Гидрид урана - Uranium hydride

Эта статья про UH3. Для низкотемпературного молекулярного соединения см. Гидрид урана (IV).
Гидрид урана
Имена
Другие имена
Гидрид урана (III)[1]
Тригидрид урана[2][3]
Гипурановый гидрид
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
Характеристики
ЭМ-М-М
3
Молярная масса241,05273 г моль−1
Плотность10,95 г см−3
Реагирует
Структура
Кубический, cP32
Вечера3п, № 223
а = 664,3 вечера[4]
Опасности
Паспорт безопасностиibilabs.com
точка возгоранияПирофорный
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Гидрид урана, также называемый тригидрид урана (ЭМ-М-М3), является неорганическое соединение и гидрид из уран.

Характеристики

Гидрид урана - высокотоксичный, от коричневато-серого до коричневато-черного цвета. пирофорный порошок или хрупкое твердое вещество. Его плотность при 20 ° C составляет 10,95 г · см.−3, намного ниже, чем у урана (19,1 г · см−3). Обладает металлической проводимостью, плохо растворяется в соляная кислота и разлагается в азотная кислота.

Существуют две кристаллические модификации гидрида урана, обе кубические: α-форма, получаемая при низких температурах, и β-форма, выращиваемая при температуре образования выше 250 ° C.[5] После роста обе формы являются метастабильными при комнатной температуре и ниже, но α-форма медленно превращается в β-форму при нагревании до 100 ° C.[3] И α-, и β-UH3 находятся ферромагнитный при температурах ниже ~ 180 К. Выше 180 К они парамагнитны.[6]

Образование в металлическом уране

Реакция водородного газа

Воздействие водорода на металлический уран приводит к хрупкость водорода. Водород диффундирует через металл и образует сеть хрупких гидридов над поверхностью. границы зерен. Водород можно удалить и восстановить пластичность отжиг в вакуум.[7]

Уран металлический нагретый до 250-300 ° C (482–572 ° F ) реагирует с водород формировать гидрид урана. Дальнейшее нагревание примерно до 500 ° C обратимо удаляет водород. Это свойство делает гидриды урана удобными исходными материалами для создания химически активного уранового порошка вместе с различным ураном. карбид, нитрид, и галогенид соединения.[5] Обратимая реакция протекает следующим образом:[2]

2 U + 3 H2 ⇌ 2 грн3

Гидрид урана не межстраничное соединение, вызывая расширение металла при образовании гидрида. В своем решетка, каждый атом урана окружен 6 другими атомами урана. атомы и 12 атомов водород; каждый атом водорода занимает большую тетраэдрическую дырку в решетке.[8] Плотность водорода в гидриде урана примерно такая же, как в жидкой воде или в жидкий водород.[9] В структуре присутствует связь U-H-U через атом водорода.[10]

Водная реакция

Гидрид урана образуется, когда металлический уран (например, в Магнокс топливо с корродированными облицовка ) подвергается воздействию воды; реакция протекает следующим образом:

7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 грн3

Образующийся гидрид урана пирофорен; если металл (например, поврежденный топливный стержень ) подвергается воздействию воздуха после этого может выделяться чрезмерное тепло, и сам объемный металлический уран может воспламениться.[11] Загрязненный гидридом уран может быть пассивирован при воздействии газовой смеси 98% гелий с 2% кислород.[12] Конденсированная влага на металлическом уране способствует образованию водорода и гидрида урана; пирофорная поверхность может образовываться в отсутствие кислорода.[13] Это создает проблему с хранением под водой отработанное ядерное топливо в бассейны отработанного топлива. В зависимости от размера и распределения частиц гидрида самовоспламенение может произойти после неопределенной продолжительности пребывания на воздухе.[14] Такое облучение создает риск самовоспламенения обломков топлива в хранилищах радиоактивных отходов.[15]

Металлический уран, подвергающийся воздействию водяного пара, образует смесь гидрида урана и диоксид урана.[8]

Гидрид урана при контакте с водой выделяет водород. При контакте с сильными окислителями это может вызвать пожар и взрыв. Связаться с галоидоуглероды может вызвать бурную реакцию.[16]

Другие химические реакции

Полистирол Порошок гидрида урана, пропитанный пропиткой, не является пирофорным и может быть подвергнут прессованию, однако его водородно-углеродное соотношение является неблагоприятным. Вместо этого в 1944 году был введен гидрированный полистирол.[17]

Считается, что дейтерид урана можно использовать для разработки некоторых типов нейтронные инициаторы.

Гидрид урана обогащенный примерно до 5% уран-235 предлагается как комбинированный ядерное топливо /замедлитель нейтронов для Саморегулирующийся модуль атомной энергетики с водородным замедлителем. Согласно вышеупомянутой заявке на патент рассматриваемая конструкция реактора начинает вырабатывать мощность, когда водород Газ при достаточной температуре и давлении поступает в активную зону (состоящую из гранулированного металлического урана) и вступает в реакцию с металлическим ураном с образованием гидрида урана.[18] Гидрид урана одновременно ядерное топливо и замедлитель нейтронов; очевидно, что он, как и другие замедлители нейтронов, будет замедлять нейтроны в достаточной степени, чтобы иметь место реакции деления; Атомы урана-235 в гидриде также служат ядерным топливом. Как только ядерная реакция началась, она будет продолжаться до тех пор, пока не достигнет определенной температуры, примерно 800 ° C (1500 ° F), где из-за химических свойств гидрида урана он химически разлагается и превращается в газообразный водород и металлический уран. Потеря замедления нейтронов из-за химического разложение гидрида урана, следовательно, замедлит - и в конечном итоге остановит - реакцию. Когда температура вернется к приемлемому уровню, водород снова соединится с металлическим ураном, образуя гидрид урана, восстанавливая замедление, и ядерная реакция начнется снова.[18]

Гидрид циркония урана (UZrH), комбинация гидрида урана и гидрид циркония (II), используется в качестве топлива / замедлителя в TRIGA реакторы класса.

При нагревании с диборан, гидрид урана производит борид урана.[19] С бром при 300 ° C, бромид урана (IV) производится. С хлор при 250 ° C, хлорид урана (IV) производится. Фтористый водород при 20 ° C производит фторид урана (IV). Хлористый водород при 300 ° C производит хлорид урана (III). Бромистый водород при 300 ° C производит бромид урана (III). Йодистый водород при 300 ° C производит иодид урана (III). Аммиак при 250 ° C производит нитрид урана (III). Сероводород при 400 ° C производит сульфид урана (IV). Кислород при 20 ° C производит окись триурана. Вода при температуре 350 ° C дает диоксид урана.[20]

Ион гидрида урана может мешать работе некоторых масс-спектрометрии измерения, проявляющиеся в виде пика при массе 239, создавая ложное увеличение сигнала для плутония-239.[21]

История

Пробки из гидрида урана использовались в "пощекотать хвост дракона "серия экспериментов по определению критическая масса урана.[22]

Гидрид урана и уран дейтерид были предложены в качестве делящийся материал для бомба из гидрида урана. Испытания с гидридом урана и дейтеридом урана при Операция Upshot – Knothole были разочаровывающими, однако. На ранних этапах Манхэттенский проект в 1943 г. был исследован гидрид урана как перспективный бомбовый материал; от него отказались к началу 1944 года, так как оказалось, что такая конструкция будет неэффективной.[23]

Приложения

Водород, дейтерий, и тритий может быть очищен путем взаимодействия с ураном с последующим термическим разложением полученного гидрида / дейтерида / тритида.[24] Чрезвычайно чистый водород получали из слоев гидрида урана в течение десятилетий.[25] Нагревание гидрида урана - удобный способ ввести водород в вакуумную систему.[26]

Набухание и измельчение при синтезе гидрида урана можно использовать для получения очень мелкого металлического урана, если порошкообразный гидрид термически разлагается.

Гидрид урана можно использовать для разделение изотопов из водород, приготовление порошка металлического урана, и в качестве Восстановитель.

Рекомендации

  1. ^ Карл Л. Яс (2008). Теплофизические свойства химикатов и углеводородов. Уильям Эндрю. С. 307–. ISBN  978-0-8155-1596-8. Получено 11 октября 2011.
  2. ^ а б Эгон Виберг; Нильс Виберг; Арнольд Фредерик Холлеман (2001). Неорганическая химия. Академическая пресса. С. 239–. ISBN  978-0-12-352651-9. Получено 11 октября 2011.
  3. ^ а б Герд Мейер; Лестер Р. Морсс (1991). Синтез соединений лантаноидов и актинидов.. Springer. С. 44–. ISBN  978-0-7923-1018-1. Получено 11 октября 2011.
  4. ^ Бартчер В., Бёф А., Качуффо Р., Фурнье Дж. М., Кухс В. Ф., Ребизант Дж., Рустичелли Ф (1985). «Нейтронографическое исследование b-UD3 И b-UH3». Твердотельная Коммуна. 53: 423–426. Дои:10.1016/0038-1098(85)91000-2.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  5. ^ а б Сиборг, Гленн Т. (1968). "Уран". Энциклопедия химических элементов. Скоки, Иллинойс: Reinhold Book Corporation. п. 782. LCCCN 68-29938.
  6. ^ К. Х. Дж. Бушоу (2005). Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов. Эльзевир. С. 901–. ISBN  978-0-08-044586-1. Получено 11 октября 2011.
  7. ^ Туманов И. Н. (2003). Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов ядерного топливного цикла.. Nova Publishers. п. 232. ISBN  1-59033-009-9. Получено 2010-02-07.
  8. ^ а б Амит Арора (2005). Учебник неорганической химии. Издательство Discovery. п. 789. ISBN  81-8356-013-X. Получено 2010-02-07.
  9. ^ Петр Геворкян (2009). Системы альтернативной энергетики в проектировании зданий (книги GreenSource). McGraw Hill Professional. п. 393. ISBN  978-0-07-162147-2. Получено 2010-02-07.
  10. ^ Дж. Сингх (2007). Загрязнение окружающей среды. Издательство Discovery. ISBN  978-81-8356-241-6. Получено 2010-02-07.
  11. ^ «Ржавчина никогда не спит». Бюллетень ученых-атомщиков. 50 (5): 49. 1994. Получено 2010-02-07.
  12. ^ «ЕПРС». Teton.if.uidaho.edu. Архивировано из оригинал на 2009-09-30. Получено 2010-02-07.
  13. ^ Агентство по ядерной энергии ОЭСР (2006 г.). Современные ядерные топливные циклы и обращение с радиоактивными отходами. Издательство ОЭСР. п. 176. ISBN  92-64-02485-9. Получено 2010-02-07.
  14. ^ Абир аль-Таббаа; Дж. А. Стегеманн (2005). Обработка стабилизации / отверждения и восстановление: материалы Международной конференции по обработке и восстановлению стабилизации / отверждения, 12–13 апреля 2005 г., Кембридж, Великобритания. Тейлор и Фрэнсис. п. 197. ISBN  0-415-37460-X. Получено 2010-02-07.
  15. ^ Международная конференция по ядерной утилизации 2001: обеспечение безопасного, надежного и успешного вывода из эксплуатации: 16–18 октября 2001 г. Центр конференций и мероприятий Содружества, Лондон, Великобритания, выпуск 8. Джон Уайли и сыновья. 2001. с. 278. ISBN  1-86058-329-6. Получено 2010-02-07.
  16. ^ «Уран и нерастворимые соединения». Osha.gov. Архивировано из оригинал на 2010-03-22. Получено 2010-02-07.
  17. ^ Лилиан Ходдесон; и другие. (2004). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 гг.. Издательство Кембриджского университета. п. 211. ISBN  0-521-54117-4. Получено 2010-02-07.
  18. ^ а б Петерсон, Отис Г. (20 марта 2008 г.). «Заявка на патент 11/804450: Саморегулирующийся ядерный энергетический модуль». Публикация заявки на патент США. Бюро по патентам и товарным знакам США, Федеральное правительство США, Вашингтон, округ Колумбия, США. Получено 2009-09-05.
  19. ^ Гарри Юлий Эмелеус (1974). Успехи неорганической химии и радиохимии. 16. Академическая пресса. п. 235. ISBN  0-12-023616-8. Получено 2010-02-07.
  20. ^ Саймон Коттон (2006). Химия лантаноидов и актинидов. Джон Уайли и сыновья. п. 170. ISBN  0-470-01006-1. Получено 2010-02-07.
  21. ^ Кентон Джеймс Муди; Ян Д. Хатчон; Патрик М. Грант (2005). Ядерно-криминалистический анализ. CRC Press. п. 243. ISBN  0-8493-1513-1. Получено 2010-02-07.
  22. ^ «Фото - Пощекотать хвост дракона». Mphpa.org. 2005-08-03. Получено 2010-02-07.
  23. ^ Мур, Майк (июль 1994). "Хорошо лежит". Бюллетень ученых-атомщиков. 50 (4): 2. Bibcode:1994BuAtS..50d ... 2M. Дои:10.1080/00963402.1994.11456528. Получено 2010-02-07.
  24. ^ Э. Э. Шпильрайн (1987). Теплофизические свойства гидрида, дейтерида, тритида лития и их растворов с литием. Springer. п. 104. ISBN  0-88318-532-6. Получено 2010-02-07.
  25. ^ Юда Юрум (1995). Водородная энергетическая система: производство и использование водорода и будущие аспекты. Springer. п. 264. ISBN  0-7923-3601-1. Получено 2010-02-07.
  26. ^ Фред Роузбери (1992). Справочник по электронной ламповой и вакуумной технике. Springer. п. 121. ISBN  1-56396-121-0. Получено 2010-02-07.