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ウラン化合物は、ウラン(U)元素によって形成される化合物です。ウランは放射性アクチニドですが、その長い半減期とその用途のため、その化合物はよく研究されています。通常は +4 および +6 の酸化状態で形成されますが、他の酸化状態で形成されることもあります。
酸化状態と酸化物
酸化物
最も一般的なウラン酸化物は、八酸化三ウラン（左）と二酸化ウラン（右）の 2 つです。
多くの大規模工場で生産される焼成ウランイエローケーキには、最も酸化されたものから最も酸化されていないものまで、さまざまな形態のウラン酸化種の分布が含まれています。焼成炉での滞留時間が短い粒子は、滞留時間が長い粒子やスタックスクラバーで回収された粒子よりも一般に酸化が少なくなります。ウラン含有量は通常、U
3お
8マンハッタン計画の時代に遡る。
3お
8分析化学報告基準として使用されました。[1]
ウラン-酸素系の相関係は複雑である。ウランの最も重要な酸化状態はウラン(IV)とウラン(VI)であり、それらに対応する2つの酸化物はそれぞれ二酸化ウラン( UO
2）と三酸化ウラン（UO
3[2]一酸化ウラン（ UO）、五酸化二ウラン（U
2お
5）、および過酸化ウラン（UO
4·2時間
2O ) も存在します。
最も一般的なウラン酸化物は、三酸化ウラン（U
3お
8) とUO
2[3]どちらの酸化物形態も固体で、水への溶解度が低く、幅広い環境条件で比較的安定しています。三酸化ウランは（条件によって異なりますが）ウランの最も安定した化合物であり、自然界で最も一般的に見られる形態です。二酸化ウランは、ウランが原子炉燃料として最も一般的に使用される形態です。[3]常温では、UO
2徐々にUに変換されます
3お
8ウラン酸化物は安定性が高いため、一般的に保管や廃棄に適した化学形態であると考えられています。[3]
水性化学
ウランの多くの酸化状態の塩は水溶性であり、水溶液で研究することができる。最も一般的なイオン形態はUである。3歳以上
(茶赤)、U4歳以上
(緑)、UO+
2（不安定）、UO2+
2 ...（黄色）は、それぞれU（III）、U（IV）、U（V）、U（VI）を表す。[4] UOやUSなどの固体および半金属化合物は、ウラン（II）の正式な酸化状態に存在するが、その状態の単純なイオンが溶液中に存在することは知られていない。Uのイオン3歳以上
水から水素を放出するため、非常に不安定であると考えられています。UO2+
2 ...イオンはウラン(VI)状態を表し、炭酸ウラニル、塩化ウラニル、硫酸ウラニルなどの化合物を形成することが知られています。UO2+
2 ...ウラニルは様々な有機キレート剤と錯体を形成しますが、その中で最も一般的に見られるのは酢酸ウラニルです。[4]
ウランのウラニル塩や多原子イオンの酸化ウラン陽イオン形態とは異なり、多原子ウラン陰イオンを含む塩であるウラン酸塩は、一般に水に溶けません。
炭酸塩
炭酸塩アニオンとウラン(VI)の相互作用により、媒体が水から炭酸塩を含む溶液に変わると、プールベ図は大きく変わります。炭酸塩の大部分は水に溶けませんが (アルカリ金属の炭酸塩以外は水に溶けないと生徒はよく教えられます)、炭酸ウランは水に溶けることがよくあります。これは、U(VI) カチオンが 2 つの末端酸化物と 3 つ以上の炭酸塩と結合してアニオン錯体を形成できるためです。
pHの影響
炭酸塩存在下でのウラン分率図はこれをさらに示しています。ウラン(VI)溶液のpHが上昇すると、ウランは水和酸化ウラン水酸化物に変換され、高pHでは陰イオン性水酸化物複合体になります。
炭酸塩を加えると、pH が上昇し、ウランは一連の炭酸塩錯体に変換されます。これらの反応の影響の 1 つは、pH 範囲 6 ～ 8 でのウランの溶解度の増加です。これは、使用済み二酸化ウラン核燃料の長期安定性に直接関係します。
水素化物、炭化物、窒化物
250～300℃（482～572℉）に加熱されたウラン金属は水素と反応してウラン水素化物を形成します。さらに高温にすると、水素は可逆的に除去されます。この特性により、ウラン水素化物は、さまざまなウラン炭化物、窒化物、ハロゲン化物化合物とともに、反応性ウラン粉末を作成するための便利な出発物質となります。[6]ウラン水素化物には、低温で得られるα型と、形成温度が250℃を超えると生成されるβ型の2つの結晶変態が存在します。[6]
炭化ウランと窒化ウランはどちらも比較的不活性な 半金属化合物で、酸にほとんど溶けず、水と反応し、空気中で発火してUを形成する可能性があります。
3お
8[6]ウランの炭化物には、一炭化ウラン（U C）、二炭化ウラン（UC
2）、および三炭化ウラン（U
2Ｃ
3）。UCとUCの両方
2溶融ウランに炭素を加えるか、金属を高温で一酸化炭素にさらすことによって生成されます。1800℃以下で安定し、U
2Ｃ
3UCとUCの加熱混合物を加熱することによって調製される。
2機械的ストレスに対して耐性がある。[7]金属を窒素に直接さらすことで得られるウラン窒化物には、一窒化ウラン（UN）、二窒化ウラン（UN
2)、三窒化二ウラン ( U
2いいえ
3）。[7]
ハロゲン化物
すべてのウランフッ化物は四フッ化ウラン（UF
4); UF
4ウラン自体は二酸化ウランのフッ化水素化によって製造される。[6] UFの還元
41000℃の水素と反応して三フッ化ウラン（UF
3適切な温度と圧力条件下では、固体UFの反応は
4六フッ化ウランガス（UF
6）はUの中間フッ化物を形成することができる
2ふ
9、U
4ふ
17、UF
5[6 ]
室温では、UF
6高い蒸気圧を持ち、ガス拡散プロセスで希少なウラン235を一般的なウラン238同位体から分離するのに有用である。この化合物は、二酸化ウランと水素化ウランから以下のプロセスで製造することができる：[6]
- ユーオー
2+ 4 HF → UF
4+ 2時間
2O (500 °C、吸熱反応) - フロリダ大学
4+ F
2→フロリダ大学
6（350℃、吸熱）
結果として得られるUF
6は白色の固体で、反応性が高く（フッ素化により）、容易に昇華し（ほぼ理想気体として挙動する蒸気を放出する）、存在するウラン化合物の中で最も揮発性が高いことが知られている。[6]
四塩化ウラン（UCl）を調製する方法の一つ
4）は、塩素をウラン金属またはウラン水素化物と直接結合させることである。UClの還元
4水素によって三塩化ウラン（UCl
3）一方、ウランの高塩化物は追加の塩素との反応によって生成される。[6]すべてのウラン塩化物は水および空気と反応する。
ウランの臭化物とヨウ化物は、それぞれ臭素とヨウ素とウランとの直接反応、またはUHを加えることによって生成されます。
3これらの元素の酸に反応する。[6]既知の例としては、UBr
3、UBr
4、UI
3、およびUI
4. UI
5これまで一度も製造されたことがない。ウランオキシハロゲン化物は水溶性であり、UO
2ふ
2、UOCl
2、UO
2塩素
2、およびUO
2Br
2オキシハロゲン化物の安定性は、成分ハロゲン化物の原子量が増加するにつれて低下する。 [6]
参照
引用
- ^ クロプロッゲ 2021、861–862頁。
- ^ シーボーグ 1968年、779ページ。
- ^ abc アルゴンヌ国立研究所
- ^ シーボーグ 1968、778ページより。
- ^ abcd Puigdomenech、Ignasi Hydra/Medusa 化学平衡データベースおよびプロットソフトウェア(2004) KTH Royal Institute of Technology、無料でダウンロードできるソフトウェア (化学科)
- ^ abcdefghij シーボーグ 1968、p. 782.
- ^ シーボーグ 1968年、780ページより。
出典
- 「化学平衡ソフトウェア」。スウェーデン王立工科大学化学部。2007 年 9 月 29 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年9 月 29 日閲覧。
- 「ウランの化学形態」アルゴンヌ国立研究所。2006年9月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年2月18日閲覧。
- Kloprogge, J. Theo (2021)。周期表：自然の構成要素：天然元素、その起源と用途の紹介。Concepcion P. Ponce、Tom A. Loomis。アムステルダム：Elsevier。pp. 861–862。ISBN 978-0-12-821538-8. OCLC 1223058470.
- シーボーグ、グレン T. (1968)。「ウラン」。化学元素百科事典。イリノイ州スコーキー：ラインホールド ブック コーポレーション。pp. 773–786。LCCN 68029938。