삼산화 우라늄

Uranium trioxide
삼산화 우라늄
UO3 gamma lattice.png
이름
IUPAC 이름
삼산화 우라늄
산화 우라늄
기타 이름
우라닐산화물
천왕성 산화물
식별자
3D 모델(JSmol)
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.014.274 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 215-701-9
펍켐 CID
유니
특성.
UO3
어금질량 286.29 g/190
외관 황갈색 가루
밀도 5.5–8.7 g/cm3
녹는점 ~200–650 °C(손상)
부분적으로 용해성
구조
본문을 보다
I41/amd (1998-UO3)
열화학
99 J·몰−1·K−1[1]
-1230 kJ·몰−1[1]
위험
안전자료표 외부 MSDS
GHS 픽토그램 GHS06: ToxicGHS08: Health hazardGHS09: Environmental hazard
GHS 시그널 워드 위험
H300, H330, H373, H411
NFPA 704(화재 다이아몬드)
플래시 포인트 불연성
관련 화합물
이산화 우라늄
옥산화 트리우라늄
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

삼산화우라늄(UO3)은 천왕성 산화물, 우라늄(VI) 산화물, 천왕성 산화물이라고도 하며 우라늄의 육각 산화물이다. 고체는 질산 천왕성을 400 °C까지 가열하여 얻을 수 있다. 가장 흔히 접하는 폴리모프인 γ-UO는3 황색 오렌지 가루다.

생산 및 사용

삼산화 우라늄을 생성하는 방법에는 세 가지가 있다. 아래에 언급된 바와 같이, 2개는 핵연료의 재처리 및 우라늄 농축에 산업적으로 사용된다.

Methods of forming uranium trioxide

  1. UO는38 산소와 함께 500 °C에서 산화될 수 있다.[2] 5 atm O2 UO에서도3 750 °C 이상이면 UO로38 분해된다는 점에 유의하십시오.[3]
  2. 질산 우라닐, UO2(2NO3)/6HO는2 UO를3 산출하기 위해 가열될 수 있다. 이는 핵연료 재처리 과정에서 발생한다. 연료봉은 플루토늄과 핵분열 생성물(PULEX 방법)으로부터 질산 천왕성을 분리하기 위해 HNO에3 용해된다. 순수 질산은 400 °C에서 가열하여 고체3 UO로 변환된다. 이산화 우라늄에 수소(다른 불활성 기체가 존재하는 경우)를 사용한 후, 우라늄은 새로운 MOX 연료봉에 사용될 수 있다.
  3. 이황산 암모늄 또는 이황산나트륨(NaUO227/6)HO2)는 분해될 수 있다. 옐로케이크라고도 알려진 이우라늄 나트륨은 우라늄 농축에서 삼산화 우라늄으로 전환된다. 이산화 우라늄과 테트라플루오르화 우라늄은 육불화 우라늄으로 끝나는 과정에서 중간 물질이다.[4]

삼산화 우라늄은 젤 형태로 가공시설 사이에 선적되는데, 가장 흔히 광산에서 전환 공장으로 운송된다. 변환에 사용될 때, 모든 우라늄 산화물은 종종 재처리된 우라늄(RepU)이라고 불린다.[5]

온타리오 주 블라인드 리버에 있는 세계 최대 규모의 우라늄 정제소에서 운영하는 카메오코사는 삼산화질소의 고순도 우라늄을 생산하고 있다.

실리카가 풍부한 수용액의 우라늄 부식은 이산화우라늄, 삼산화우라늄,[6] 커피나이트 등을 형성하는 것으로 알려졌다.[7] 순수한 물에서는 첫째 주에 쇼파이트(UO2)8O2(OH)·1212(HO2)가 형성되고[8], 그 후 4개월 후에 스터드타이트(UO2)O2·4(HO2)가 생성된다. 산화 우라늄의 이러한 변화는 또한 물에 노출된 사용후 핵연료의 표면에서 종종 발견되는 보다 안정적인 과산화 천왕성인 [9]메타스투타이트의 형성으로 이어진다. 우라늄 금속의 부식에 대한 보고서는 왕립 협회에 의해 발표되었다.[11][12]

건강 및 안전 위험

모든 육각 우라늄 화합물과 마찬가지로 UO는3 흡입, 섭취, 피부 접촉에 의해 위험하다. 독성이 있고 약간 방사능이 있는 물질로, 흡입하면 호흡곤란, 기침, 급성 동맥병변, 백혈구와 생식샘의 염색체 변화 등이 일어나 선천성 기형을 일으킬 수 있다.[13][14] 그러나 일단 섭취되면 우라늄은 주로 신장에 독성이 있으며 신장의 기능에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

구조

솔리드 스테이트 구조

모든 액티닌화에서 유일하게 잘 특징지어지는 삼산화 이항은 UO이며3, 그 중 몇 개의 다형질이 알려져 있다. 녹색 UO를38 제공하는 가열 시 고체 UO가3 O를2 손실함: 공기의 분해 온도에 대한 보고는 200–650 °C에서 다양함. H하2 700 °C에서 가열하면 MOX 핵연료봉에 사용되는 짙은 갈색의 이산화우라늄(UO2)이 나온다.

알파

UO3alphalattice.jpg
 α(알파) 형태: 2D 층이 산소 원자(빨간색으로 표시)에 의해 연결되는 층이 있는 고체 200–225 °C로 가열하면 과산화수소가 질산 천왕성의 수용액에 첨가되어 형성된 수산화 천왕성은 삼산화 아모르퍼스 우라늄을 형성하고, 이 아모르퍼스 우라늄은 400–450 °C로 가열하면 삼산화 알파우라늄을 형성한다.[3] 질산염의 존재는 무정형에서 알파형으로 발열 변화가 일어나는 온도를 낮출 것이라고 명시되어 있다.[15]

베타.

UO3betalattice.jpg
 β(베타) UO3. 이 고체는 그것을 묘사하려는 대부분의 시도를 물리치는 구조를 가지고 있다. 이 형태는 P.C.에서 이황산 암모늄을 가열하여 형성할 수 있다. 데빗과 B.O. Loopstra, UO-HO-NH323 시스템에서 4개의 견고한 단계를 발견했는데, 모두 UO2(OH)2로 간주될 수 있다.물의 일부가 암모니아로 대체된 HO2.[16][17] 정확한 스토이치측정법이나 구조가 무엇이든 공기 중 500℃에서 석회화가 삼산화 우라늄 베타 형태를 형성한다는 사실이 밝혀졌다.[3]

감마

UO3 gamma lattice.jpg
 and (감마) 형태, 녹색과 노란색으로 각기 다른 우라늄 환경 가장 많이 접하는 폴리모프는 γ-UO로3, 분말 회절 데이터에서 X선 구조가 해결됐다. 이 화합물은 비대칭 단위에 두 개의 우라늄 원자가 있는 우주군 I41/amd에서 결정된다. 둘 다 다소 일그러진 산소 원자의 옥타헤드라에 둘러싸여 있다. 한 우라늄 원자는 더 가까운 두 개와 더 먼 네 개의 산소 원자를 가지고 있는 반면 다른 하나는 가까운 네 개와 더 먼 두 개의 산소 원자를 이웃으로 가지고 있다. 따라서 구조를 [UO2][2+로 기술하는 것은 잘못된 것이 아니다.UO4,2− 저것은 천왕성이다.[18]
UO3 gamma env1.jpg
 감마 형태에서 노란색으로 표시된 우라늄 원자의 환경
UO3 gamma rings.jpg
 감마선의 UO22 링 체인은 층을 이루며 서로 90도로 교차한다. 이 사슬들은 축방향 산소-우라늄 결합의 연장선에 의해 사각 평면을 향해 왜곡된 팔면체 환경에서 노란 우라늄 원자를 포함하는 것으로 보인다.

델타

UO3lattice.jpg
 델타(Δ) 형태는 우라늄 원자 사이에 산소 원자가 배열된 입방체 고체다.[19]

고압 폼

UO와22 UO33 링이 들어간 고압 고체 형태가 있다.[20] [21]

하이드레이트

  • 수성 및 무수 형태의 UO3

  • 무수 형태의 UO3

3산화 우라늄의 수산화물(예: UO3·6HO2)이 알려져 있다.[3]

본드 발란스 파라미터

주어진 산소 원자가 우라늄의 용기에 얼마나 큰 기여를 하고 있는지 추정하는 것은 본드 용해 계산에[22] 의해 가능하다.[23] 본드 발란스 계산은 우라늄 산화물(및 관련 우라늄 화합물)의 많은 결정 구조를 검사한 후 추정하는 매개변수를 사용하며, 이 방법이 제공하는 산화 상태는 결정 구조를 이해하는 데 도움이 되는 지침일 뿐이다.

사용할 공식은

s 값의 합은 금속 중심부의 산화 상태와 동일하다.

산소에 대한 우라늄 결합의 경우, 상수 R과O B는 아래 표에 표로 표시된다. 각 산화 상태에 대해 아래 표의 파라미터를 사용하십시오.

산화 상태 RO B
U(VI) 2.08 Å 0.35
U(V) 2.10 Å 0.35
U(IV) 2.13 Å 0.35

종이나 소프트웨어로 이러한 계산을 하는 것이 가능하다.[24][25]

분자형식

삼산화 우라늄은 주변 조건에서 고분자 고체로 접하는 반면, 기체 위상, 매트릭스 절연 연구, 계산적으로 분자 형태에 대한 일부 작업이 수행되었다.

가스상

높은 온도에서 기체 UO는3 고체 UO와38 분자 산소와 평형을 이룬다.

2 UO38 + O2(g) ⇌ 6 UO3(g)

온도가 올라가면 평형이 오른쪽으로 이동한다. 이 시스템은 900 °C에서 2500 °C 사이의 온도에서 연구되었다. The vapor pressure of monomeric UO3 in equilibrium with air and solid U3O8 at ambient pressure, about 10−5 mbar (1 mPa) at 980 °C, rising to 0.1 mbar (10 Pa) at 1400 °C, 0.34 mbar (34 Pa) at 2100 °C, 1.9 mbar (193 Pa) at 2300 °C, and 8.1 mbar (809 Pa) at 2500 °C.[26][27]

매트릭스

아르곤 매트릭스에서 격리된 분자 UO의3 적외선 분광은 분자의 T자 구조(점군 C2v)를 나타낸다. 이는 대부분의 삼산화물이 흔히 볼 수 있는3h D 분자 대칭과 대조적이다. 저자는 힘 상수로부터 U-O 결합 길이를 1.76 ~ 1.79 å (176 ~ 179 pm) 사이로 공제한다.[28]

계산연구

삼산화 분자 우라늄의 계산된 기하학적 구조는 C 대칭이다2v.

계산 결과 분자 UO의3 점군은 C로2v, 축 결합 길이는 1.75 75, 적도 결합 길이는 1.83 å, 축 옥시겐 사이의 각도는 161°인 것으로 예측된다. 더 대칭적인 D종은3h 안장점으로 C2v 최소값보다 49 kJ/mol 높다. 저자들은 2차 얀-텔러 효과를 설명으로 내세운다.[29]

삼산화 우라늄 입방형

성분 UO의2·82 우라늄 삼산화상 결정구조는 기니에 형 포커싱 카메라를 이용한 X선 분말 회절 기법에 의해 결정되었다. 단위 셀은 a = 4/138 ± 0/005 kX로 입방형이다. 우라늄 원자는 (000)에 위치하고 옥시겐은 (MathML 소스 보기), (MathML 소스 보기), (MathML 소스 보기)에 위치하며 음이온 공실이 있다. 그 화합물은 ReO와3 함께 등축되어 있다. U-O 채권 거리 2,073 å은 자차리아센이 채권 강도 S = 1에 대해 예측한 것과 일치한다.[30]

반응도

삼산화 우라늄은 400 °C에서 freon-12와 반응하여 염소, 포스겐, 이산화탄소, 우라늄 테트라플루오라이드를 형성한다. freon-12는 이산화탄소 대신 테트라클로로이드 탄소를 형성하는 freon-11로 대체될 수 있다. 이것은 보통 보통 불활성인 것으로 간주되는 할로겐화 된 경질 프리온이 적당한 온도에서 화학적으로 변환되는 경우다.[31]

2 CF2Cl2 + UO3 → UF4 + CO2 + COCl2 + Cl2
4 CFCl3 + UO3 → UF4 + 3 COCl2 + CCl4 + Cl2

삼산화 우라늄은 초임계 이산화탄소에 인산염과 디오일트리플루오로아세톤을 혼합해 용해할 수 있으며, 분해 과정에서 초음파가 사용되었다.[32]

전기화학적 수정

산화 우라늄의 미세한 입자로 수정된 흑연 전극을 사용하여 주기적인 전압측정법으로 삼산화 우라늄 격자에 마그네슘 양이 역방향으로 삽입된 것이 조사되었다. 이 실험은 또한 UO를38 위해 행해졌다. 고체 변형 전극의 전기화학 사례로 삼산화 우라늄에 사용된 실험은 탄소 페이스트 전극 실험과 관련이 있다. 또한 삼산화 우라늄을 나트륨 금속으로 줄여 나트륨 우라늄 산화물을 형성하는 것도 가능하다.[33]

그동안 전기화학적 방법으로 우라늄 삼산화 격자에 리튬을[34][35][36] 삽입할 수 있는 경우가 있었는데, 이는 일부 충전식 리튬이온전지가 작동하는 방식과 비슷하다. 이러한 충전식 셀에서 전극 중 하나는 금속 산화물로, 전극 물질에 첨가되는 각 전자에 대한 전기성을 유지하기 위해 줄일 수 있는 코발트와 같은 금속을 포함하고 있다.

관련 우라늄(VI) 음이온과 양이온을 형성하기 위한 암포터리즘 및 반응성

산화 우라늄은 원형질이며 조건에 따라 산과 염기로 반응한다.

산으로
UO3 + HO2 → UO2−
4 + 2H+

산화 우라늄을 수산화나트륨과 같은 강력한 기지에 녹이면 이중으로 충전된 천왕성 음이온(UO2−
4)이 형성된다. 천왕성은 이오란산염, UO
22−
7 또는 다른 다항산염을 형성하여 결합하는 경향이 있다. 중요한 이우라늄은 일부 황색 케익의 일부를 구성하는 이우라늄(NH4)2UO27, 이우라늄(NaUO227) 및 마그네슘 이우라늄(MgUO27)이다. MUO24 형태의 천왕성은 UO2−
4 이온이 아니라 오히려 납작해진 UO6 옥타헤드라(UO 옥타헤드라)로, 천왕성 그룹을 포함하고 옥시겐을 브리징한다는 점에 주목할 필요가 있다.[37]

베이스로
UO3 + H2O → UO2+
2 + 2 OH−

산화 우라늄을 황산이나 질산과 같은 강한 산으로 용해시키면 이중 양전하를 띤 천왕성 양이온이 된다. 질산 천왕성이 형성되었다(UO2(NO3)/26).HO2)는 에테르, 알코올, 케톤 및 에스테르(예: 트리뷰틸인산염)에 용해된다. 이 용해도는 질산 핵연료봉의 해체로 시작되는 핵 재처리 과정에서 우라늄을 다른 원소와 분리하는 데 사용된다. 질산 천왕성은 난방에 의해 삼산화 우라늄으로 변환된다.

질산으로부터 질산 천왕성, 트랜스-UO2(NO3)/22를 얻는다.HO는2 친숙한 O=U=O 코어뿐만 아니라 2개의 Biddate Nitrato 리간드와 2개의 물 리간드로 구성된 8개의 조화된 우라늄으로 구성되어 있다.

세라믹에 함유된 우라늄 산화물

UO에3 기반을 둔 세라믹은 환한 대기에서 발사하면 녹색이 되거나 검게 되고 산소와 함께 발사하면 노랑색에서 주황색으로 변한다. 오렌지 색상의 피에스타웨어는 우라늄 기반의 유약을 사용한 제품의 잘 알려진 예다. UO-는3 에나멜, 우라늄 유리, 도자기 제조에도 사용되었다.

1960년 이전에 UO는3 결정색 유광에서 결정화제로 사용되었다. 가이거 계수기로 유약이나 유리가 UO로3 만들어졌는지 판단할 수 있다.

참조

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