010868
| Name = Uranium trioxide
| ImageFile = UO3 gamma lattice.png
| IUPACName = Uranium trioxideУран(VI) оксид
| OtherNames = Uranyl oxideУранный оксид, Уранил оксид; Uranic oxideУранический оксид
|Section1=
|Section2=
|Section3=
|Section4=Chembox Thermochemistry
| DeltaHf = −1230 kJ·mol−1
| Entropy = 99 J·mol−1·K−1 Следует отметить, что при температуре выше 750 °C даже при давлении 5 атм O2 UO3 разлагается на U3O8. Уранил нитрат, UO2(NO3)2·6H2O, можно нагревать для получения UO3. Это происходит в процессе переработки ядерного топлива. Топливные стержни растворяют в HNO3 для отделения уранил нитрата от плутония и продуктов деления (метод PUREX). Чистый уранил нитрат превращают в твердый UO3 путем нагревания до 400 °C. После восстановления водородом (в присутствии другого инертного газа) до диоксида урана, уран может быть использован в новых топливных стержнях MOX. Диуран аммония или диуран натрия (Na2U2O7·6H2O) могут быть разложены. Диуран натрия, также известный как «желтый пирог», превращается в триоксид урана при обогащении урана. Диоксид урана и тетрафторид урана являются промежуточными продуктами в процессе, который завершается получением гексафторида урана. Триоксид урана транспортируется между перерабатывающими предприятиями в виде геля, чаще всего от шахт к конверсионным заводам. При использовании для конверсии все оксиды урана часто называют переработанным ураном (RepU). Корпорация Cameco, работающая на крупнейшем в мире уранном заводе в Блайнд-Ривер, Онтарио, производит триоксид урана высокой чистоты. Сообщается, что коррозия урана в водном растворе, богатом кремнекислотой, приводит к образованию диоксида урана, триоксида урана и коффинита. В чистой воде в первую неделю образуется шёпит (UO2)8O2(OH)12·12(H2O), а через четыре месяца – студтит (UO2)O2·4(H2O). Это изменение оксида урана также приводит к образованию метастудтита, более стабильного пероксида уранила, который часто встречается на поверхности отработавшего ядерного топлива, подвергавшегося воздействию воды. Отчеты о коррозии урана были опубликованы Королевским обществом.
| 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.
Опасности для здоровья и безопасности
Как и все соединения урана(VI), UO3 опасен при вдыхании, проглатывании и контакте с кожей. Это ядовитое, слабо радиоактивное вещество, которое может вызывать одышку, кашель, острые поражения артерий, а также изменения в хромосомах лейкоцитов и половых желез, приводящие к врожденным дефектам развития при вдыхании. Однако при попадании внутрь уран оказывает преимущественно токсическое воздействие на почки и может серьезно нарушить их функцию.
Твердость
Единственным хорошо изученным бинарным триоксидом актинида является UO3, для которого известно несколько полиморфных модификаций. Твердый UO3 при нагревании отщепляет O2, образуя зеленый U3O8: сообщаемые температуры разложения на воздухе варьируются от 200 до 650 °C. Нагревание при 700 °C в атмосфере водорода приводит к образованию темно-коричневого диоксида урана (UO2), который используется в топливных стержнях MOX-топлива.
Альфа
Форма α (альфа): слоистое твердое вещество, в котором 2D-слои соединены атомами кислорода (показаны красным цветом). Гидратированный пероксид уранила, образующийся при добавлении перекиси водорода в водный раствор нитрата урана и последующем нагревании до 200–225 °C, формирует аморфный триоксид урана, который при нагревании до 400–450 °C превращается в альфа-триоксид урана.
Бета-эпидемия
Форма β (бета) UO3: это твердое вещество содержит множество уникальных мест расположения атомов урана и искаженных многогранников. Эта форма может быть получена при нагревании диураната аммония, а П. С. Дебетс и Б. О. Лупстра обнаружили четыре твердые фазы в системе UO3-H2O-NH3, которые все можно рассматривать как UO2(OH)2·H2O, где некоторая часть воды заменена аммиаком. Было установлено, что прокаливание при 500 °C на воздухе приводит к образованию бета-формы триоксида урана.
Гамма
Форма γ (гамма): с различными окружениями урана, показанными в зелёном и жёлтом цветах. Наиболее часто встречающимся полиморфом является γ UO3, структура которого, полученная методом рентгеновской дифракции порошка, была определена. Соединение кристаллизуется в пространственной группе I41/amd с двумя атомами урана в элементарной ячейке. Оба атома окружены несколько искажёнными октаэдрами атомов кислорода. Один атом урана имеет два ближайших и четыре более удалённых атома кислорода, а другой – четыре ближайших и два более удалённых атома кислорода в качестве ближайших соседей. Таким образом, корректно описать структуру как [UO2]2+[UO4]2−, то есть уранилуранат. Окружение атомов урана, показанное жёлтым цветом в гамма-форме. Цепи из колец U2O2 в гамма-форме образуют слои, при этом соседние слои ориентированы под углом 90 градусов друг к другу. Эти цепи содержат жёлтые атомы урана, находящиеся в октаэдрическом окружении, искажённом в сторону квадратной плоскости за счёт удлинения связей уран-кислород вдоль оси.
Дельта
Форма дельта (δ) — это кубическое твердое вещество, в котором атомы кислорода расположены между атомами урана.
Эпсилон
Предлагаемая кристаллическая структура эпсилон (ε)-формы состоит из слоев гексагональных бипирамид урана, соединенных через полиэдры с общими ребрами. Эти слои соединены посредством аксиальных атомов кислорода уранила. Предлагаемая структура относится к триклинической пространственной группе P 1.
Форма высокого давления
Существует твердая форма, устойчивая при высоком давлении, содержащая кольца U2O2 и U3O3.
Гидраты
Известно несколько гидратов триоксида урана, например, UO3·6H2O, которые в старой литературе часто называют "урановой кислотой" из-за сходства их формулы с формулами различных кислородсодержащих кислот металлов, хотя фактически они не обладают выраженной кислотностью.
Изоляция матрицы
Инфракрасная спектроскопия молекулы UO3, изолированной в аргоновой матрице, указывает на Т-образную структуру (точечная группа C2v) для этой молекулы. Это отличается от обычно наблюдаемой молекулярной симметрии D3h, характерной для большинства триоксидов. На основании силовых констант авторы определяют длины связей U–O в диапазоне от 1,76 до 1,79 Å (176–179 пм).
Вычислительное исследование
Расчеты предсказывают, что точечная группа молекулы UO3 — C2v, с длиной аксиальной связи 1,75 Å, длиной экваториальной связи 1,83 Å и углом 161° между аксиальными атомами кислорода. Более симметричный вид D3h представляет собой седловую точку, находящуюся на 49 кДж/моль выше минимума C2v. Авторы объясняют это эффектом Яна-Теллера второго порядка.
Кубическая форма триоксида урана
Кристаллическая структура фазы триоксида урана состава UO2.82 была определена методами рентгенопорошковой дифракции с использованием фокусирующей камеры типа Гвинея. Элементарная ячейка кубическая, с параметром a = 4.138 ± 0.005 кX. Атом урана расположен в точке (000), а атомы кислорода – в точках (View the MathML source), (View the MathML source) и (View the MathML source), при наличии некоторого количества вакансий по анионам. Соединение изоструктурно ReO3. Расстояние между атомами урана и кислорода, равное 2.073 Å, соответствует предсказанному Захариасеном для прочности связи S = 1.
Электрохимическая модификация
Исследовано обратимое внедрение магниевых катионов в кристаллическую решетку триоксида урана с помощью циклической вольтамперометрии, используя графитовый электрод, модифицированный микроскопическими частицами оксида урана. Аналогичный эксперимент был проведен и для U3O8. Это пример электрохимии модифицированного твердого электрода; эксперимент с триоксидом урана связан с использованием электродов из углеродистой пасты. Также возможно восстановление триоксида урана натрием с образованием оксидов натрия и урана. Ранее было показано, что литий может быть внедрен в кристаллическую решетку триоксида урана электрохимическим путем, что аналогично принципу работы некоторых перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов. В таких перезаряжаемых элементах один из электродов представляет собой оксид металла, содержащий, например, кобальт, который восстанавливается для поддержания электронейтральности: на каждый добавленный к материалу электрода электрон в решетку этого оксидного электрода входит ион лития.
Амфотеризм и реактивность к образованию связанных урана и катионов
Оксид урана является амфотерным и проявляет свойства как кислоты, так и основания, в зависимости от условий.
Оксиды урана в керамике
Керамика на основе UO3 становится зеленой или черной при обжиге в восстановительной атмосфере и желтой до оранжевой при обжиге в кислородной среде. Оранжевый Fiestaware – хорошо известный пример изделия с глазурью, содержащей уран. UO3 также использовался в составах эмалей, уранового стекла и фарфора. До 1960 года UO3 применялся как агент кристаллизации в кристаллических цветных глазурях. Возможно определить с помощью счетчика Гейгера, был ли изготовлен глазурь или стекло из UO3.