Оксид урана(VI)
- 1 year ago
- 0
- 0
Окси́д ура́на(IV) ( диокси́д ура́на , двуо́кись ура́на ) — неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом — вещество тёмно-коричневого, почти чёрного, цвета. Химическая формула UO 2 (точнее, UO 2±x ). Широко используется как ядерное топливо в реакторах .
Температура плавления в зависимости от стехиометрического состава составляет от 2840 до 2875 °C. Диоксид урана — нестехиометрическое соединение , имеющее состав от UO 1,6 до UO 2,5 . 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 CaF 2 , причём дополнительные (сверх стехиометрии) атомы кислорода удерживаются в промежутках кристаллической решётки в результате внедрения атомов кислорода в решётку UO 2 с образованием фазы UO 2± x , где x зависит от температуры. При увеличении содержания кислорода цвет диоксида изменяется от тёмно-коричневого до чёрного .
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
HNO 3
и
HF
. При растворении в азотной кислоте происходит образование UO 2+
2 . Известен один
кристаллогидрат
диоксида урана UO
2
·2H
2
O — чёрный осадок, выпадающий при
гидролизе
растворов урана. Диоксид урана входит в состав урановых минералов
уранинита
и
клевеита
.
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.
Диоксид урана можно получить, восстанавливая водородом высшие оксиды :
или :