Оксид урана(IV)
| Оксид урана(IV) | |||
|---|---|---|---|
| |||
 | |||
| Общие | |||
| Систематическое наименование |
Оксид урана(IV), Диоксид урана | ||
| Традиционные названия | Двуокись урана | ||
| Хим. формула | UO2 | ||
| Физические свойства | |||
| Состояние | твёрдое (в виде чёрного порошка) | ||
| Молярная масса | 270,03 г/моль | ||
| Плотность | 10,97 г/см³ | ||
| Термические свойства | |||
| Температура | |||
| • плавления | 2875 °C | ||
| Мол. теплоёмк. | 63,6 Дж/(моль·К) | ||
| Теплопроводность | 4,5 Вт/(м·K) | ||
| Энтальпия | |||
| • образования | −1084,5 кДж/моль | ||
| Коэфф. тепл. расширения | 9,2⋅10−6 K−1 | ||
| Давление пара | в зависимости от температуры lgp=33,115T-4,026lgT+25,686 атм | ||
| Структура | |||
| Координационная геометрия |
Тетраэдрическая (O2−) кубическая (UIV), координационное число U[8], O[4] |
||
| Кристаллическая структура | кубическая, [math]\displaystyle{ O_h^5 }[/math], Fm3m, No. 225 | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS | 1344-57-6 | ||
| Рег. номер EINECS | 215-700-3 | ||
| SMILES | |||
| RTECS | YR4705000 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
Оксид урана(IV) — неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом — вещество тёмно-коричневого, почти чёрного, цвета. Химическая формула UO2 (точнее, UO2±x). Широко используется как ядерное топливо в реакторах.
Свойства
Температура плавления в зависимости от стехиометрического состава составляет от 2840 до 2875 °C. Диоксид урана — нестехиометрическое соединение, имеющее состав от UO1,6 до UO2,5. Диоксид урана термодинамически устойчив при нагревании в вакууме или в восстановительной атмосфере до температуры 1600 °C и возгоняется без разложения. При более высокой температуре он теряет кислород с образованием достехиометрического диоксида. В присутствии же кислорода, способен растворять его в себе с сохранением кубической структуры кристалла типа флюорита CaF2, причём дополнительные (сверх стехиометрии) атомы кислорода удерживаются в промежутках кристаллической решётки в результате внедрения атомов кислорода в решётку UO2 с образованием фазы UO2±x, где x зависит от температуры. При увеличении содержания кислорода цвет диоксида изменяется от тёмно-коричневого до чёрного[1].
Диоксид урана обладает сильно-основными свойствами, не реагирует с водой и её парами до 300 °C, не растворяется в соляной кислоте, но растворим в азотной кислоте, царской водке и смеси HNO3 и HF. При растворении в азотной кислоте происходит образование уранил-ионов UO2+
2. Известен один кристаллогидрат диоксида урана UO2•2H2O — чёрный осадок, выпадающий при гидролизе растворов урана. Диоксид урана входит в состав урановых минералов уранинита и клевеита.
Применение
У диоксида урана нет фазовых переходов, он менее подвержен газовому распуханию, чем сплавы урана. Это позволяет повысить глубину выгорания до нескольких процентов. Диоксид урана не взаимодействует с цирконием, ниобием, нержавеющей сталью и другими материалами при высоких температурах.
Эти свойства позволяют применять его в ядерных реакторах, получая высокие температуры и, следовательно, высокий КПД реактора. ТВЭЛы из диоксида урана изготавливаются в виде брусков, трубок, таблеток и т. д. методами керамической технологии: холодным прессованием и выдавливанием с последующим спеканием изделий или горячим прессованием. В виде порошка диоксид урана диспергируется в металлических, графитовых или керамических матрицах. Основной недостаток керамики — низкая теплопроводность — 4,5 Вт/(м·К) (при температуре 800 °C). Кроме того, горячая керамика очень хрупка и может растрескиваться.
Диоксид урана, как и другие оксиды урана, используется также как промежуточный продукт при производстве других урановых соединений, главным образом фторидов. В общем, все оксиды урана являются наиболее устойчивыми его соединениями, в связи с чем широко используются как для хранения урана, так и как промежуточное звено между урановорудным, аффинажно-металлургическим и фторидными урановыми производствами.
Получение
Диоксид урана можно получить, восстанавливая водородом высшие оксиды[1]:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{U_3O_8 + 2H_2 \rightarrow 3UO_2 + 2H_2O} }[/math]
или оксалат уранила:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{UO_2C_2O_4\cdot3H_2O + H_2 \rightarrow UO_2 + CO\uparrow + CO_2\uparrow + 4H_2O} }[/math]
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 проф.И. Н. Бекман. Уран. Учебное пособие. — М.: МГУ, 2009.
Литература
- Громов Б. В. Введение в химическую технологию урана. — М.: Атомиздат, 1978.
- Кац Дж., Рабинович Е. Химия урана: уран как элемент, его бинарные соединения, гидраты окислов и оксигалогениды. — М.: Иностранная литература, 1954.
- Шевченко В. Б., Судариков Б. Н. Технология урана. — М., 1961.
- Паевский А. История молекул: оксид урана IV Архивная копия от 16 октября 2021 на Wayback Machine
