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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名
三酸化ウラン
酸化ウラン(VI) | |
| その他の名前
酸化ウラニル 酸化ウラニル | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.014.274 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| ユーオー3 | |
| モル質量 | 286.29グラム/モル |
| 外観 | 黄橙色の粉末 |
| 密度 | 5.5～8.7g/ cm3 |
| 融点 | 約200～650℃（分解） |
| 不溶性の | |
| 構造 | |
| テキストを参照 | |
| I 4 1 /amd ( γ -UO 3 ) | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
99 J·モル−1 ·K −1 [1] |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−1230 kJ·モル−1 [1] |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
  
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| 危険 | |
| H300、H330、H373、H411 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 安全データシート（SDS） | 外部MSDS |
| 関連化合物 | |
| 二酸化ウラン 八酸化三ウラン | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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三酸化ウラン（UO 3）は、ウラニル酸化物、ウラン（VI）酸化物、ウラン酸化物とも呼ばれ、ウランの6価酸化物です。固体は硝酸ウラニルを400 °Cに加熱することで得られます。最も一般的に見られる多形は非晶質UO 3です。
生産と使用
三酸化ウランを生成する方法は 3 つあります。以下に示すように、2 つの方法は核燃料の再処理とウラン濃縮に工業的に使用されています。
- U 3 O 8 は酸素によって 500 °C で酸化される。[2] 750 °C 以上では 5 atm O 2 UO 3であってもU 3 O 8に分解することに注意してください。[3]
- 硝酸ウラニルUO 2 (NO 3 ) 2 ·6H 2 O は加熱すると UO 3になります。これは核燃料の再処理中に発生します。燃料棒はHNO 3に溶解され、プルトニウムと核分裂生成物から硝酸ウラニルが分離されます( PUREX法)。純粋な硝酸ウラニルは 400 °C で加熱すると固体 UO 3に変換されます。水素 (他の不活性ガスも存在) で還元されて二酸化ウランになった後、ウランは新しいMOX 燃料棒に使用できます。
- 二ウラン酸アンモニウムまたは二ウラン酸ナトリウム（Na 2 U 2 O 7 ·6H 2 O）は分解される可能性があります。イエローケーキとしても知られる二ウラン酸ナトリウムは、ウラン濃縮において三酸化ウランに変換されます。二酸化ウランと四フッ化ウランは、最終的に六フッ化ウランになるプロセスの中間体です。[4]
三酸化ウランはゲルの形で処理施設間を輸送され、ほとんどの場合は鉱山から変換工場に輸送されます。
オンタリオ州ブラインドリバーにある世界最大のウラン精錬所を運営するカメコ・コーポレーションは、高純度の三酸化ウランを生産している。
シリカを多く含む水溶液中でのウランの腐食により、二酸化ウラン、三酸化ウラン、[5]およびコフィニット[6]が形成されることが報告されている。純水中では、最初の 1 週間でシェーパイト(UO 2 ) 8 O 2 (OH) 12 ·12(H 2 O) [7]が形成され、4 か月後にスタッタイト(UO 2 )O 2 ·4(H 2 O) が生成された。この酸化ウランの変化により、より安定した過酸化ウラニルであるメタスタッタイト[8] [9]も形成され、水にさらされた使用済み核燃料の表面によく見られる。ウラン金属の腐食に関する報告書は、英国王立協会によって発表されている。[10] [11]
健康と安全上の危険
すべての六価ウラン化合物と同様に、UO 3 は吸入、摂取、皮膚接触によって危険です。これは毒性があり、わずかに放射性の物質で、吸入すると息切れ、咳、急性動脈損傷、白血球と生殖腺の染色体の変化を引き起こし、先天性奇形を引き起こす可能性があります。[12] [13]しかし、一度摂取すると、ウランは主に腎臓に有毒であり、腎臓の機能に深刻な影響を与える可能性があります。
構造
固体構造
アクチニドの二元三酸化物の中で、よく特徴付けられているのはUO 3のみで、いくつかの多形が知られています。固体の UO 3 は加熱するとO 2 を失い、緑色のU 3 O 8になります。空気中での分解温度は 200 ～ 650 °C と報告されています。H 2下で 700 °C で加熱すると、 MOX核燃料棒に使用される暗褐色の二酸化ウラン(UO 2 ) になります。
アルファ
ベータ
ガンマ
デルタ
イプシロン
高圧フォーム
その中にU 2 O 2とU 3 O 3の環を含む高圧固体形態が存在する。 [21] [22]
水分補給
-
UO 3の含水および無水形態 -
UO 3の無水形態
三酸化ウランの水和物はいくつか知られており、例えばUO 3 ·6H 2 Oは、実際には特に酸性ではないものの、さまざまな金属の酸素酸と化学式が似ていることから、古い文献では一般に「ウラン酸」として知られています。[3]
分子形態
三酸化ウランは常温下では高分子固体として存在しますが、気相、マトリックス分離研究、計算において分子形態に関する研究がいくつか行われてきました。
気相
高温では、気体の UO 3 は固体のU 3 O 8および分子状酸素と平衡状態にあります。
- 2 U 3 O 8 (s) + O 2 (g) ⇌ 6 UO 3 (g)
温度が上昇すると、平衡は右にシフトします。このシステムは、900 °C から 2500 °C の温度で研究されています。常圧で空気および固体 U 3 O 8と平衡状態にあるモノマー UO 3の蒸気圧は、980 °C で約 10 −5 mbar (1 mPa) ですが、1400 °C で 0.1 mbar (10 Pa)、2100 °C で 0.34 mbar (34 Pa)、2300 °C で 1.9 mbar (193 Pa)、2500 °C で 8.1 mbar (809 Pa) に上昇します。[23] [24]
マトリックス分離
アルゴンマトリックス中に単離された分子UO 3の赤外分光法は、分子がT字型構造（点群 C 2v ）であることを示している。これは、ほとんどの三酸化物が示す一般的なD 3h 分子対称性とは対照的である。著者らは、力の定数から、UO結合長が1.76〜1.79Å（176〜179pm ）であると推定している。 [25]
計算研究
計算によれば、分子 UO 3の点群はC 2vであり、軸方向の結合長は 1.75 Å、赤道方向の結合長は 1.83 Å、軸酸素間の角度は 161° であると予測される。より対称的なD 3h種は鞍点であり、C 2v最小値より 49 kJ/mol 高い。著者らは、説明として二次ヤーン・テラー効果を挙げている。 [26]
三酸化ウランの立方体
組成 UO 2·82の三酸化ウラン相の結晶構造は、ギニエ型集束カメラを使用した X 線粉末回折法によって決定されました。単位格子は立方晶系で、a = 4·138 ± 0·005 kX です。ウラン原子は (000) に位置し、酸素は (MathML ソースを表示)、(MathML ソースを表示)、(MathML ソースを表示) に位置し、いくつかの陰イオン空孔があります。この化合物は ReO 3と同構造です。UO 結合距離 2·073 Å は、結合強度 S = 1 に対して Zachariasen が予測した距離と一致します。[27]
反応性
三酸化ウランは400℃でフロン12と反応し、塩素、ホスゲン、二酸化炭素、四フッ化ウランを形成する。フロン12は二酸化炭素の代わりに四塩化炭素を形成するフロン11に置き換えることができる。これは、通常不活性であると考えられている硬い過ハロゲン化フロンが中程度の温度で化学的に変換される例である。[28]
- 2 CF 2 Cl 2 + UO 3 → UF 4 + CO 2 + COCl 2 + Cl 2
- 4 CFCl 3 + UO 3 → UF 4 + 3 COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
三酸化ウランは、超臨界二酸化炭素中のトリブチルリン酸とテノイルトリフルオロアセトンの混合物に溶解することができ、溶解時には超音波が使用された。[29]
電気化学的改質
ウラン酸化物の微粒子で修飾したグラファイト電極を用いたサイクリックボルタンメトリーによる三酸化ウランの格子へのマグネシウム陽イオンの可逆的挿入が研究された。この実験は U 3 O 8に対しても行われた。これは固体修飾電極の電気化学の例であり、三酸化ウランに使用した実験はカーボンペースト電極実験に関連している。三酸化ウランを金属ナトリウムで還元してウラン酸化物ナトリウムを形成することも可能である。 [30]
電気化学的手段によってリチウム[31] [32] [33]を三酸化ウラン格子に挿入することが可能であることが分かっており、これは一部の充電式リチウム イオン電池の仕組みに似ています。これらの充電式セルでは、電極の1つは還元可能なコバルトなどの金属を含む金属酸化物であり、電極材料に追加された各電子の電気的中性を維持するために、リチウムイオンがこの酸化物電極の格子に入ります。
両性および関連するウラン(VI)陰イオンおよび陽イオンを形成する反応性
酸化ウランは両性であり、条件に応じて 酸としても塩基としても反応します。
酸として
- UO 3 + H 2 O → UO2−4
...+ 2時間+
酸化ウランを水酸化ナトリウムのような強塩基に溶解すると、負に帯電したウラン酸アニオン（UO 2−4
...ウラン酸塩は連鎖して二ウラン酸塩、Uを形成する傾向がある。
2お2−7
2−7、またはその他のポリウラン酸塩。重要な二ウラン酸塩には、二ウラン酸アンモニウム（(NH 4 ) 2 U 2 O 7）、二ウラン酸ナトリウム（Na 2 U 2 O 7）、および
一部のイエローケーキの一部を形成する二ウラン酸マグネシウム（MgU 2 O 7 ）が含まれます。M 2 UO 4 の形のウラン酸塩にはUOが含まれていないことは注目に値します。2−4
...イオンではなく、ウラニル基と架橋酸素を含む扁平なUO 6八面体である。 [34]
拠点として
- UO 3 + H 2 O → UO2+
2 ...+ 2 OH −
硫酸や硝酸などの強酸に酸化ウランを溶かすと、二重正電荷を持つウラニル陽 イオンが形成される。形成された硝酸ウラニル（UO 2 (NO 3 ) 2 ·6H 2 O）は、エーテル、アルコール、ケトン、エステル（例えば、トリブチルリン酸）に溶ける。この溶解性は、核燃料棒を硝酸に溶かしてこの塩を形成することから始まります。次に、硝酸ウラニルは加熱によって三酸化ウランに変換されます。
硝酸からは、2つの二座ニトラト配位子と2つの水配位子、およびよく知られているO=U=O核を持つ8配位ウランからなる硝酸ウラニル、trans -UO 2 ( NO 3 ) 2 · 2H 2 Oが得られます。
セラミック中のウラン酸化物
UO 3ベースのセラミックは、還元雰囲気で焼成すると緑色または黒色になり、酸素で焼成すると黄色からオレンジ色になります。オレンジ色のフィエスタウェアは、ウランベースの釉薬を使用した製品のよく知られた例です。UO 3は、エナメル、ウランガラス、磁器の配合にも使用されています。
1960 年以前は、結晶質の着色釉薬の結晶化剤として UO 3 が使用されていました。ガイガーカウンターを使用すれば、釉薬やガラスが UO 3から作られたかどうかを調べることができます。
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