Fluorid uranu (VI).

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 2. února 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Fluorid uranu (VI).


Všeobecné
Systematický název	Fluorid uranu (VI).
Chem. vzorec	UV 6
Fyzikální vlastnosti
Molární hmotnost	351,99 g/ mol
Hustota	5,09 g/cm3 ( pevná látka, 20 °C); 4,9 g/cm3 ( pevná látka, 50 °C); 13,3 g/l (g., 60 °C) [1]
Tepelné vlastnosti
Teplota
• tání	64,0 °C (1,44 MPa )
• vroucí	sublimuje při 56,4 °C
trojitý bod	64,052 °C při 151 kPa [1]
Kritický bod
• teplota	230,2 °C [1] °C
• tlak	4,61 MPa [1]
Entalpie
• vzdělávání	−2317 kJ/mol
Měrné výparné teplo	83,333 J/kg (při 64 °C) [1]
Měrné teplo tání	54,167 J/kg (při 64 °C) [1]
Chemické vlastnosti
Rozpustnost
• ve vodě	reaguje
Klasifikace
Reg. Číslo CAS	[7783-81-5]
PubChem	24560
Reg. číslo EINECS	232-028-6
ÚSMĚVY	F[U](F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=lS/6FH.U/h6*1H;/q;;;;;;+6/p-6SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H
RTECS	4720000 YR
CHEBI	30235
ChemSpider	22966 a 23253295
Bezpečnost
Limitní koncentrace	0,015 mg/m 3 [2]
Toxicita	extrémně toxické , radioaktivní , silné oxidační činidlo
Ikony ECB
NFPA 704	0 čtyři 3 VŮL
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
Mediální soubory na Wikimedia Commons

Fluorid uranu (VI) (jiné názvy - hexafluorid uranu , hexafluorid uranu ) je binární sloučenina uranu s fluorem , průhledné těkavé světle šedé krystaly. Vazba uranu a fluoru v něm je kovalentní . Má molekulární krystalovou mřížku . Velmi jedovatý .

Je to jediná sloučenina uranu, která přechází do plynného stavu při relativně nízké teplotě [1] , a proto je široce používána při obohacování uranu - separaci izotopů 235 U a 238 U , jedné z hlavních fází výroby paliva pro jaderné reaktory a zbrojního uranu.

Fyzikální vlastnosti

Za normálních podmínek jsou hexafluorid uranu světle šedé nebo průhledné těkavé krystaly s hustotou 5,09 g/cm 3 . Při atmosférickém tlaku sublimuje při zahřátí na 56,4 °C, avšak při mírném zvýšení tlaku (např. při zahřátí v zatavené ampuli ) může být převeden do kapaliny. Kritická teplota 230,2 °C, kritický tlak 4,61 MPa [1] .

Hexafluorid uranu je radioaktivní , přičemž všechny tři přirozeně se vyskytující izotopy uranu ( 234U , 235U a 238U ) přispívají k jeho radioaktivitě . Specifická aktivita hexafluoridu uranu s přirozeným obsahem izotopů uranu (neochuzeného a neobohaceného) je 1,7×10 4 Bq /g . Specifická aktivita ochuzeného (tedy se sníženým obsahem 235 U) hexafluoridu uranu je o něco nižší, vysoce obohacený izotopem uranu-235 může být i o dva řády vyšší a závisí na stupni obohacení uranem-235 [1] .

Hodnoty radioaktivity se vztahují k čerstvě připravenému materiálu, který je prostý všech dceřiných nuklidů uranové řady , kromě uranu-234. V průběhu času, přibližně 150 dnů po přípravě sloučeniny, se dceřiné izotopy akumulují v hexafluoridu uranu a obnoví se přirozená radioaktivní rovnováha ve smyslu koncentrace krátkodobých dceřiných nuklidů 234 Th a 231 Th ( produkty rozpadu alfa 238 U a 235 U; v důsledku toho se specifická aktivita „starého“ hexafluoridu uranu s původním přirozeným obsahem izotopů zvyšuje na 4,0×10 4 Bq /g [1] .

Hustotu par fluoridu uranu v širokém rozsahu tlaků a teplot lze vyjádřit vzorcem:

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

kde je hustota par, kg/l;

\rho

P

— tlak ( kPa );

T

— absolutní teplota ( K ) [1] .

Tlak par (mmHg) při teplotě (°C) lze zjistit pomocí následujících empirických vzorců [3] :122 . $P$ $t$

Pro teplotní rozsah 0...64 °C (nad pevnými látkami, přesnost 0,05 %):

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

Pro teplotní rozsah 64...116 °C (nad kapalinou, přesnost 0,03 %):

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

Pro teplotní rozsah 116...230 °C (nad kapalinou, přesnost 0,3 %):

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

Chemické vlastnosti

Prudce reaguje s vodou a při zahřívání s organickými rozpouštědly; za normálních podmínek se rozpouští v organických rozpouštědlech.

Při interakci s vodou tvoří fluorid uranylu a fluorovodík [1] :

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

Silný oxidant. V kapalné formě výbušně reaguje s mnoha organickými látkami, proto nelze v zařízeních plněných hexafluoridem uranu použít běžná uhlovodíková maziva, těsnicí tmely a těsnění.

Nereaguje s plně fluorovanými uhlovodíky jako je teflon nebo perfluoralkany . Za normálních podmínek neinteraguje s kyslíkem a dusíkem , stejně jako se suchým vzduchem, ale reaguje s vodní párou obsaženou ve vlhkém vzduchu. Při nepřítomnosti par a stop vody nezpůsobuje výraznou korozi hliníku , mědi , niklu , monel metalu , hliníkového bronzu [1] .

Fluorid uranu (VI) lze použít jako fluorační činidlo při výrobě organofluorových sloučenin . Při fluoraci organických sloučenin se hexafluorid obvykle redukuje na tetrafluorid uranu . Proces fluorace hexafluoridem uranu probíhá za uvolnění velkého množství tepla.

Fluorace nenasycených organických sloučenin je doprovázena adicí fluoru na dvojnou vazbu [4] . Oktafluorpropan se tedy tvoří z hexafluorpropylenu :

{\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.

Z vinylidenfluoridu vzniká 1,1,1,2-tetrafluorethan [4] :

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

+ 344,6 kJ/mol.

Fluorace trichlorethylenu je doprovázena tvorbou 1,2-difluor-1,1,2-trichlorethanu [4] :

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

Fluorace nasycených organických sloučenin fluoridem uranu(VI) je doprovázena substitucí jednoho nebo více atomů vodíku ve výchozí sloučenině za fluor [4] :

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

+ 219,1 kJ/mol.

Získání

V ruském jaderném palivovém cyklu : Získává se interakcí sloučenin uranu (například tetrafluorid UF 4 , oxidy) s F 2 (v průmyslu se reakce provádí v plameni směsi H 2 a F 2 ) popř . některá další fluorační činidla, a poté se čistí destilací nebo odstředěním v plynové odstředivce .
V americkém cyklu jaderného paliva : Rudy obsahující uran se zpracovávají na U 3 O 8 (" oxid uranu " nebo "žlutý koláč"), rozpouštějí se v kyselině dusičné, čímž se získá roztok dusičnanu uranylu UO 2 (NO 3 ) 2 . Čistý dusičnan uranylu se získává extrakcí rozpouštědlem (např . TBP nebo D2EHPA ) a poté se vystaví působení amoniaku za vzniku diuranátu amonného . Redukcí vodíkem se získá oxid uraničitý UO 2 , který se pak pomocí kyseliny fluorovodíkové HF převede na fluorid uranu UF 4 . Oxidací fluorem se získá UF6 .

Aplikace

Používá se při separaci izotopů 235 U a 238 U plynnou difúzí nebo odstřeďováním k zajištění různých jaderných technologií štěpným materiálem . Tím vzniká značné množství nevyužitého zbytku (ochuzeného o uran-235), který se obvykle skladuje jako hexafluorid uranu v kontejnerech. Obrovské množství hexafluoridu se nyní nahromadilo na místech v obohacovacích závodech. Celkové množství akumulovaného hexafluoridu uranu ve světě v roce 2010 je asi 2 miliony tun [4] .

Hexafluorid ochuzeného uranu se používá pro fluoraci organických sloučenin. Získáno s použitím hexafluoridu uranu jako fluoračního činidla, oktafluorpropanu ( C3F8 , freon -218, R-218, FC-218) a 1,1,1,2-tetrafluorethanu (CF3- CFH2 , freon - 134a, R -134, HFC-134a) jsou alternativní náhradou chladiv poškozujících ozónovou vrstvu. Potenciál poškozování ozonové vrstvy ODP je nulový. 1,2-difluortrichlorethan (CFCl2CFClH , freon-122a, R-122a, HCFC-122a) je alternativní náhradou fluorochloruhlovodíkových rozpouštědel poškozujících ozonovou vrstvu. Může být použit jako rozpouštědlo, extrakční činidlo, pěnidlo při výrobě polymerních produktů, anestetikum pro zvířata [5] .

Skladování a likvidace

Na konci roku 2010 se v důsledku izotopového obohacování uranu nashromáždilo ve světě asi 1,5–2 miliony tun ochuzeného uranu a dalších 40–60 tisíc tun ochuzeného uranu ročně přibývá. [6] Naprostá většina tohoto objemu je skladována jako ochuzený hexafluorid uranu (DUHF) ve speciálních ocelových nádržích. Se zdokonalováním technologií obohacování izotopů jsou staré zásoby DUHF někdy dále obohacovány. Dlouhodobé skladování tak velkého množství chemicky nebezpečných látek je však nežádoucí, proto existují technologie pro přeměnu hexafluoridu uranu na méně nebezpečné formy, jako jsou oxidy uranu nebo fluorid uranu UF 4 .

Jsou známy projekty chemického zpracování hexafluoridu ve Francii, USA, Rusku a Velké Británii. [6] Produktivita konverzních podniků DUHF působících v roce 2018 je přes 60 tisíc tun ročně v přepočtu na uran. Ve Francii se přestavba provádí od 80. let, pro rok 2018 je kapacita 20 tisíc tun ročně. V roce 2000 byly ve Spojených státech uvedeny do provozu dva bloky s kapacitou 18 tisíc a 13,5 tisíce tun ročně. Ve Spojeném království se staví zařízení s kapacitou 7 000 tun. V Rusku bylo první průmyslové zařízení založené na francouzské technologii uvedeno do provozu v roce 2009 v elektrochemickém závodě na Krasnojarském území. [7] [6] V roce 2010 tam bylo uvedeno do provozu zařízení na redukci DUHF v nízkoteplotním plazmatu podle ruské technologie. Kapacita těchto dvou bloků je asi 10 000 tun ročně. Všechny tyto rostliny přijímají oxid uranu a fluorovodík . V angarském chemickém závodě se také vyvíjí pilotní demonstrační závod „Kedr“ s kapacitou 2 000 tun ročně s výrobou fluoridu uranu pomocí technologie redukce DUHF ve vodíkovém plameni.

Nebezpečí

Biohazard

V Rusku - třída nebezpečnosti 1, maximální jednorázové MPC ve vzduchu pracovního prostoru - 0,015 mg/m 3 (1998) [2] . V USA je práh jednorázové expozice ACGIH 0,6 mg/m 3 (1995).

Extrémně žíravá látka, která koroduje jakoukoli živou organickou hmotu a vytváří chemické popáleniny. V případě kontaktu se doporučuje opláchnout velkým množstvím vody. Vystavení výparům a aerosolům způsobuje plicní edém . Vstřebává se do těla plícemi nebo gastrointestinálním traktem. Velmi toxický, způsobuje těžkou otravu. Má kumulativní účinek s poškozením jater a ledvin.

Uran je slabě radioaktivní. Znečištění životního prostředí sloučeninami uranu vytváří riziko radiačních havárií.

Za normálních podmínek je to rychle se odpařující pevná látka. Parciální tlak par je 14 kPa. Kolem pevné látky se rychle vytvoří nebezpečná koncentrace par.

Chemické nebezpečí

Prudce reaguje s vodou, včetně vzdušné vlhkosti, za vzniku UO 2 F 2 ( fluorid uranylu ) a fluorovodíku HF.

Látka je silné oxidační činidlo. Dobře reaguje s organickými látkami. Pomalu reaguje s mnoha kovy za vzniku fluoridů kovů. Agresivní vůči gumě a mnoha plastům. Reaguje s aromatickými sloučeninami, jako je benzen a toluen.

Nebezpečí požáru

Není hořlavý, ale při zahřívání (včetně ohně) vydává žíravé toxické výpary. K hašení požáru nepoužívejte vodu. Použití práškových a oxidů uhličitých hasicích prostředků je přijatelné.

Poznámky

↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Příloha II. Vlastnosti UF 6 a jeho reakčních produktů. In: Prozatímní pokyny k bezpečné přepravě hexafluoridu uranu Archivováno 10. září 2016 na Wayback Machine . — (IAEA-TECDOC-608). - MAAE, Vídeň, 1991. - ISSN 1011-4289.
↑ 1 2 HEXAFLUORID URANU . Získáno 21. října 2016. Archivováno z originálu 15. prosince 2019. (neurčitý)
↑ Obohacování uranu / Ed. S. Villani. — M.: Energoatomizdat, 1983, 320 s.
↑ 1 2 3 4 5 Orekhov V. T., Rybakov A. G., Shatalov V. V. Použití ochuzeného hexafluoridu uranu v organické syntéze. - M. : Energoatomizdat, 2007. - 112 s. - ISBN 978-5-283-03261-0 .
↑ Průmyslové organofluorové produkty: Ref. vyd. / B. N. Maksimov, V. G. Barabanov, I. L. Serushkin a další - 2. vyd., revidováno. a doplňkové - Petrohrad. : "Chemie", 1996. - 544 s. — ISBN 5-7245-1043-X .
↑ 1 2 3 Legacy of Fortification . Získáno 10. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 11. listopadu 2020. (neurčitý)
↑ Dekonverze DUHF – jak se to dělá v Zelenogorsku . Staženo 10. listopadu 2019. Archivováno z originálu 10. listopadu 2019. (neurčitý)