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, , Fm3m, No. 225 | ||
Классификация | |||
Рег. номер CAS | 1344-57-6 | ||
PubChem | 10916 | ||
Рег. номер EINECS | 215-700-3 | ||
SMILES | O=[U]=O | ||
InChI | InChI=1S/2O.U FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | YR4705000 | ||
ChemSpider | 10454 и 21257709 | ||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
Медиафайлы на Викискладе |
2.
Окси́д ура́на(IV) (диокси́д ура́на, двуо́кись ура́на) — 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 в ядерных реакторах 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]:
или оксалат уранила[англ.]:
Примечания
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
| |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H2O | |||||||||||||||||
Li2O LiCoO2 Li3PaO4 Li5PuO6 Ba2LiNpO6 LiAlO2 Li3NpO4 Li2NpO4 Li5NpO6 LiNbO3 | BeO | B2O3 | С3О2 C12O9 CO C12O12 C4O6 CO2 | N2O NO N2O3 N4O6 NO2 N2O4 N2O5 | O | F | |||||||||||
Na2O NaPaO3 NaAlO2 Na2PtO3 | MgO | AlO Al2O3 NaAlO2 LiAlO2 AlO(OH) | SiO SiO2 | P4O P4O2 P2O3 P4O8 P2O5 | S2O SO SO2 SO3 | Cl2O ClO2 Cl2O6 Cl2O7 | |||||||||||
K2O K2PtO3 KPaO3 | CaO Ca3OSiO4 CaTiO3 | Sc2O3 | TiO Ti2O3 TiO2 TiOSO4 CaTiO3 BaTiO3 | VO V2O3 V3O5 VO2 V2O5 | FeCr2O4 CrO Cr2O3 CrO2 CrO3 MgCr2O4 | MnO Mn3O4 Mn2O3 MnO(OH) Mn5O8 MnO2 MnO3 Mn2O7 | FeCr2O4 FeO Fe3O4 Fe2O3 | CoFe2O4 CoO Co3O4 CoO(OH) Co2O3 CoO2 | NiO NiFe2O4 Ni3O4 NiO(OH) Ni2O3 | Cu2O CuO CuFe2O4 Cu2O3 CuO2 | ZnO | Ga2O Ga2O3 | GeO GeO2 | As2O3 As2O4 As2O5 | SeOCl2 SeOBr2 SeO2 Se2O5 SeO3 | Br2O Br2O3 BrO2 | |
Rb2O RbPaO3 Rb4O6 | SrO | Y2O3 YOF YOCl | ZrO(OH)2 ZrO2 ZrOS Zr2О3Сl2 | NbO Nb2O3 NbO2 Nb2O5 Nb2O3(SO4)2 LiNbO3 | Mo2O3 Mo4O11 MoO2 Mo2O5 MoO3 | TcO2 Tc2O7 | Ru2O3 RuO2 Ru2O5 RuO4 | RhO Rh2O3 RhO2 | PdO Pd2O3 PdO2 | Ag2O Ag2O2 | Cd2O CdO | In2O InO In2O3 | SnO SnO2 | Sb2O3 Sb2O4 Hg2Sb2O7 Sb2O5 | TeO2 TeO3 | I2O4 I4O9 I2O5 | |
Cs2O Cs2ReCl5O | BaO BaPaO3 BaTiO3 BaPtO3 | HfO(OH)2 HfO2 | Ta2O TaO TaO2 Ta2O5 | WO2Br2 WO2 WO2Cl2 WOBr4 WOF4 WOCl4 WO3 | Re2O ReO Re2O3 ReO2 Re2O5 ReO3 Re2O7 | OsO Os2O3 OsO2 OsO4 | Ir2O3 IrO2 | PtO Pt3O4 Pt2O3 PtO2 K2PtO3 Na2PtO3 PtO3 | Au2O AuO Au2O3 | Hg2O HgO (Hg3O2)SO4 Hg2O(CN)2 Hg2Sb2O7 Hg3O2Cl2 Hg5O4Cl2 | Tl2O Tl2O3 | Pb2O PbO Pb3O4 Pb2O3 PbO2 | BiO Bi2O3 Bi2O4 Bi2O5 | PoO PoO2 PoO3 | At | ||
Fr | Ra | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | ||
↓ | |||||||||||||||||
La2O2S La2O3 | Ce2O3 CeO2 | PrO Pr2O2S Pr2O3 Pr6O11 PrO2 | NdO Nd2O2S Nd2O3 NdHO | Pm2O3 | SmO Sm2O3 | EuO Eu3O4 Eu2O3 EuO(OH) Eu2O2S | Gd2O3 | Tb | Dy2O3 | Ho2O3 Ho2O2S | Er2O3 | Tm2O3 | YbO Yb2O3 | Lu2O2S Lu2O3 LuO(OH) | |||
Ac2O3 | UO2 UO3 U3O8 | PaO PaO2 Pa2O5 PaOS | ThO2 | NpO NpO2 Np2O5 Np3O8 NpO3 | PuO Pu2O3 PuO2 PuO3 PuO2F2 | AmO2 | Cm2O3 CmO2 | Bk2O3 | Cf2O3 | Es | Fm | Md | No | Lr |