Uranhydrid - Uranium hydride
| Navn | |
|---|---|
| Andre navn
Uran (III) -hydrid
Uran- trihydrid Hyporanhydrid |
|
| Identifikatorer | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
|
PubChem CID
|
|
|
|
|
|
| Eiendommer | |
|
UH 3 |
|
| Molarmasse | 241.05273 g mol −1 |
| Utseende | brungrått til brunsvart pyroforisk pulver |
| Tetthet | 10,95 g cm −3 |
| Reagerer | |
| Struktur | |
| Kubikk , cP32 | |
| Pm 3 n, nr. 223 | |
a = 664,3 pm
|
|
| Farer | |
| Sikkerhetsdatablad | ibilabs.com |
| Flammepunkt | Pyroforisk |
|
Med mindre annet er angitt, blir data gitt for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 verifisere ( hva er ?)
  |
|
| Infoboksreferanser | |
Uranhydrid , også kalt urantrihydrid (UH 3 ), er en uorganisk forbindelse og et hydrid av uran .
Eiendommer
Uranhydrid er et meget giftig, brungrått til brunsvart pyroforisk pulver eller sprøtt fast stoff. Densiteten ved 20 ° C er 10,95 g cm -3 , mye lavere enn uran (19,1 g cm -3 ). Den har en metallisk ledningsevne, er lett løselig i saltsyre og spaltes i salpetersyre .
To krystallmodifikasjoner av uranhydrid eksisterer, begge kubiske: en α-form som oppnås ved lave temperaturer og en β-form som dyrkes når dannelsestemperaturen er over 250 ° C. Etter vekst er begge former metastabile ved romtemperatur og under, men α-formen konverteres sakte til β-formen etter oppvarming til 100 ° C. Både α- og β-UH 3 er ferromagnetiske ved temperaturer under ~ 180 K. Ovenfor 180 K, de er paramagnetisk.
Dannelse i uranmetall
Hydrogengassreaksjon
Eksponering av uranmetall for hydrogen fører til sprøhet av hydrogen . Hydrogen diffunderer gjennom metall og danner et nettverk av sprø hydrid over korngrensene . Hydrogen kan fjernes og duktilitet fornyes ved gløding i vakuum .
Uranmetall oppvarmet til 250 til 300 ° C (482 til 572 ° F ) reagerer med hydrogen og danner uranhydrid . Videre oppvarming til ca. 500 ° C vil reversibelt fjerne hydrogenet. Denne egenskapen gjør uranhydrider til praktiske utgangsmaterialer for å lage reaktivt uranpulver sammen med forskjellige urankarbid- , nitrid- og halogenidforbindelser . Den reversible reaksjonen fortsetter som følger:
- 2 U + 3 H 2 ⇌ 2 UH 3
Uranhydrid er ikke en interstitiell forbindelse , som får metallet til å ekspandere ved hydriddannelse. I dens gitter er hver uran atom omgitt av 6 andre uran atomer og 12 atomer av hydrogen ; hvert hydrogenatom opptar et stort tetraedrisk hull i gitteret. Tettheten av hydrogen i uranhydrid er omtrent den samme som i flytende vann eller i flytende hydrogen . UHU-koblingen gjennom et hydrogenatom er tilstede i strukturen.
Vannreaksjon
Uranhydrid dannes når uranmetall (f.eks. I Magnox- drivstoff med korrodert kledning ) blir utsatt for vann; reaksjonen forløper som følger:
- 7 U + 6 H 2 O → 3 UO 2 + 4 UH 3
Det resulterende uranhydridet er pyroforisk; Hvis metallet (f.eks. en skadet drivstoffstang ) blir utsatt for luft etterpå, kan det genereres for mye varme og selve uranmetallet kan antennes. Hydridforurenset uran kan passiveres ved eksponering for en gassblanding av 98% helium med 2% oksygen . Kondensert fuktighet på uranmetall fremmer dannelse av hydrogen og uranhydrid; en pyrofor overflate kan dannes i fravær av oksygen. Dette utgjør et problem med lagring av brukt drivstoff i dammer for brukt drivstoff under vann . Avhengig av størrelsen og fordelingen på hydridpartiklene, kan selvantennelse oppstå etter en ubestemt lengde på eksponering for luft. Slik eksponering utgjør en risiko for selvantennelse av drivstoffrester i hvelv for radioaktivt avfall.
Uranmetall utsatt for damp produserer en blanding av uranhydrid og urandioksid .
Uranhydrid utsatt for vann utvikler hydrogen. I kontakt med sterke oksidasjonsmidler kan dette forårsake brann og eksplosjoner. Kontakt med halokarboner kan forårsake en voldsom reaksjon.
Andre kjemiske reaksjoner
Polystyrenimpregnert uranhydridpulver er ikke-pyroforisk og kan presses, men dets hydrogen-karbonforhold er ugunstig. Hydrogenert polystyren ble introdusert i 1944 i stedet.
Uraniumdeuterid sies å være brukbar for design av noen typer nøytroninitiatorer .
Uranhydrid beriket til ca. 5% uran-235 foreslås som en kombinert kjernefysisk drivstoff / nøytron moderator for den hydrogenmodererte selvregulerende kjernekraftmodulen . I følge den nevnte patentsøknaden begynner det aktuelle reaktordesignet å produsere kraft når hydrogengass ved tilstrekkelig temperatur og trykk blir tillatt til kjernen (består av granulert uranmetall) og reagerer med uranmetallet for å danne uranhydrid. Uranhydrid er både et kjernefysisk drivstoff og en nøytron moderator ; tilsynelatende vil det, i likhet med andre nøytronmoderatorer, redusere nøytroner tilstrekkelig til at fisjoneringsreaksjoner kan finne sted; uran-235-atomene i hydridet tjener også som kjernefysisk drivstoff. Når den kjernefysiske reaksjonen har startet, vil den fortsette til den når en viss temperatur, omtrent 800 ° C (1500 ° F), der den på grunn av de kjemiske egenskapene til uranhydrid brytes ned kjemisk og blir til hydrogengass og uranmetall. Tapet av nøytronmoderering på grunn av den kjemiske nedbrytningen av uranhydridet vil følgelig redusere - og til slutt stoppe - reaksjonen. Når temperaturen går tilbake til et akseptabelt nivå, vil hydrogenet igjen kombinere seg med uranmetallet, danne uranhydrid, gjenopprette moderat og atomreaksjonen vil starte på nytt.
Uran zirkonium-hydrid (UZrH), en kombinasjon av uran-hydrid og zirkonium (II) hydrid , anvendes som en brensel / moderator i Triga -klassen reaktorer.
Ved oppvarming med diboran produserer uranhydrid uranborid . Med brom ved 300 ° C produseres uran (IV) bromid . Med klor ved 250 ° C produseres uran (IV) klorid . Hydrogenfluorid ved 20 ° C produserer uran (IV) fluor . Hydrogenklorid ved 300 ° C produserer uran (III) klorid . Hydrogenbromid ved 300 ° C produserer uran (III) bromid . Hydrogenjodid ved 300 ° C produserer uran (III) jodid . Ammoniakk ved 250 ° C produserer uran (III) nitrid . Hydrogensulfid ved 400 ° C produserer uran (IV) sulfid . Oksygen ved 20 ° C produserer triuranoktoksid . Vann ved 350 ° C produserer urandioksid .
Uranhydridion kan forstyrre noen massespektrometri- målinger, og vises som en topp ved masse 239, og skape falsk økning i signalet for plutonium-239.
Historie
Uraniumhydrid-snegler ble brukt i " kittende dragehale " -serien med eksperimenter for å bestemme den kritiske massen av uran.
Uran-hydrid og uran deuterid ble foreslått som et spaltbart materiale for en uran-hydrid bombe . Testene med uranhydrid og urandeuterid under operasjonen Upshot – Knothole var imidlertid skuffende. I løpet av de tidlige fasene av Manhattan-prosjektet , i 1943, ble uranhydrid undersøkt som et lovende bombemateriale; den ble forlatt tidlig i 1944 da det viste seg at et slikt design ville være ineffektivt.
applikasjoner
Hydrogen, deuterium og tritium kan renses ved å reagere med uran, og deretter termisk nedbryte det resulterende hydrid / deuterid / tritid. Ekstremt rent hydrogen har blitt fremstilt fra senger av uranhydrid i flere tiår. Oppvarming av uranhydrid er en praktisk måte å introdusere hydrogen i et vakuumsystem.
Hevelse og pulverisering ved uranhydrid-syntese kan brukes til fremstilling av veldig fint uranmetall, hvis det pulveriserte hydridet nedbrytes termisk.
Uranhydrid kan brukes til isotopseparasjon av hydrogen , fremstilling av uranmetallpulver og som et reduksjonsmiddel .