Уранат - Википедия - Uranate
А уранат это тройной окись с участием элемента уран в одном из состояния окисления 4, 5 или 6. Типичный химическая формула это MИксUуОz, где M представляет собой катион. Атом урана в уранатах (VI) имеет две короткие коллинеарные связи U – O и еще четыре или шесть следующих ближайших атомов кислорода.[1] Эти структуры представляют собой бесконечные решетчатые структуры с атомами урана, связанными мостиковыми атомами кислорода.
Оксиды урана являются основой ядерного топливного цикла ("диуранат аммония " и "диуранат натрия "являются промежуточными продуктами в производстве оксида урана ядерное топливо ) и их долгосрочное геологическое захоронение требует глубокого понимания их химической реакционной способности, фазовых переходов, а также физических и химических свойств.[2] Такие соединения указывают на необычное поведение переноса кислорода при более высоких температурах.
Синтез
Метод общего применения включает объединение двух оксидов в высокотемпературной реакции.[3] Например,
- Na2O + UO3 → Na2UO4
Другой метод - термическое разложение комплекса, такого как ацетат сложный. Например, микрокристаллический диуранат бария BaU2О7, получен термическим разложением уранилацетата бария при 900 ° C.[4]
- Ба [UO2(ac)3]2 → БаУ2О7 ... (ac = CH3CO2−)
Уранаты можно получить, добавив щелочь к водному раствору уранил соль. Однако состав образующегося осадка варьируется и зависит от используемых химических и физических условий.
Уранаты нерастворимы в воде и других растворителях, поэтому чистые образцы можно получить только при тщательном контроле условий реакции.[3]
| Формула | U-ox. государственный | Космическая группа | Симметрия | Формула | U-ox. государственный | Космическая группа | Симметрия | Формула | U-ox. государственный | Космическая группа | Симметрия |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ли2UO4 | VI | α: Fmmm, Pnma β: | ромбический шестиугольник | BaU2О7 | VI | I41/ драм | четырехугольный | Sr2UO5 | VI | P21/ c | моноклинический |
| Na2UO4 | VI | α: Cммм β: Pnma | ромбический ромбический | SrU2О7 | VI | Ли6UO6 | VI | шестиугольник | |||
| K2UO4 | VI | α: I4 / ммм β: | четырехугольный ромбический | CaU2О7 | VI | Ca3UO6 | VI | P21 | моноклинический | ||
| CS2UO4 | VI | I4 / ммм | четырехугольный | MgU3О10 | VI | шестиугольник | Sr3UO6 | VI | P21 | моноклинический | |
| MgUO4 | VI | Имма | ромбический | Ли2U3О10 | VI | α: P21/ c β: P2 | моноклинический моноклинический | Ба3UO6 | VI | Fm-3m | кубический |
| CaUO4 | VI | Р-3м | ромбоэдрический | SrU4О13 | VI | моноклинический | NaUO3 | V | Pbnm | ромбический | |
| SrUO4 | VI | α: R-3m β: Pbcm | ромбоэдрический ромбический | Ли2U6О19 | VI | ромбический | КУО3 | V | PM3M | кубический | |
| BaUO4 | VI | Пбсм | ромбический | K2U7О22 | VI | Пбам | ромбический | RbUO3 | V | PM3M | кубический |
| Ли2U2О7 | VI | ромбический | Руб.2U7О22 | VI | Пбам | ромбический | CaUO3 | IV | кубический | ||
| Na2U2О7 | VI | C2 / м | моноклинический | CS2U7О22 | VI | Пбам | ромбический | SrUO3 | IV | ромбический | |
| K2U2О7 | VI | Р-3м | шестиугольник | Ли4UO5 | VI | I4 / м | четырехугольный | BaUO3 | IV | PM3M | кубический |
| Руб.2U2О7 | VI | Р-3м | шестиугольник | Na4UO5 | VI | I4 / м | четырехугольный | Ли3UO4 | V | четырехугольный | |
| CS2U2О7 | VI | α: C2 / м β: C2 / м γ: P6 / mmc | моноклинический моноклинический шестиугольник | Ca2UO5 | VI | P21/ c | моноклинический | Na3UO4 | V | Fm-3m | кубический |
Уран (VI)
Структуры
Все уранаты (VI) представляют собой смешанные оксиды, то есть соединения, состоящие из атомов металла (ов), урана и кислорода. Нет урана оксианион, например [UO4]2− или [U2О7]2−, известен. Вместо этого все уранатные структуры основаны на UOп многогранники, разделяющие атомы кислорода в бесконечной решетке.[1] Структуры уранатов (VI) не похожи на структуру любого смешанного оксида элементов, кроме актинидных элементов. Особенностью является наличие линейных O-U-O части, которые напоминают уранил ион, UO22+. Однако длина связи U-O варьируется от 167 пм, что аналогично длине связи иона уранила, до примерно 208 пм в родственном соединении α-UO.3, поэтому остается спорным вопрос, все ли эти соединения содержат уранил-ион. Существует два основных типа уранатов, которые определяются числом ближайших атомов кислорода в дополнение к атомам кислорода «уранила».[1]
В одной группе, в том числе M2UO4 (M = Li, Na, K) и MUO4 (M = Ca, Sr) есть шесть дополнительных атомов кислорода. Принимая уранат кальция, CaUO4, например, шесть атомов кислорода расположены в виде сплющенного октаэдр, сплющенный по 3-х кратному ось симметрии октаэдра, который также проходит через ось O-U-O (локальная точечная группа D3D у атома урана). Каждый из этих атомов кислорода разделяется между тремя атомами урана, что составляет стехиометрию: U 2 × O 6 × 1/3 O = UO4. Структура была описана как структура с гексагональным слоем. Его также можно рассматривать как искаженное флюорит структура, в которой два расстояния U-O уменьшились, а остальные шесть увеличились.[1]
В другой группе, на примере ураната бария, BaUO4, есть четыре дополнительных атома кислорода. Эти четыре атома кислорода лежат в одной плоскости, и каждый из них разделяется между двумя атомами урана, что составляет стехиометрию: U 2 × O 4 × 1/2 O = UO.4. Структуру можно назвать четырехугольный слоистая структура.[1]
Уранат магния, MgUO4, имеет совершенно иную структуру. Искаженный UO6 октаэдры соединены в бесконечные цепочки; длина связи U-O «уранила» составляет 192 пм, что ненамного короче, чем длина другой связи U-O, составляющая 218 пм.[1]
Известен ряд так называемых диуранатов. Они делятся на две категории: соединения точного состава, синтезированные путем комбинации оксидов металлов или термического разложения солей уранильных комплексов и веществ приблизительного состава, обнаруженных в желтый кекс. Название относится только к эмпирическая формула, МИксU2О7; структуры полностью отличаются от ионов, таких как дихромат ион. Например, в диуранате бария BaU2О7, UO6 октаэдрические звенья соединены общими ребрами, образуя бесконечные цепочки в направлениях кристаллографических а и б направления.[4]
Известны уранаты с более сложными эмпирическими формулами. По сути, они возникают, когда соотношение катион: уран отличается от 2: 1 (одновалентные катионы) или 1: 1 (двухвалентные катионы). Баланс заряда ограничивает количество атомов кислорода равным половине суммы зарядов катионов и уранильных групп. Например, с катионом K+, были найдены соединения с соотношением K: U 2, 1 и 0,5, соответствующие эмпирическим формулам K2UO4, КУО3 и K2U4О13.[7] Уранатные структуры в этих соединениях различаются по способу UOИкс структурные единицы связаны между собой.
Свойства и использование
Yellowcake образуется при отделении урана от других элементов путем добавления щелочь к раствору, содержащему соли уранила.[8]
Когда в качестве щелочи используется аммиак, так называемый диуранат аммония, известный в промышленности как ADU, является основным компонентом желтого кека. Точный состав осадка в некоторой степени зависит от условий, присутствующих анионов и формулы (NH4)2U2О7, это только приближение. Осадки, полученные при добавлении аммиака к раствору уранилнитрата при различных условиях температуры и конечного pH, при сушке считались слабосвязанными соединениями с соотношением аммиак / уран 0,37, содержащими различные количества воды и нитрат аммония.[9] В других исследованиях было обнаружено, что оно приближается к брутто-формулам 3UO3· NH3· 5H2О,[10] Асимметричный частота растяжения иона уранила уменьшается с увеличением NH4+ содержание. Это уменьшение является непрерывным, и разделения полос не наблюдалось, что указывает на то, что система ураната аммония является однородной и непрерывной.[11]
ADU является промежуточным звеном в производстве оксидов урана, которые будут использоваться в качестве ядерное топливо; он превращается непосредственно в оксид при нагревании. β-UO3 производится при температуре около 350 ° C и U3О8 получается при более высоких температурах. Когда в качестве щелочи используется гидроксид натрия, образуется так называемый диуранат натрия, SDU. Это также может быть преобразовано в оксид. Другой выбор щелочи - оксид магния, изготовление диуранат магния, известный как MDU.
Оксиды и уранаты урана (VI) использовались в прошлом в качестве желтых керамических глазурей, а также в Фиеста и сделать желто-зеленый урановое стекло.[12] Оба эти приложения заброшены из-за опасений относительно радиоактивность урана. Уранаты важны для обращения с радиоактивными отходами.[13]
Уран (V)
Охарактеризовано несколько серий уранатов (V). Соединения с формулой MяUO3 есть перовскит структура. Соединения Мя3UO4 иметь дефект каменно-солевой состав. Mя7UO6 структуры основаны на гексагонально плотноупакованном массиве атомов кислорода. Во всех случаях уран находится в центре октаэдр атомов кислорода. Также MIIIUO4 были недавно синтезированы и охарактеризованы (MIII= Bi, Fe, Cr и т. Д.).[14][15] Некоторые другие соединения урана (V) стабильны.[3]
Уран (IV)
Уранат бария, BaUO3, изготовлен из оксид бария и диоксид урана в атмосфере, которая абсолютно не содержит кислорода. Имеет кубическую кристаллическую структуру (космическая группа Вечера3м).[16]
Рекомендации
- ^ а б c d е ж Уэллс, А. Ф. (1962). Структурная неорганическая химия (3-е изд.). Оксфорд: Clarendon Press. С. 966–969. ISBN 978-0-19-855125-6.
- ^ Т. Фогт, Д.Дж. Баттери, Сложные оксиды. Введение. World Scientific, 2019, https://www.worldscientific.com/doi/pdf/10.1142/9789813278585_fmatter
- ^ а б c Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 1269. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ а б Allpress, J.G. (1965). «Кристаллическая структура диураната бария». Журнал неорганической и ядерной химии. 27 (7): 1521–1527. Дои:10.1016/0022-1902(65)80013-6.
- ^ а б Loopstra, B.O .; Ритвельд, Х. М. (1969). «Строение некоторых уранатов щелочноземельных металлов». Acta Crystallographica Раздел B. 25 (4): 787–791. Дои:10.1107 / S0567740869002974.
- ^ Захариасен, В. Х. (1 декабря 1954 г.). «Кристаллохимические исследования элементов 5f-ряда. XXI. Кристаллическая структура ортоураната магния». Acta Crystallographica. 7 (12): 788–791. Дои:10.1107 / S0365110X54002459.
- ^ Ван Эгмонд, А. Б .; Кордфунке, Э. Х. П. (1976). «Исследования уранатов калия и рубидия». Журнал неорганической и ядерной химии. 38 (12): 2245–2247. Дои:10.1016/0022-1902(76)80203-5.
- ^ Хаузен, Д. М. (1961). «Характеристика и классификация ураново-желтых кеков: справочная информация». JOM. 50 (12): 45–47. Bibcode:1998JOM .... 50л..45ч. Дои:10.1007 / s11837-998-0307-5.
- ^ Ainscough, J. B .; Олдфилд, Б. У. (1962). «Влияние условий осаждения диураната аммония на характеристики и спекание диоксида урана». Журнал прикладной химии. 12 (9): 418–424. Дои:10.1002 / jctb.5010120907.
- ^ Кордфунке, Э. Х. П. (1962). «Об уранатах аммония - I: тройная система NH3--- UO3---ЧАС2О ". Журнал неорганической и ядерной химии. 24 (3): 303–307. Дои:10.1016/0022-1902(62)80184-5.
- ^ Стюарт, W. I .; Уэйтли, Т. Л. (1969). «Состав и строение уранатов аммония». Журнал неорганической и ядерной химии. 1 (6): 1639–1647. Дои:10.1016/0022-1902(69)80378-7. HDL:10238/379.
- ^ Скелчер, Барри (2002). Большая книга вазелинового стекла. Атглен, Пенсильвания: Schiffer Publishing. ISBN 978-0-7643-1474-2.
- ^ Саллинг, Джеймс Х .; Фентиман, Один В. (2002). Обращение с радиоактивными отходами (2-е изд.). Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис. п. 2. ISBN 978-1-56032-842-1. Получено 2011-02-12.
- ^ Попа, Карин; Приер, Дэмиен; Манара, Дарио; Наджи, Мохамед; Вижье, Жан-Франсуа; Martin, Philippe M .; Диесте Бланко, Оливер; Scheinost, Andreas C .; Прюбманн, Тим; Витова, Тоня; Raison, Philippe E .; Сомерс, Джозеф; Конингс, Руди Дж. М. (2016). «Дальнейшее понимание химии системы Bi – U – O». Dalton Transactions. 45 (18): 7847–7855. Дои:10.1039 / C6DT00735J. PMID 27063438.
- ^ Го, Сяофэн; Тиферет, Эйтан; Ци, Лян; Соломон, Джонатан М .; Ланциротти, Антонио; Ньювилл, Мэтью; Энгельгард, Марк Х .; Куккадапу, Рави К .; Ву, Ди; Ilton, Eugene S .; Аста, Марк; Саттон, Стивен Р .; Сюй, Хуну; Навроцкий, Александра (2016). «U (v) в уранатах металлов: комбинированное экспериментальное и теоретическое исследование MgUO4, CrUO4 и FeUO4». Dalton Transactions. 45 (11): 4622–4632. Дои:10.1039 / C6DT00066E. OSTI 1256103. PMID 26854913.
- ^ Barrett, S.A .; Якобсон, А. Дж .; Tofield, B.C .; Фендер, Б. Э. Ф. (1982). «Получение и структура оксида бария-урана BaUO.3 + х". Acta Crystallographica Раздел B. 38 (11): 2775–2781. Дои:10.1107 / S0567740882009935.
дальнейшее чтение
- Burns, C.J .; Neu, M. P .; Boukhalfa, H .; Gutowski, K. E .; Bridges, N.J .; Роджер, Р. Д. (2004). «Глава 3.3, Актиниды». Комплексная координационная химия II. Эльзевир. С. 189–345. Дои:10.1016 / B0-08-043748-6 / 02001-6. ISBN 978-0-08-043748-4.