질화 우라늄

Uranium nitrides
질화[1] 우라늄
La2O3structure.jpg
이름
IUPAC 이름
질화 우라늄
식별자
켐스파이더
  • InChI=1S/N.u
    키: MVXWAZXVYXTEN-UHFFFAOYSA-N
특성.
U2N3
몰 질량 518.078g/140
외모 결정성 고체
밀도 11300 kg·m−3, 솔리드
녹는점 900 ~ 1,100 °C (1,650 ~ 2,010 °F, 1,170 ~ 1,370 K) (UN으로 분해)
비등점 분해하다
0.08g/100ml(20°C)
구조.
육각형, hP5
P-3m1, 164호
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

질화우라늄은 몇 가지 세라믹 물질로 이루어진 군이다: 우라늄 모노니트라이드(UN), 우라늄 세스퀴니트라이드(UN23), 우라늄 디니트라이드(UN2). 질화물이라는 단어는 우라늄에 결합된 질소의 -3 산화 상태를 가리킨다.

질화 우라늄은 원자로의 잠재적 연료로 여겨져 왔다.그것은 더 안전하고, 강하고, 더 밀도가 높고, 열전도성이 더 높고, 온도 내성이 더 높다고 알려져 있다.연료의 구현에 대한 과제에는 농축6 UF의 복잡한 전환 경로, 제조 중 산화를 방지해야 하는 필요성 및 최종 폐기 경로를 정의하고 허가해야 하는 필요성이 포함된다.고가의 고등방성 N을 사용해야 하는 필요성은 극복해야 할 중요한 요소입니다.이것은 [2]원자로의 중성자 경제에 영향을 미치는 훨씬 일반적인 N의 (상대적으로) 높은 중성자 포획 단면 때문에 필요하다.

합성

탄화수소 저감

UN을 생성하는 일반적인 기술은 아래 2단계 방법으로 산화우라늄(UO2)의 탄화수소를 환원하는 것입니다.[3][4]

3UO2 + 6C → 2UC + UO2 + 4CO (아르곤의 경우 10~20시간 동안 1450°C 이상)
4UC + 2UO2 + 3N2 → 6UN + 4CO

솔겔

질소 분위기 하에서의 순수 우라늄의 솔겔법 및 아크 용융법도 사용할 [5]수 있다.

암모놀리시스

UN을 생성하는2 또 다른 일반적인 기술은 사불화우라늄의 암모니아 분해이다.4불화우라늄은 고압과 고온에서 암모니아 가스에 노출돼 불소를 질소로 대체하고 [6]불화수소를 생성한다.불화수소는 이 온도에서 무색 가스이며 암모니아 가스와 혼합됩니다.

하이드라이딩 니트라이딩

UN 합성의 또 다른 방법은 금속 우라늄에서 직접 제조하는 것이다.금속 우라늄을 280 °C 이상의 온도에서 수소 가스에 노출시킴으로써 UH를 [7]형성할3 수 있다.또한 UH는 금속상보다 비량이 높기 때문에3 수소화를 이용하여 고체 우라늄을 물리적으로 분해할 수 있다.수화3 후 UH는 약 500°C의 온도에서 질소 대기에 노출되어 UN을 형성할23 수 있습니다.1150°C 이상의 온도로 추가 가열함으로써 세스퀴니트라이드를 UN으로 분해할 수 있다.

2U + 3H2 → 2UH3
2UH3 + 1.5N2 → UN23
UN23 → UN + 0.5N2

때문에 지배적인 동위 원소, 14N고 특정에 방사능 14C의 세심하게서 가질 수 될 것이다 상당한 양을 생산하는(n,p)반응을 겪게 중성자 경제에 영향을 끼치는 중요한 중성자 흡수 단면적이 있는 동위 원소 15N(이로 인해 자연 질소의 약 0.37%를 구성한다고)의 사용보다 더 바람직하다.오염된재처리 또는 영구 [8]보관 시 격리됩니다.

분해

각 우라늄 디니트라이드 복합체는 우라늄 디니트라이드(UN2)를 우라늄 세스퀴니트라이드(UN23)로 분해한 후 우라늄 모노니트라이드(UN)로 분해하기 때문에 세 가지 화합물이 동시에 존재하는 것으로 간주된다. 우라늄 디니트라이드는 다음과 같은 일련의 [9]반응에 의해 우라늄 모노니트라이드로 분해된다.

4UN2 → 2UN23+N2
2UN23 → 4UN + N2

UN의2 분해는 우라늄 세스퀴니트라이드(UN23)를 분리하는 가장 일반적인 방법이다.

사용하다

일산화 우라늄은 하이페리온 [10]발전에서 만든 하이페리온 발전 모듈 원자로와 같은 4세대 원자로의 잠재적 연료로 검토되고 있다.또한 일부 고속 중성자 원자로에서 핵연료로 제안되었다.UN은 가장 일반적인 핵연료인 산화우라늄(UO2)보다 핵분열 밀도, 열전도성, 녹는 온도 등이 높은 반면 핵분열 생성 가스의 방출과 팽창이 적고 [11]피복재와의 화학반응성이 낮아 우수하다는 평가를 받고 있다.또한 표준 금속 우라늄 [9][12]연료에 비해 기계적, 열적, 방사선 안정성이 우수합니다.열전도율은 일반적인 작동 온도에서 가장 일반적으로 사용되는 핵연료인 이산화우라늄의 4~8배 수준이다.열전도율이 높아지면 [8]연료의 내측 섹션과 외측 섹션 사이의 열 구배가 작아져 작동 온도가 높아지고 연료의 거시적 재구성이 감소하여 연료 [4]수명이 제한됩니다.

분자 및 결정 구조

우라늄디니트라이드(UN2) 화합물은 공간군이 [13]Fm3m인 플루오르화칼슘(CaF2) 형태의 면심 입방정결정 구조를 가지고 있다.질소는 우라늄의 각 면에 삼중 결합을 형성하여 선형 [14][15]구조를 형성한다.

α-(UN23)는 공간군이 [13]Ia3인 (MnO23)형 체심입방정결정구조를 가진다.

UN은 NaCl형의 [14][16]면심 입방정 결정 구조를 가지고 있다.결합의 금속 성분은 우라늄의 5f 궤도를 사용하지만 상대적으로 약한 상호작용을 형성하지만 결정 구조에 중요하다.결합의 공유가 부분은 우라늄의 6d 오비탈과 7s 오비탈과 [14][17]질소의 2p 오비탈 사이의 중첩에서 형성된다.N은 선형 [15]구조를 만드는 우라늄과 삼중 결합을 형성한다.

  • 질화 우라늄

  • 세스퀴니트화 우라늄

  • 일산화 우라늄

우라늄 니트리도 유도체

최근에는 말단 질화 우라늄(–U bondsN) 결합을 가진 복합체의 합성에 많은 발전이 있었다.모든 우라늄 화학에 공통적인 방사능 우려 외에도, 우라늄 니트리도 복합체의 생산은 가혹한 반응 조건과 용해성 문제로 인해 느려졌다.그럼에도 불구하고, 이러한 복합체의 합성은 지난 몇 년 동안 보고된 바 있다. 예를 들어 다음과 같은 [18][19]세 가지가 있다.다른 UnN 화합물들도 다이/다핵종에서 질화물 배위자를 가교하는 등 다양한 구조적 특징과 다양한 [20][21]산화 상태로 합성되거나 관찰되었다.

[N(n-Bu)][(4CF65)]3B-NuU(Nt-BuAr)]3[22]
UF3[23] 없음
[Na(12-crown-4)][2NuU-N(CHCHNTips22)]3[24]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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