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氢化铀

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氢化铀
别名 氢化铀(III)[1]
三氢化铀[2][3]
识别
CAS号 13598-56-6  ☒N
ChemSpider 25935465
SMILES
 
  • [UH3]
性质
化学式 UH
3
摩尔质量 241.05273 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，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

氢化铀，亦称三氢化铀(UH3)，为铀的氢化物。

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（英语：Interstitial compound），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（英语：Spent fuel pool）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]

氢化铀与水接触会生成氢气。它与强氧化剂接触，可能会引起火灾和爆炸。它与卤代烃接触可能引起剧烈反应。[16]

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。

氢化铀可用于氢的同位素分离, 制备铀金属粉末，并用作还原剂 。

参考文献

  1. ^ Carl L. Yaws. Thermophysical properties of chemicals and hydrocarbons. William Andrew. 2008: 307– [11 October 2011]. ISBN 978-0-8155-1596-8. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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. （原始内容存档于2022-02-08）. 
  19. ^ Fred Rosebury. Handbook of electron tube and vacuum techniques. Springer. 1992: 121 [2010-02-07]. ISBN 1-56396-121-0. （原始内容存档于2022-02-08）. 
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