氢化铀
氢化铀 | |
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别名 | Uranium(III) hydride[1] Uranium trihydride[2][3] |
识别 | |
CAS号 | 13598-56-6 |
ChemSpider | 25935465 |
SMILES |
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性质 | |
化学式 | UH 3 |
摩尔质量 | 241.05273 g·mol⁻¹ |
精确质量 | 241.074257679 g mol−1 |
密度 | 10.95 g cm−3 |
溶解性(水) | 反应 |
结构 | |
晶体结构 | 立方晶系,cP32 |
空间群 | Pm3n, No. 223 |
晶格常数 | a = 664.3 pm[4] |
危险性 | |
MSDS | ibilabs.com |
闪点 | 自燃 |
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。 |
性质
氢化铀是一种剧毒的棕褐色至棕黑色,可自燃粉末或脆性固体。 它在 20 °C 下的密度是 10.95 g cm−3,大大低于铀的密度 (19.1 g cm−3)。 它具有金属导电性,在盐酸中微溶,在硝酸中分解。
一共存在氢化铀的两种晶体,均为立方晶体:在低温下获得的α形式和在温度高于250℃时产生的β形式。[5] 两种形式在室温及低于室温的温度下都是亚稳态的,但加热至100°C时,α形式会缓慢转变为β形式。[3] α-和β-UH3在低于~180 K的温度下均为铁磁性。 高于180 K时,它们是顺磁性的。[6]
以铀金属为原料制备
和氢气的反应
铀金属暴露于氢气中会导致氢脆。氢在金属中扩散并在晶粒边界形成脆性氢化物的网络。通过真空中的退火可以除去其中的氢并恢复延展性。[7]
金属铀加热到 250 至300 °C (482 至572 °F) 会和氢气反应,形成氢化铀。 加热到 500 °C 则会释放氢气。 此特性使氢化铀成为各种铀的碳化物、氮化物和卤化物的理想原料,可用于制备反应性铀粉末。[5] 这个可逆反应如下:[2]
- 2 U + 3 H2 ⇌ 2 UH3
氢化铀不是间隙化合物,导致金属在形成氢化物时膨胀。 在其晶格中,每个铀原子被另外6个铀原子和12个氢原子包围;每个氢原子在晶格中占据一个大的四面体孔。[8] 氢化铀中的氢密度与液态水或液态氢中的氢密度大致相同。[9] 通过氢原子的U-H-U桥键存在于结构中。[10]
和水的反应
当铀金属暴露在水中时,会形成氢化铀。反应进行如下:
- 7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 UH3
这时产生的的氢化铀是可自燃的;如果此后将金属(例如,损坏的燃料棒)暴露在空气中,则可能会产生过多的热量,并且铀金属本身也会燃烧。[11] 通过暴露于98%氦与2%氧的气体混合物中,可以将被氢化物污染的铀钝化。[12] 铀金属上的冷凝水促进了氢和氢化铀的形成;在没有氧的情况下可以形成可自燃表面。[13] 这给乏核燃料池中的乏核燃料的水下储存带来了问题。根据氢化物颗粒的大小和分布,在不确定的暴露时间后会发生自燃。[14] 这样的暴露带来放射性废物储存库中燃料碎片自燃的风险。[15]
暴露于蒸汽中的铀金属产生氢化铀和二氧化铀的混合物。[8]
应用
氢,氘和氚可通过与铀反应,然后热分解生成的氢化物/氘化物/氚化物来纯化。 [17] 数十年来,人们已经从氢化铀中制备了极其纯净的氢气。 [18] 加热氢化铀是将氢引入真空系统的便捷方法。 [19]
如果粉末状的氢化铀发生热分解,则氢化铀合成时的溶胀和粉碎可用于制备非常细的铀金属。
参考文献
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