Гидрид урана - Uranium hydride

Гидрид урана
Имена
Другие названия
Гидрид урана (III)
Тригидрид урана
Гипурановый гидрид
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
  • InChI = 1S / U.3H  ☒ N
    Ключ: XOTGRWARRARRKM-UHFFFAOYSA-N  ☒ N
  • [UH3]
  • [H -]. [H -]. [H -]. [U + 3]
Характеристики
ЭМ-М-М
3
Молярная масса 241,05273 г моль -1
Появление от коричневато-серого до коричневато-черного пирофорного порошка
Плотность 10,95 г см −3
Реагирует
Состав
Кубический, cP32
Пм 3 н, № 223
а  = 664,3 пм
Опасности
Паспорт безопасности ibilabs.com
точка возгорания Пирофорный
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒ N   проверить  ( что есть    ?) проверять Y ☒ N
Ссылки на инфобоксы

Гидрид урана , называемый также уран тригидрид (UH 3 ), представляет собой неорганическое соединение и гидрид из урана .

Характеристики

Гидрид урана представляет собой высокотоксичный пирофорный порошок или хрупкое твердое вещество от коричневато-серого до коричневато-черного цвета . Его плотность при 20 ° С составляет 10,95 г см -3 , значительно ниже , чем у урана (19,1 г см -3 ). Обладает металлической проводимостью, плохо растворяется в соляной кислоте и разлагается в азотной кислоте .

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

Образование в металлическом уране

Реакция водородного газа

Воздействие водорода на металлический уран приводит к водородной хрупкости . Водород диффундирует через металл и образует сеть хрупких гидридов по границам зерен . Отжиг в вакууме позволяет удалить водород и восстановить пластичность .

Металлический уран, нагретый до 250–300 ° C (482–572 ° F ), реагирует с водородом с образованием гидрида урана . Дальнейшее нагревание примерно до 500 ° C обратимо удаляет водород. Это свойство делает гидриды урана удобными исходными материалами для создания реактивного уранового порошка вместе с различными карбидом , нитридом и галогенидами урана . Обратимая реакция протекает следующим образом:

2 U + 3 H 2 ⇌ 2 UH 3

Гидрид урана не является межузельным соединением , вызывающим расширение металла при образовании гидрида. В своей решетке каждый атом урана окружен 6 другими атомами урана и 12 атомами водорода ; каждый атом водорода занимает большое тетраэдрическое отверстие в решетке. Плотность водорода в гидриде урана примерно такая же, как в жидкой воде или жидком водороде . В структуре присутствует связь UHU через атом водорода.

Водная реакция

Гидрид урана образуется, когда металлический уран (например, в топливе Magnox с корродированной оболочкой ) подвергается воздействию воды; реакция протекает следующим образом:

7 U + 6 H 2 O → 3 UO 2 + 4 UH 3

Образующийся гидрид урана пирофорен; если после этого металл (например, поврежденный топливный стержень ) подвергается воздействию воздуха, может образоваться чрезмерное тепло, и сам металлический уран может воспламениться. Загрязненный гидридом уран можно пассивировать путем воздействия газовой смеси 98% гелия с 2% кислорода . Конденсированная влага на металлическом уране способствует образованию водорода и гидрида урана; пирофорная поверхность может образовываться в отсутствие кислорода. Это создает проблему с подводным хранением отработавшего ядерного топлива в бассейнах с отработавшим топливом . В зависимости от размера и распределения частиц гидрида самовоспламенение может произойти после неопределенной продолжительности пребывания на воздухе. Такое облучение создает риск самовоспламенения остатков топлива в хранилищах радиоактивных отходов.

Металлический уран, подвергающийся воздействию пара, образует смесь гидрида урана и диоксида урана .

Гидрид урана при контакте с водой выделяет водород. При контакте с сильными окислителями это может вызвать пожар и взрыв. Контакт с галоидоуглеродами может вызвать бурную реакцию.

Другие химические реакции

Порошок гидрида урана, пропитанный полистиролом, не является пирофорным и может быть подвергнут прессованию, однако его соотношение водорода и углерода является неблагоприятным. Вместо этого в 1944 году был введен гидрированный полистирол.

Утверждается, что дейтерид урана можно использовать для создания некоторых типов нейтронных инициаторов .

Гидрид урана, обогащенный примерно до 5% урана-235 , предлагается в качестве комбинированного ядерного топлива / замедлителя нейтронов для саморегулирующегося атомного энергоблока с водородным замедлителем . Согласно вышеупомянутой заявке на патент рассматриваемая конструкция реактора начинает вырабатывать энергию, когда газообразный водород 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. Гидрид урана является одновременно ядерным топливом и замедлителем 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 разложения 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.

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

При нагревании с дибораном гидрид урана дает борид урана . При температуре брома 300 ° C образуется бромид урана (IV) . С хлором при температуре 250 ° C, урана (IV) , хлорид производится. Фтористый водород при 20 ° C дает фторид урана (IV) . Хлористый водород при 300 ° C дает хлорид урана (III) . Бромистый водород при 300 ° C дает бромид урана (III) . Иодистый водород при 300 ° C дает иодид урана (III) . Аммиак при 250 ° C дает нитрид урана (III) . Сероводород при 400 ° C дает сульфид урана (IV) . Кислород при 20 ° C образует ококсид триурана . Вода при температуре 350 ° C производит диоксид урана .

Ион гидрида урана может мешать некоторым масс-спектрометрическим измерениям, проявляясь в виде пика с массой 239, создавая ложное усиление сигнала для плутония-239.

История

Слизни из гидрида урана использовались в серии экспериментов « пощекотать драконий хвост » для определения критической массы урана.

Гидрид урана и дейтерид урана были предложены в качестве делящегося материала для бомбы из гидрида урана . Однако испытания с гидридом урана и дейтеридом урана во время операции Upshot – Knothole не оправдали ожиданий . На ранних этапах Манхэттенского проекта , в 1943 году, гидрид урана исследовался как многообещающий материал для бомбы; от него отказались к началу 1944 года, так как оказалось, что такая конструкция будет неэффективной.

Приложения

Водород, дейтерий и тритий можно очистить путем взаимодействия с ураном, а затем термического разложения полученного гидрида / дейтерида / тритида. Чрезвычайно чистый водород получали из слоев гидрида урана в течение десятилетий. Нагревание гидрида урана - удобный способ ввести водород в вакуумную систему.

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

Гидрида урана может быть использована для разделения изотопов из водорода , подготовки металлического урана порошка, а в качестве восстанавливающего агента .

Рекомендации