Czterochlorek uranu
|
|
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
nazwa IUPAC
Chlorek uranu(IV).
|
|
| Inne nazwy Tetrachlorouran Tetrachlorek uranu Chlorek uranu |
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.030.040 |
| Numer WE |
|
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| UNII | |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| UCI 4 | |
| Masa cząsteczkowa | 379,84 g/mol |
| Gęstość | 4,87 g/cm 3 |
| Temperatura topnienia | 590 ° C (1094 ° F; 863 K) |
| Temperatura wrzenia | 791 ° C (1456 ° F; 1064 K) |
| Struktura | |
| ośmiościenny | |
| Związki pokrewne | |
|
Związki pokrewne
|
trójchlorek uranu , pięciochlorek uranu , sześciochlorek uranu |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Czterochlorek uranu jest związkiem nieorganicznym , solą uranu i chloru, o wzorze UCl 4 . Jest to higroskopijne oliwkowo-zielone ciało stałe. Był używany w procesie elektromagnetycznej separacji izotopów (EMIS) wzbogacania uranu . Jest to jeden z głównych materiałów wyjściowych do chemii organouranu .
Synteza i struktura
Czterochlorek uranu jest generalnie syntetyzowany w reakcji trójtlenku uranu (UO 3 ) i heksachloropropenu . Addukty rozpuszczalnika UCl 4 można utworzyć w prostszej reakcji UI 4 z chlorowodorem w rozpuszczalnikach organicznych.
Według krystalografii rentgenowskiej centra uranu mają osiem współrzędnych i są otoczone przez osiem atomów chloru, cztery przy 264 pm, a pozostałe cztery przy 287 pm.
Właściwości chemiczne
Rozpuszczanie w rozpuszczalnikach protonowych jest bardziej skomplikowane. Po dodaniu UCl 4 do wody powstaje wodny jon uranu.
- UCl 4 + x H 2 O → [U(H 2 O) x ] 4+ + 4Cl -
Jon wodny [U(H 2 O) x ] 4+ , (x wynosi 8 lub 9) jest silnie zhydrolizowany.
- [U(H2O ) x ] 4+ ⇌ [U(H2O ) x −1 ( OH)] 3+ + H +
pKa . dla tej reakcji wynosi ok 1,6, więc hydroliza nie występuje tylko w roztworach o stężeniu kwasu 1 mol dm -3 lub silniejszym (pH < 0). Przy pH > 3 zachodzi dalsza hydroliza. Mogą powstawać słabe kompleksy chlorowodorkowe. Opublikowane szacunki wartości log K dla tworzenia [UCl] 3+ (aq) wahają się od -0,5 do +3 z powodu trudności w radzeniu sobie z równoczesną hydrolizą.
W przypadku alkoholi może wystąpić częściowa solwoliza .
- UCl 4 + x ROH ⇌ UCl 4− x (OR) x + x HCl
Czterochlorek uranu rozpuszcza się w rozpuszczalnikach nieprotonowych, takich jak tetrahydrofuran , acetonitryl , dimetyloformamid itp., które mogą działać jak zasady Lewisa . Tworzą się solwaty o wzorze UCl4Lx , które można wyodrębnić. Rozpuszczalnik musi być całkowicie wolny od rozpuszczonej wody, w przeciwnym razie nastąpi hydroliza, w której rozpuszczalnik S wychwyci uwolniony proton.
- UCl 4 + H 2 O + S ⇌ UCl 3 (OH) + SH + +Cl −
Cząsteczki rozpuszczalnika można zastąpić innym ligandem w reakcji takiej jak
- UCl 4 + 2Cl − → [UCl 6 ] 2− .
Nie pokazano rozpuszczalnika, podobnie jak w przypadku tworzenia się kompleksów innych jonów metali w roztworze wodnym.
Roztwory UCl 4 są podatne na utlenianie w powietrzu, w wyniku czego powstają kompleksy jonu uranylu .
Aplikacje
Czterochlorek uranu jest produkowany komercyjnie w reakcji tetrachlorku węgla z czystym dwutlenkiem uranu UO 2 w temperaturze 370 °C. Był używany jako surowiec w procesie elektromagnetycznej separacji izotopów (EMIS) wzbogacania uranu . Począwszy od 1944 roku, fabryka Oak Ridge Y-12 przekształciła UO 3 w paszę UCl 4 dla Ernesta O. Lawrence'a Alpha Calutrons . Jego główną zaletą jest to, że czterochlorek uranu stosowany w kalutronach nie jest tak korozyjny jak sześciofluorek uranu stosowany w większości innych technologii wzbogacania. Proces ten został porzucony w latach pięćdziesiątych XX wieku. Jednak w latach 80. Irak nieoczekiwanie ożywił tę opcję w ramach swojego programu broni jądrowej. W procesie wzbogacania tetrachlorek uranu jest jonizowany do plazmy uranowej .
Jony uranu są następnie przyspieszane i przepuszczane przez silne pole magnetyczne . Po przebyciu połowy okręgu wiązka rozdziela się na obszar położony bliżej ściany zewnętrznej, który jest zubożony , oraz obszar położony bliżej ściany wewnętrznej, który jest wzbogacony w 235 U. Duże ilości energii wymagane do utrzymania silnych pól magnetycznych, a także niskie wskaźniki odzysku materiału zasilającego uran oraz wolniejsza i bardziej niewygodna praca instalacji sprawiają, że jest to mało prawdopodobny wybór dla dużych zakładów wzbogacania.
Prowadzone są prace nad wykorzystaniem mieszanin stopionego chlorku uranu i chlorku alkalicznego jako paliw do reaktorów w reaktorach ze stopioną solą . Zbadano również stopiony czterochlorek uranu rozpuszczony w chlorku litu - eutektyku chlorku potasu jako sposób na odzyskanie aktynowców z napromienionych paliw jądrowych poprzez pirochemiczne przetwarzanie jądrowe .
Bezpieczeństwo
Podobnie jak wszystkie rozpuszczalne w wodzie sole uranu, tetrachlorek uranu jest nefrotoksyczny (trujący dla nerek) i może powodować poważne uszkodzenie nerek i ostrą niewydolność nerek w przypadku połknięcia.