1 / 41

Лекция 4 Шагалов Владимир Владимирович

Оксиды урана. Лекция 4 Шагалов Владимир Владимирович. Оксиды. UO 2 , U 3 O 8 , UO 3 основные оксиды известные с времен Э.Пелиго Кроме основных идентифицированы UO 2 , U 3 O 7 , U 4 O 9 , U 2 O 5 и др. Гомологический ряд описывается общей формулой U n O 2n+2. 2.

cassandra-wooten
Download Presentation

Лекция 4 Шагалов Владимир Владимирович

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Оксиды урана Лекция 4 Шагалов Владимир Владимирович

  2. Оксиды UO2, U3O8, UO3основныеоксиды известные с времен Э.Пелиго Кроме основных идентифицированы UO2, U3O7, U4O9, U2O5и др. Гомологический ряд описывается общей формулой UnO2n+2 2 Шагалов Владимир Владимирович

  3. Оксиды Часть фазовой диаграммы системы U – О в области составов от UO2 до UO3 3 Шагалов Владимир Владимирович

  4. Монооксид урана UO - является единственным исключением в гомологическом ряду. Получен в виде тонкой поверхностной пленки на металлическом уране. Обладает хрупкостью, металлическим блеском с серым цветом. Плотность – 14,2 г/см3 Кристаллическая решетка – кубическая (изоморфен с монокарбидом и мононитридом). Термодинамически неустойчив и диспропорционирует 4 Шагалов Владимир Владимирович

  5. Диоксид урана UO2 – диоксид урана. Цвет от темно-коричневого до черного с гранецентрированной кристаллической решеткой Плотность теоретическая – 10,96 г/см3 Экспериментальная плотность – 8,11-11,1 г/см3 Тпл= 2875±45 0С (теоретическая) Ткип= - При 1600 0С теряет кислород 5 Шагалов Владимир Владимирович

  6. Диоксид урана Диоксид урана – нестехиометрическое соединение с переменным составом UO1,6-2,25 Изоморфен с диоксидом тория и диоксидом плутония что используется для изготовления смешанного топлива. Использование в качестве топлива обусловлено постоянством формы при облучении и высокой механической прочностью ≈ 10 т/см2 6 Шагалов Владимир Владимирович

  7. Уран как ядерное топливо Надежность реактора обусловлена механической прочностью конструкций ТВЭЛов от коррозии, термических напряжений и радиации • Основные проблемы металлического топлива: • Рост ползучести под нагрузкой • Охрупчивание не снимаемое отжигом • Радиационный рост • Свеллинг (газовое распухание Xe, Kr) • Основные проблемы оксидного топлива: • Низкая плотность • Низкая теплопроводность 7 Теплопроводность 27,5 Вт/(м·К) 4,5 Вт/(м·K) Шагалов Владимир Владимирович

  8. Химические свойства UO2 Взаимодействие с простыми веществами UO2 + O2 → U3O8 UO2 + F2 → UO2F2 ; UO2F2 + F2 →UF6 + O2 UO2 + Cl2 → UO2Cl2 UO2 + K → U + K2O UO2 + H2 (CO, C, NH3) ≠ 300-400 8 Шагалов Владимир Владимирович

  9. Химические свойства UO2 Взаимодействие с кислотами неокислителями UO2 + HCl(конц) → UCl4 + H2O UO2 + H2SO4(конц) → U(SO4)2 + H2O UO2 + HF(газ, жтдкость) → UF4 + H2O нагрев 9 Шагалов Владимир Владимирович

  10. Химические свойства UO2 Взаимодействие с азотной кислотой UO2 + HNO3 → UO2(NO3)2 + NO2 + H2O 10 Шагалов Владимир Владимирович

  11. Химические свойства UO2 Взаимодействие с азотной кислотой UO2 + HNO3 → UO2(NO3)2 + NO2 + H2O U+4 - 2ē→ U+6 N+5 + 1ē→ N+4 11 Шагалов Владимир Владимирович

  12. Химические свойства UO2 Взаимодействие с азотной кислотой UO2 + HNO3 → UO2(NO3)2 + NO2 + H2O 1 U+4 - 2ē→ U+6 2 N+5 + 1ē→ N+4 12 Шагалов Владимир Владимирович

  13. Химические свойства UO2 Взаимодействие с азотной кислотой UO2 + HNO3 → UO2(NO3)2 + NO2 + H2O 1 U+4 - 2ē→ U+6 2 N+5 + 1ē→ N+4 UO2 + 4HNO3 → UO2(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 13 Шагалов Владимир Владимирович

  14. Химические свойства UO2 Взаимодействие с кислотами в присутствии окислителей UO2 + H2SO4 + MnO2 → UO2SO4 + MnSO4 + H2O UO2 + H2SO4 + H2O2 → UO2SO4 + H2O UO2 + H2SO4 + Fe2(SO4)3 → UO2SO4 + FeSO4 + H2O UO2 + H2SO4 + HNO2 → UO2SO4 + NO + H2O UO2 + H2SO4 + NaNO2 → UO2SO4 + NO + Na2SO4 + H2O 14 Шагалов Владимир Владимирович

  15. Химические свойства UO2 Взаимодействие с кислотами в присутствии окислителей 3UO2 + 3H2SO4 + 2HNO3 → 3UO2SO4 + 2NO + 4H2O 15 Степень растворения урана, %. T=20 0C, время 3 ч. Шагалов Владимир Владимирович

  16. Получение UO2 Восстановление высших оксидов U3O8 + H2 → UO2 + H2O UO3 + H2 → UO2 + H2O UO3 + CO → UO2 + CO2 900-1000 700-800 350 16 Шагалов Владимир Владимирович

  17. Получение UO2 Прокаливание нестойких солейдо 1000 ºСв инертной или восстановительной атмосфере (NH4)4[UO2(CO3)3] → UO2 + CO2 + H2O + N2 + NH3 (NH4)2U2O7 → UO2 + H2O + N2 + NH3 U(C2O4)2 → UO2 + CO2 + CO UO4∙2H2O → UO2 + H2O + O2 (H2O) UO2(NO3)2 → UO2 + NO2 + O2 (H2O) H2 H2 17 Шагалов Владимир Владимирович

  18. Получение UO2 Электролиз солей уранила UO2SO4+ H2O → UO2 + H2SO4 + O2 электролиз 18 Шагалов Владимир Владимирович

  19. Закись-окись U3O8 U3O8 - порошок от темно-зеленого почти черного цвета до оливкового (зависит от дисперсности составаи кристаллической модификации (4)). Самый устойчивый оксид на воздухе при температуре до 1000 ºС. Плотность – 8,39 г/см3 Кристаллическая решетка – ромбическая. Температуры плавления и кипения нет 19 Шагалов Владимир Владимирович

  20. Закись-окись U3O8 U3O8 – долгое время рассматривали как смесь UO2и UO3 и приписывали формулу UO2∙2UO3 Также были предложены следующие формулы: UO3∙U2O5(UO2)2UO4 U(UO4)2 По рентгеноструктурным анализам все атомы равны и имеют степень окисления +5,33 Формально для простоты решения химических и технологических задач будем опираться на следующую формулу UO2∙2UO3 20 Шагалов Владимир Владимирович

  21. Химические свойства U3O8 Проявляет окислительные свойства U3O8 + H2 → H2O + UO2 U3O8 + CO → UO2 + CO2 U3O8 + NH3 → UO2 + N2 900 900 900 21 Шагалов Владимир Владимирович

  22. Химические свойства U3O8 Взаимодействие с галогенами U3O8 + F2 → O2 + UO2F2 UO2F2 + F2 → O2 + UF6 U3O8 + Cl2(Br2) → UO2Cl2+ O2 350 22 Шагалов Владимир Владимирович

  23. Химические свойства U3O8 Взаимодействие с кислотами неокислителями U3O8 + HCl(конц) → UCl4 + UO2Cl2 + H2O U3O8 + H2SO4(конц) → U(SO4)2 + UO2SO4 + H2O нагрев нагрев 23 Шагалов Владимир Владимирович

  24. Химические свойства U3O8 Взаимодействие с азотной и азотистой кислотой U3O8 + HNO3 → UO2(NO3)2 + NO + H2O U3O8 + HNO2 → UO2(NO3)2 + NO + H2O 24 Шагалов Владимир Владимирович

  25. Химические свойства U3O8 Взаимодействие с кислотами в присутствии окислителей U3O8 + H2SO4 + MnO2 → UO2SO4 + MnSO4 + H2O U3O8 + H2SO4 + H2O2 → UO2SO4 + H2O U3O8 + H2SO4 + Fe2(SO4)3 → UO2SO4 + FeSO4 + H2O U3O8 + H2SO4 + HNO2 → UO2SO4 + NO + H2O 25 Шагалов Владимир Владимирович

  26. Химические свойства U3O8 Взаимодействие с карбонатами U3O8 + Na2CO3 → Na4[UO2(CO3)3] + UO2 + H2O U3O8 + Na2CO3 + H2O2 → Na4[UO2(CO3)3] + H2O 26 Шагалов Владимир Владимирович

  27. Получение U3O8 600-800 UO3 → U3O8 + O2 UO2 + O2→ U3O8 >185 27 Шагалов Владимир Владимирович

  28. Получение U3O8 Прокаливание нестойких солейдо 1000 ºС в воздушной атмосфере (NH4)4[UO2(CO3)3] → U3O8 + CO2 + H2O + N2 + NH3 (NH4)2U2O7 → U3O8 + H2O + N2 + NH3 U(C2O4)2 → U3O8 + CO2 + CO UO4∙2H2O → U3O8 + H2O + O2 UO2(NO3)2 → U3O8 + NO2 + O2 28 Шагалов Владимир Владимирович

  29. Триоксид UO3 UO3 - порошок от желтого до красного (зависит от дисперсности составаи кристаллической модификации (6)). Плотность – 6,8 – 8,54 г/см3 Кристаллическая решетка – ромбическая, гексагональная, кубическая, триклинная, моноклинная и аморфная. Температуры плавления и кипения нет Устойчив в окислительной атмосфере до 600 ºС 29 Шагалов Владимир Владимирович

  30. Химические свойства UO3 Проявляет окислительные свойства, можно получить диоксид или закись-окись UO3 + H2 → H2O + UO2 UO3 + CO → U3O8 + CO2 UO3 + NH3 → UO2 + N2 30 Шагалов Владимир Владимирович

  31. Химические свойства UO3 Взаимодействие с галогенами UO3 + F2 → O2 + UO2F2 UO2F2 + F2 → O2 + UF6 UO3 + Cl2(Br2) → UO2Cl2+ O2 350 31 Шагалов Владимир Владимирович

  32. Химические свойства UO3 Взаимодействие с кислотами неокислителями и окислителями происходит без ОВРс образованием солей уранила UO3 + HCl → UO2Cl2 + H2O UO3 + H2SO4 → UO2SO4 + H2O UO3 + HNO3 → UO2(NO3)2 + H2O 32 Шагалов Владимир Владимирович

  33. Получение UO3 U3O8 + O2 →UO3 UO2 + O2→ UO3 600-800 600 33 Шагалов Владимир Владимирович

  34. Взаимные превращения оксидов урана 34 Шагалов Владимир Владимирович

  35. Получение UO3 Прокаливание нестойких солейдо 600 ºС в атмосфере кислорода (NH4)4[UO2(CO3)3] → UO3 + CO2 + H2O + NH3 (NH4)2U2O7 → UO3 + H2O + 2NH3 UO4∙2H2O → UO3 + H2O + O2 UO2(NO3)2 → UO3 + NO2 + O2 35 Шагалов Владимир Владимирович

  36. Гидрооксиды урана U(OH)4 - гидрооксид U(IV) не растворимое в воде соединение светло-зеленого цвета, легко окисляемое кислородом воздуха до закиси-окисис ярко выраженными основными свойствами. В инертной атмосфере переходит в кристаллогидрат UO2∙2H2O ПР = 10-52 Получение UCl4 + NH4OH → U(OH)4 ↓+ NH4Cl U(SO4)2 + NH4OH → U(OH)4 ↓+ (NH4)2SO4 36 Шагалов Владимир Владимирович

  37. Гидрооксиды урана Уранаты – соединения оксидов урана с более основными оксидами других элементов. Цвет – желтый; оранжевый Уранаты и их соли не растворимы в воде. Общий гомологический ряд - Н2UnО3n+1 H4UO5 - UO3∙2H2O – дигидрат (урановая кислота) желто-зеленого цвета H2UO4 - UO3∙H2O – моногидрат (моноурановая кислота) желтого цвета H2U2O7 - UO3∙0,5H2O – полугидрат (диурановая кислота) оранжевого цвета 37 Шагалов Владимир Владимирович

  38. Гидрооксиды урана H4UO5; H2UO4; H2U2O7 - получают прямым и косвенным взаимодействием H4UO5 UO3 + xH2O H2UO4 H2U2O7 Раствор UO2(NO3)2 + NH4OH → (NH4)2U2O7 Сплавление UO2(NO3)2 + NaOH → Na2UO4 38 Шагалов Владимир Владимирович

  39. Гидрооксиды урана UO2 (NH4)2U2O7 U3O8 + …. + ……. UO3 Na2CO3 + …. + Na2U2O7→ Na4[UO2(CO3)3] + …. 39 Шагалов Владимир Владимирович

  40. Гидрооксиды урана Взаимодействие уранатов щелочных металлов в щелочных или карбонатных растворах с перекиcью приводит к образованию растворимых перуранатов (Na2UO5) 40 Шагалов Владимир Владимирович

  41. ПР= 41 Шагалов Владимир Владимирович

More Related