氫化鈾

維基百科，自由的百科全書
氫化鈾
別名 氫化鈾(III)[1]
三氫化鈾[2][3]
識別
CAS號 13598-56-6  ☒N
ChemSpider 25935465
SMILES
 
  • [UH3]
性質
化學式 UH
3
摩爾質量 241.05273 g·mol⁻¹
密度 10.95 g cm−3
溶解性（水） 反應
結構
晶體結構 立方晶系，cP32
空間群 Pm3n, No. 223
晶格常數 a = 664.3 pm[4]
危險性
MSDS ibilabs.com
閃點 自燃
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氫化鈾，亦稱三氫化鈾(UH3)，為鈾的氫化物。

性質[編輯]

氫化鈾是一種劇毒的棕褐色至棕黑色，可自燃粉末或脆性固體。 它在 20°C 下的密度是 10.95 g cm−3，大大低於鈾的密度 (19.1 g cm−3)。 它具有金屬導電性，在鹽酸中微溶，在硝酸中分解。

一共存在氫化鈾的兩種晶體，均為立方晶體：在低溫下獲得的α形式和在溫度高於250℃時產生的β形式。[5] 兩種形式在室溫及低於室溫的溫度下都是亞穩態的，但加熱至100°C時，α形式會緩慢轉變為β形式。[3] α-和β-UH3在低於~180 K的溫度下均為鐵磁性。 高於180 K時，它們是順磁性的。[6]

以鈾金屬為原料製備[編輯]

和氫氣的反應[編輯]

鈾金屬暴露於氫氣中會導致氫脆。氫在金屬中擴散並在晶粒邊界形成脆性氫化物的網絡。通過真空中的退火可以除去其中的氫並恢復延展性。[7]

金屬鈾加熱到 250 至300 °C (482 至572 °F) 會和氫氣反應，形成氫化鈾。 加熱到 500°C 則會釋放氫氣。 此特性使氫化鈾成為各種鈾的碳化物、氮化物和鹵化物的理想原料，可用於製備反應性鈾粉末。[5] 這個可逆反應如下：[2]

2 U + 3 H2 ⇌ 2 UH3

氫化鈾不是間隙化合物（英語：Interstitial compound），導致金屬在形成氫化物時膨脹。 在其晶格中，每個鈾原子被另外6個鈾原子和12個氫原子包圍；每個氫原子在晶格中占據一個大的四面體孔。[8] 氫化鈾中的氫密度與液態水或液態氫中的氫密度大致相同。[9] 通過氫原子的U-H-U橋鍵存在於結構中。[10]

和水的反應[編輯]

當鈾金屬暴露在水中時，會形成氫化鈾。反應進行如下：

7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 UH3

這時產生的氫化鈾是可自燃的；如果此後將金屬（例如 : 損壞的燃料棒）暴露在空氣中，則可能會產生過多的熱量，並且鈾金屬本身也會燃燒。[11] 通過暴露於98％氦與2％氧的氣體混合物中，可以將被氫化物污染的鈾鈍化。[12] 鈾金屬上的冷凝水促進了氫和氫化鈾的形成；在沒有氧的情況下可以形成可自燃表面。[13] 這給乏核燃料池（英語：Spent fuel pool）中的乏核燃料的水下儲存帶來了問題。根據氫化物顆粒的大小和分布，在不確定的暴露時間後會發生自燃。[14] 這樣的暴露帶來放射性廢物儲存庫中燃料碎片自燃的風險。[15]

暴露於蒸汽中的鈾金屬產生氫化鈾和二氧化鈾的混合物。[8]

氫化鈾與水接觸會生成氫氣。它與強氧化劑接觸，可能會引起火災和爆炸。它與鹵代烴接觸可能引起劇烈反應。[16]

應用[編輯]

氫 ,氘和氚可通過與鈾反應 , 然後熱分解生成的氫化物/氘化物/氚化物來純化。 [17] 數十年來，人們已經從氫化鈾中製備了極其純淨的氫氣。 [18] 加熱氫化鈾是將氫引入真空系統的便捷方法。 [19]

如果粉末狀的氫化鈾發生熱分解，則氫化鈾合成時的溶脹和粉碎可用於製備非常細的鈾金屬。

氫化鈾可用於氫的同位素分離, 製備鈾金屬粉末，並用作還原劑 。

參考文獻[編輯]

  1. ^ Carl L. Yaws. Thermophysical properties of chemicals and hydrocarbons. William Andrew. 2008: 307– [11 October 2011]. ISBN 978-0-8155-1596-8. （原始內容存檔於2014-01-01）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Egon Wiberg; Nils Wiberg; Arnold Frederick Holleman. Inorganic chemistry. Academic Press. 2001: 239– [11 October 2011]. ISBN 978-0-12-352651-9. （原始內容存檔於2014-01-01）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Gerd Meyer; Lester R. Morss. Synthesis of lanthanide and actinide compounds. Springer. 1991: 44– [11 October 2011]. ISBN 978-0-7923-1018-1. （原始內容存檔於2014-01-01）. 
  4. ^ Bartscher W., Boeuf A., Caciuffo R., Fournier J.M., Kuhs W.F., Rebizant J., Rustichelli F. Neutron diffraction study of b-UD3 AND b-UH3. Solid State Commun. 1985, 53: 423–426. doi:10.1016/0038-1098(85)91000-2. 
  5. ^ 5.0 5.1 Seaborg, Glenn T. Uranium. The Encyclopedia of the Chemical Elements. Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. 1968: 782. LCCCN 68-29938. 
  6. ^ K. H. J. Buschow. Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials. Elsevier. 2005: 901– [11 October 2011]. ISBN 978-0-08-044586-1. （原始內容存檔於2022-02-08）. 
  7. ^ I. N. Toumanov. Plasma and high frequency processes for obtaining and processing materials in the nuclear fuel cycle. Nova Publishers. 2003: 232 [2010-02-07]. ISBN 1-59033-009-9. 
  8. ^ 8.0 8.1 Amit Arora. Text Book Of Inorganic Chemistry. Discovery Publishing House. 2005: 789 [2010-02-07]. ISBN 81-8356-013-X. 
  9. ^ Peter Gevorkian. Alternative Energy Systems in Building Design (GreenSource Books). McGraw Hill Professional. 2009: 393 [2010-02-07]. ISBN 978-0-07-162147-2. 
  10. ^ G. Singh. Environmental Pollution. Discovery Publishing House. 2007 [2010-02-07]. ISBN 978-81-8356-241-6. 
  11. ^ Rust never sleeps. Bulletin of the Atomic Scientists. 1994, 50 (5): 49 [2010-02-07]. 
  12. ^ EMSP. Teton.if.uidaho.edu. [2010-02-07]. （原始內容存檔於2009-09-30）. 
  13. ^ OECD Nuclear Energy Agency. Advanced nuclear fuel cycles and radioactive waste management. OECD Publishing. 2006: 176 [2010-02-07]. ISBN 92-64-02485-9. 
  14. ^ Abir Al-Tabbaa; J. A. Stegemann. Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation: Proceedings of the International Conference on Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation, 12–13 April 2005, Cambridge, UK. Taylor & Francis. 2005: 197 [2010-02-07]. ISBN 0-415-37460-X. 
  15. ^ International Conference on Nuclear Decom 2001: ensuring safe, secure and successful decommissioning : 16–18 October 2001 Commonwealth Conference and Events Centre, London UK, Issue 8. John Wiley and Sons. 2001: 278 [2010-02-07]. ISBN 1-86058-329-6. 
  16. ^ Uranium & Insoluble Compounds. Osha.gov. [2010-02-07]. （原始內容存檔於2010-03-22）. 
  17. ^ E. E. Shpil'rain. Thermophysical properties of lithium hydride, deuteride, and tritide and of their solutions with lithium. Springer. 1987: 104 [2010-02-07]. ISBN 0-88318-532-6. （原始內容存檔於2022-02-08）. 
  18. ^ Yuda Yürüm. Hydrogen energy system: production and utilization of hydrogen and future aspects. Springer. 1995: 264 [2010-02-07]. ISBN 0-7923-3601-1. （原始內容存檔於2022-02-08）. 
  19. ^ Fred Rosebury. Handbook of electron tube and vacuum techniques. Springer. 1992: 121 [2010-02-07]. ISBN 1-56396-121-0. （原始內容存檔於2022-02-08）. 
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=氢化铀&oldid=80751537」