Введение

Любое химическое соединение, содержащее по меньшей мере один атом урана Соединения урана - это соединения, образованные элементом уран (U). Хотя уран является радиоактивным актиноидом, его соединения хорошо изучены из-за его длительного периода полураспада и его применения. Обычно он образуется в состояниях окисления +4 и +6, хотя он может также образовываться в других состояниях окисления.

Оксиды

Кальцинированный урановый желтый пирог, производимый во многих крупных мельницах, содержит распределение видов окисления урана в различных формах, начиная от наиболее окисленного до наименее окисленного. Частицы с коротким временем пребывания в кальцинирующем станке, как правило, будут менее окисляться, чем частицы с длительным временем удержания или частицы, извлеченные из скруббера. Содержание урана обычно упоминается как , которое относится к дням Манхэттенского проекта, когда оно использовалось в качестве стандарта отчетности по аналитической химии. Фазовые связи в кислородной системе урана сложны. Наиболее важными окислительными состояниями урана являются уран (IV) и уран (VI), а их два соответствующих оксида - соответственно диоксид урана и триоксид урана. Существуют также другие оксиды урана, такие как монооксид урана (UO), пентооксид диурана и перекись урана. Наиболее распространенными формами оксида урана являются оксид триурана и оксид триурана. Обе формы оксида являются твердыми веществами, которые имеют низкую растворимость в воде и относительно стабильны в широком диапазоне условий окружающей среды. Октоксид триурана является (в зависимости от условий) наиболее стабильным соединением урана и является формой, наиболее часто встречающейся в природе. Диоксид урана является формой, в которой уран чаще всего используется в качестве топлива для ядерного реактора. В условиях окружающей среды они постепенно превращаются в уран. Из-за своей стабильности оксиды урана обычно считаются предпочтительной химической формой для хранения или утилизации.

Химия водных веществ

Соли многих окислительных состояний урана растворимы в воде и могут быть изучены в водных растворах. Наиболее распространенными ионными формами являются (коричнево-красный), (зеленый), UO2+ (нестабильный) и UO22+ (желтый), для U(III), U(IV), U(V) и U(VI), соответственно. Для формального состояния окисления урана ((II) существует несколько твердых и полуметаллических соединений, таких как UO и US, но не известно, существуют ли простые ионы в растворе для этого состояния. Ионы водорода освобождаются из воды и поэтому считаются очень нестабильными. Ион UO22+ представляет собой уран ((VI) состояние и, как известно, образует соединения, такие как уранал карбонат, уранал хлорид и уранал сульфат. UO22+ также образует комплексы с различными органическими хелатирующими агентами, наиболее распространенным из которых является уранил ацетат. В отличие от уранильных солей урана и полиатомных ионных катионных форм оксида урана, уранаты, соли, содержащие полиатомный анион оксида урана, как правило, не растворимы в воде.

Карбонаты

Взаимодействие карбонатных анионов с ураном (VI) приводит к значительным изменениям диаграммы Пурбея при переходе среды из воды в раствор, содержащий карбонат. В то время как подавляющее большинство карбонатов нерастворимы в воде (студентам часто учат, что все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, нерастворимы в воде), карбонаты урана часто растворимы в воде. Это связано с тем, что катион U ((VI) способен связывать два терминальных оксида и три или более карбонатов для образования анионных комплексов. + Диаграммы ПурбеяУран в некомплексирующей водной среде (например, перхлориновая кислота/гидроксид натрия). Уран в карбонатном раствореОтносительные концентрации различных химических форм урана в некомплексирующей водной среде (например, перхлориновая кислота/гидроксид натрия). Относительные концентрации различных химических форм урана в водном карбонатном растворе.

Влияние рН

Диаграммы фракций урана в присутствии карбоната еще больше иллюстрируют это: когда pH раствора урана (VI) увеличивается, уран превращается в гидратированный оксид урана гидроксид, а при высоких pH он становится анионным гидроксидным комплексом. При добавлении карбоната уран превращается в серию карбонатных комплексов, если повышается рН. Одним из последствий этих реакций является повышенная растворимость урана в диапазоне рН от 6 до 8, что напрямую влияет на долгосрочную стабильность отработанного уран-диоксида.

Гидриды, карбиды и нитриды

Уран металлический нагревается, чтобы вступать в реакцию с водородом и образовывать гидрид урана. Даже более высокие температуры обратимо удаляют водород. Это свойство делает гидриды урана удобными исходными материалами для создания реактивного порошка урана вместе с различными карбидами, нитридами и галидными соединениями урана. Существуют две кристаллические модификации гидрида урана: α-форма, которая получается при низких температурах, и β-форма, которая создается при температуре образования выше 250 °C. Карбиды урана и нитриды урана являются относительно инертными полуметаллическими соединениями, которые минимально растворимы в кислотах, реагируют с водой и могут воспламеняться в воздухе, чтобы образовывать карбиды урана. Карбиды урана включают в себя монокарбид урана (U C), дикарбид урана и трикарбид диурана. Оба UC и образуются путем добавления углерода к расплавленному урану или подвергая металл окиси углерода при высоких температурах. Стабильность ниже 1800 °C, получается путем нагревания смеси UC и подвержения ее механическому напряжению. Нитриды урана , полученные при непосредственном воздействии металла на азот , включают мононитрид урана (UN), динитрид урана и тринитрид диурана .