Гидрид урана - Uranium hydride
Имена | |
---|---|
Другие названия
Гидрид урана (III)
Тригидрид урана Гипурановый гидрид |
|
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol )
|
|
ChemSpider | |
PubChem CID
|
|
|
|
|
|
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). |
|
проверить ( что есть ?) | |
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 .