Uraani(VI)fluoridi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. helmikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Uraani(VI)fluoridi


Kenraali
Systemaattinen nimi	Uraani(VI)fluoridi
Chem. kaava	UV 6
Fyysiset ominaisuudet
Moolimassa	351,99 g/ mol
Tiheys	5,09 g/cm3 ( kiinteä, 20 °C); 4,9 g/cm3 ( kiinteä, 50 °C); 13,3 g/l (g., 60 °C) [1]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
• sulaminen	64,0 °C (1,44 MPa )
• kiehuva	sublimoituu 56,4 °C:ssa
kolmoispiste	64 052 °C 151 kPa:ssa [1]
Kriittinen piste
• lämpötila	230,2 °C [1] °C
• paine	4,61 MPa [1]
Entalpia
• koulutus	-2317 kJ/mol
Höyrystyksen ominaislämpö	83,333 J/kg (64 °C:ssa) [1]
Spesifinen sulamislämpö	54,167 J/kg (64 °C:ssa) [1]
Kemiallisia ominaisuuksia
Liukoisuus
• vedessä	reagoi
Luokitus
Reg. CAS-numero	[7783-81-5]
PubChem	24560
Reg. EINECS-numero	232-028-6
Hymyilee	F[U](F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI = 1S/6FH.U/h6*1H;/q;;;;;;;+6/p-6SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H
RTECS	4720000 YR
CHEBI	30235
ChemSpider	22966 ja 23253295
Turvallisuus
Rajoita keskittymistä	0,015 mg/m 3 [2]
Myrkyllisyys	erittäin myrkyllinen , radioaktiivinen , voimakas hapetin
EKP:n kuvakkeet
NFPA 704	0 neljä 3 HÄRKÄ
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Uraanifluoridi (VI) (muut nimet - uraaniheksafluoridi , uraaniheksafluoridi ) on uraanin binaarinen yhdiste fluorin kanssa , läpinäkyviä haihtuvia vaaleanharmaita kiteitä. Siinä oleva uraani-fluorisidos on kovalenttinen . Siinä on molekyylikidehila . Erittäin myrkyllinen .

Se on ainoa uraanin yhdiste, joka siirtyy kaasumaiseen tilaan suhteellisen alhaisessa lämpötilassa [1] ja siksi sitä käytetään laajalti uraanin rikastamisessa - 235 U :n ja 238 U :n isotooppien erottamisessa , joka on yksi tuotannon päävaiheista. ydinreaktoreiden polttoainetta ja aselaatuista uraania.

Fysikaaliset ominaisuudet

Uraaniheksafluoridi on normaaleissa olosuhteissa vaaleanharmaita tai läpinäkyviä haihtuvia kiteitä, joiden tiheys on 5,09 g/ cm3 . Ilmakehän paineessa se sublimoituu kuumennettaessa 56,4 °C:seen, mutta paineen lievällä nousulla (esimerkiksi suljetussa ampullissa kuumennettaessa ) se voidaan siirtää nesteeseen. Kriittinen lämpötila 230,2 °C, kriittinen paine 4,61 MPa [1] .

Uraaniheksafluoridi on radioaktiivinen , ja kaikki kolme luonnossa esiintyvää uraanin isotooppia ( 234U , 235U ja 238U ) vaikuttavat sen radioaktiivisuuteen . Uraaniheksafluoridin ominaisaktiivisuus, jossa on luonnollista uraani-isotooppeja (ei köyhdytetty ja rikastettu), on 1,7 × 10 4 Bq /g . Köyhdytetyn (eli alennetun 235 U:n pitoisuuden) uraaniheksafluoridin ominaisaktiivisuus on hieman pienempi, uraani-235-isotoopilla voimakkaasti rikastunut voi olla jopa kaksi suuruusluokkaa suurempi ja riippuu uraani-235-rikastusasteesta. [1] .

Radioaktiivisuusarvot viittaavat juuri valmistettuun materiaaliin, joka ei sisällä uraanisarjan tytärnuklideja uraani-234:ää lukuun ottamatta. Ajan myötä, noin 150 päivää yhdisteen valmistuksen jälkeen, tytär- isotoopit kerääntyvät uraaniheksafluoridiin ja luonnollinen radioaktiivinen tasapaino palautuu lyhytikäisten tytärnuklidien 234 Th ja 231 Th ( alfahajoamistuotteet 238 U ja 231 Th) pitoisuuksina . 235 U, vastaavasti); seurauksena "vanhan" uraaniheksafluoridin ominaisaktiivisuus alkuperäisellä luonnollisella isotooppipitoisuudella kasvaa arvoon 4,0 × 10 4 Bq /g [1] .

Uraaniheksafluoridihöyryjen tiheys laajalla paine- ja lämpötila-alueella voidaan ilmaista kaavalla:

\rho ={4 291}\cdot 10^{-2}\cdot {\frac {P}{T))+{1,2328}\cdot 10^{4}\cdot {\frac {P} {T^{3}}},

missä on höyryn tiheys, kg/l;

\rho

P

— paine ( kPa );

T

— absoluuttinen lämpötila ( K ) [1] .

Höyrynpaine (mmHg) lämpötilassa (°C) voidaan löytää käyttämällä seuraavia empiirisiä kaavoja [3] :122 . $P$ $t$

Lämpötila-alueelle 0...64 °C (kiintoaineiden yläpuolella, tarkkuus 0,05 %):

\lg P=6.38363+0.0075377~t-{\frac {942.76}{t+183.416)).

Lämpötila-alueelle 64...116 °C (nesteen yläpuolella, tarkkuus 0,03 %):

\lg P=6.99464-{\frac {1126.296}{t+221.963)).

Lämpötila-alueelle 116...230 °C (nesteen yläpuolella, tarkkuus 0,3 %):

\lg P=7.69069-{\frac {1683.165}{t+302.148)).

Kemialliset ominaisuudet

Reagoi kiivaasti veden kanssa ja kuumennettaessa orgaanisten liuottimien kanssa; normaaleissa olosuhteissa se liukenee orgaanisiin liuottimiin.

Vuorovaikutuksessa veden kanssa muodostaa uranyylifluoridia ja fluorivetyä [1] :

{\mathsf {UF_{6}+2H_{2}O\rightarrow UO_{2}F_{2}+4HF\uparrow ))

Vahva hapetin. Nestemäisessä muodossa se reagoi räjähdysmäisesti monien orgaanisten aineiden kanssa, joten tavallisia hiilivetyvoiteluaineita, tiivistyskittejä ja tiivisteitä ei voida käyttää uraaniheksafluoridilla täytetyissä laitteissa.

Ei reagoi täysin fluorattujen hiilivetyjen, kuten teflonin tai perfluorialkaanien kanssa . Ei ole vuorovaikutuksessa normaaleissa olosuhteissa hapen ja typen sekä kuivan ilman kanssa, mutta reagoi kosteassa ilmassa olevan vesihöyryn kanssa. Höyryjen ja vesijäämien puuttuessa se ei aiheuta merkittävää alumiinin , kuparin , nikkelin , monel-metallin , alumiinipronssin korroosiota [1] .

Uraani(VI)fluoridia voidaan käyttää fluorausaineena organofluoriyhdisteiden valmistuksessa . Orgaanisten yhdisteiden fluorauksessa heksafluoridi yleensä pelkistyy uraanitetrafluoridiksi . Fluoraus uraaniheksafluoridilla etenee vapauttamalla suuri määrä lämpöä.

Tyydyttymättömien orgaanisten yhdisteiden fluoraukseen liittyy fluorin lisääminen kaksoissidokseen [4] . Joten oktafluoripropaani muodostuu heksafluoripropeenista :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CF{\text{=}}CF_{2}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CF_{ 2}{\text{-}}CF_{3}+UF_{4}}}

+ 424,7 kJ/mol.

Vinylideenifluoridista muodostuu 1,1,1,2-tetrafluorietaania [ 4] :

{\mathsf {CF_{2}{\text{=}}CH_{2}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} }}

+ 344,6 kJ/mol.

Trikloorietyleenin fluoraukseen liittyy 1,2-difluori-1,1,2-trikloorietaanin muodostuminen [4] :

{\mathsf {CCl_{2}{\text{=}}CHCl+UF_{6}\rightarrow CCl_{2}F{\text{-}}CHClF+UF_{4}}}.

Tyydyttyneiden orgaanisten yhdisteiden fluoraamiseen uraani(VI)fluoridilla liittyy alkuyhdisteen yhden tai useamman vetyatomin korvaaminen fluorilla [ 4] :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CH_{3}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} +HF\uparrow }}

+ 219,1 kJ/mol.

Haetaan

Venäjän ydinpolttoainekierrossa : saatu uraaniyhdisteiden (esim . UF 4 tetrafluoridi , oksidien) vuorovaikutuksesta F 2 :n kanssa (teollisuudessa reaktio suoritetaan H 2 :n ja F 2 :n seoksen liekissä ) tai joitain muita fluorausaineita ja puhdistetaan sitten tislaamalla tai sentrifugoimalla kaasusentrifugissa .
Amerikkalaisessa ydinpolttoainekierrossa : Jalostetaan U 3 O 8 :ksi (" uraanioksidi " tai "keltainen kakku"), uraanipitoiset malmit liuotetaan typpihappoon, jolloin saadaan uranyylinitraattiliuos UO 2 (NO 3 ) 2 . Puhdasta uranyylinitraattia saadaan liuotinuutolla (esim. TBP tai D2EHPA ) ja sitten se altistetaan ammoniakille , jolloin saadaan ammoniumdiuranaattia . Pelkistys vedyllä tuottaa uraanidioksidia UO 2 , joka sitten muunnetaan fluorivetyhapolla HF uraanitetrafluoridiksi UF 4 . Fluorilla hapetettaessa saadaan UF 6 .

Sovellus

Sitä käytetään 235 U :n ja 238 U : n isotooppien erottamiseen kaasudiffuusiolla tai sentrifugoinnilla , jotta eri ydinteknologioista saadaan halkeamiskelpoista materiaalia . Tämä tuottaa merkittävän määrän käyttämätöntä jäännöstä (jossa on köyhdytetty uraani-235), joka yleensä varastoidaan uraaniheksafluoridina säiliöissä. Rikastuslaitosten kohteisiin on nyt kertynyt valtavia määriä heksafluoridia. Maailmassa kertyneen uraaniheksafluoridin kokonaismäärä vuonna 2010 on noin 2 miljoonaa tonnia [4] .

Köyhdytettyä uraaniheksafluoridia käytetään orgaanisten yhdisteiden fluoraukseen. Saatu käyttämällä fluorausaineena uraaniheksafluoridia, oktafluoripropaania (C 3 F 8 , freon-218, R-218, FC-218) ja 1,1,1,2-tetrafluorietaania (CF 3 -CFH 2 , freoni-134a, R) -134, HFC-134a) ovat vaihtoehtoinen otsonikerrosta heikentävien kylmäaineiden korvike. ODP:n otsonikatopotentiaali on nolla. 1,2-difluoritrikloorietaani ( CFCl 2 CFClH, freon-122a, R-122a, HCFC-122a) on vaihtoehtoinen korvike otsonikerrosta heikentäville fluorikloorihiilivetyliuottimille . Sitä voidaan käyttää liuottimena, uuttoaineena, vaahdotusaineena polymeerituotteiden valmistuksessa, anestesiana eläimille [5] .

Varastot ja hävittäminen

2010-luvun lopulla maailmaan kertyy uraanin isotooppirikastuksen seurauksena noin 1,5-2 miljoonaa tonnia köyhdytettyä uraania ja lisäksi köyhdytettyä uraania lisätään vuosittain 40-60 tuhatta tonnia. [6] Suurin osa tästä määrästä varastoidaan köyhdytettynä uraaniheksafluoridina (DUHF) erikoisterässäiliöissä. Isotooppirikastustekniikoiden parantamisen myötä vanhoja DUHF-varastoja rikastetaan joskus edelleen. Näin suuren kemiallisesti vaarallisten aineiden määrän pitkäaikainen varastointi ei kuitenkaan ole toivottavaa, joten on olemassa tekniikoita uraaniheksafluoridin muuntamiseksi vähemmän vaarallisiksi muotoiksi, kuten uraanioksideiksi tai uraanitetrafluoridiksi UF 4 .

Heksafluoridin kemiallisen käsittelyn projekteja tunnetaan Ranskassa, USA:ssa, Venäjällä ja Isossa-Britanniassa. [6] Vuonna 2018 toimivien DUHF-konversioyritysten tuottavuus on uraanilla mitattuna yli 60 tuhatta tonnia vuodessa. Ranskassa muuntamista on tehty 1980-luvulta lähtien, vuonna 2018 kapasiteetti on 20 tuhatta tonnia vuodessa. 2000-luvulla Yhdysvalloissa otettiin käyttöön kaksi yksikköä, joiden kapasiteetti oli 18 tuhatta ja 13,5 tuhatta tonnia vuodessa. Isossa-Britanniassa rakennetaan laitosta, jonka kapasiteetti on 7 000 tonnia. Venäjällä ensimmäinen ranskalaiseen teknologiaan perustuva teollisuuslaitos otettiin käyttöön vuonna 2009 Krasnojarskin alueella sijaitsevalla sähkökemian tehtaalla . [7] [6] Vuonna 2010 siellä otettiin käyttöön laitos DUHF:n vähentämiseksi matalan lämpötilan plasmassa venäläisen tekniikan mukaisesti. Näiden kahden yksikön kapasiteetti on noin 10 000 tonnia vuodessa. Kaikki nämä laitokset saavat uraanioksidia ja fluorivetyä . Myös Angarskin kemiantehtaalla kehitetään pilottiesittelylaitos "Kedr", jonka kapasiteetti on 2 tuhatta tonnia vuodessa, ja jossa tuotetaan uraanitetrafluoridia käyttämällä DUHF-pelkistystekniikkaa vetyliekissä.

Vaara

Biohazard

Venäjällä - vaaraluokka 1, suurin kertaluonteinen MPC työalueen ilmassa - 0,015 mg / m 3 (1998) [2] . Yhdysvalloissa ACGIH :n kerta-altistuksen kynnys on 0,6 mg/m 3 (1995).

Erittäin syövyttävä aine, joka syövyttää kaikki elävät orgaaniset aineet muodostaen kemiallisia palovammoja. Kosketustapauksessa suositellaan huuhtelua runsaalla vedellä. Altistuminen höyryille ja aerosoleille aiheuttaa keuhkopöhön . Imeytyy elimistöön keuhkojen tai maha-suolikanavan kautta. Erittäin myrkyllinen, aiheuttaa vakavan myrkytyksen. Sillä on kumulatiivinen vaikutus maksan ja munuaisten vaurioihin.

Uraani on heikosti radioaktiivista. Ympäristön saastuminen uraaniyhdisteillä aiheuttaa säteilyonnettomuuksien riskiä.

Normaaleissa olosuhteissa se on nopeasti haihtuva kiinteä aine. Höyryn osapaine on 14 kPa. Kiinteän aineen ympärille muodostuu nopeasti vaarallinen höyrypitoisuus.

Kemiallinen vaara

Reagoi kiivaasti veden kanssa, mukaan lukien ilman kosteus muodostaen UO 2 F 2 ( uranyylifluoridi ) ja fluorivetyä HF.

Aine on voimakas hapetin. Reagoi hyvin orgaanisten aineiden kanssa. Reagoi hitaasti monien metallien kanssa muodostaen metallifluorideja. Syövyttää kumia ja monia muoveja. Reagoi aromaattisten yhdisteiden, kuten bentseenin ja tolueenin kanssa.

Tulipalon vaara

Ei palavaa, mutta kuumennettaessa (myös tulessa) vapautuu syövyttäviä myrkyllisiä höyryjä. Älä käytä vettä tulipalon sammuttamiseen. Jauhesammutusaineiden ja hiilidioksidisammutusaineiden käyttö on hyväksyttävää.

Muistiinpanot

↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Liite II. UF 6 : n ja sen reaktiotuotteiden ominaisuudet. Julkaisussa: Väliaikaiset ohjeet uraaniheksafluoridin turvallisesta kuljetuksesta Arkistoitu 10. syyskuuta 2016 Wayback Machinessa . — (IAEA-TECDOC-608). - IAEA, Wien, 1991. - ISSN 1011-4289.
↑ 1 2 URAANIHEKSAFLUORIDI . Haettu 21. lokakuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 15. joulukuuta 2019. (määrätön)
↑ Uraanin rikastaminen / Toim. S. Villani. — M.: Energoatomizdat, 1983, 320 s.
↑ 1 2 3 4 5 Orekhov V. T., Rybakov A. G., Shatalov V. V. Köyhdytetyn uraaniheksafluoridin käyttö orgaanisessa synteesissä. - M .: Energoatomizdat, 2007. - 112 s. - ISBN 978-5-283-03261-0 .
↑ Teolliset organofluorituotteet: Ref. toim. / B. N. Maksimov, V. G. Barabanov, I. L. Serushkin ja muut - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - Pietari. : "Kemia", 1996. - 544 s. — ISBN 5-7245-1043-X .
↑ 1 2 3 Linnoituksen perintö . Haettu 10. marraskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 11. marraskuuta 2020. (määrätön)
↑ DUHF:n dekonversio - miten se tehdään Zelenogorskissa . Haettu 10. marraskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 10. marraskuuta 2019. (määrätön)