우라닐

Uranyl
UO의2+
2 볼 앤 스틱 모델
U-O 결합 순서 3을 나타내는 우라닐 이온

우라닐 이온은 산화 상태 +6의 우라늄의 산화이며2+
2 화학식은 UO입니다.그것은 짧은 U-O 결합을 가진 선형 구조를 가지고 있으며, 이는 우라늄과 산소 사이에 다중 결합의 존재를 나타낸다.우라늄 원자 주위의 적도면에서 4개 이상의 배위자가 우라닐 이온에 결합되어 있어도 좋다.우라닐 이온은 특히 산소 공여 원자를 가진 리간드와 함께 많은 복합체를 형성합니다.우라닐 이온의 복합체는 광석에서 우라늄을 추출하고 핵연료 재처리에서 중요하다.

구조 및 본딩

fz3 궤도

우라닐 이온은 선형이고 대칭이며, 양쪽 U-O 결합 길이는 약 180 pm이다.결합 길이는 우라늄과 산소 원자 사이의 다중 결합의 존재를 나타냅니다.우라늄(VI)은 앞의 귀가스 라돈의 전자배치를 가지고 있기 때문에 U-O 결합을 형성하는데 사용되는 전자는 산소 원자에 의해 공급된다.전자는 우라늄 원자의 빈 원자 궤도에 기증된다.가장 낮은 에너지의 빈 궤도는 7s, 5f, 6d이다.원자가 결합이론의 관점에서 시그마 결합은 d와z3 f를z2 사용하여 형성되어 sd, sf 및 df 하이브리드 오비탈을 구성할 수 있다(z축은 산소원자를 통과한다).(dxz, dyz) 및 (fxz2 및yz2 f)를 사용하여 파이 결합을 형성할 수 있다.결합에 사용되는 한 쌍의 d 또는 f 오비탈은 이중으로 퇴화되므로, 이는 전체 결합 차수가 [1]3인 것과 같다.

질산우라닐의 구조(UO2(HO2)(2NO3)).2우라닐기의 특징으로서 O=U=O의 중심은 직선이다.복합체의 적도면에는 질산염 2개를 동정하기 위한 6개의 U-O 결합과 2개의 물 리간드가 있다.이 U-O 결합은 245pm에서 우라닐 [2]중심부의 U=O 결합보다 훨씬 길다.

우라닐 이온은 항상 다른 배위자와 연관되어 있다.가장 일반적인 배열은 소위 적도 배위자가 O–U–O 선에 수직이고 우라늄 원자를 통과하는 평면에 위치하는 것이다.[UOCl24]2−과 같이 4개의 리간드를 사용하면 우라늄은 왜곡된 8면체 환경을 갖는다.많은 경우 4개 이상의 배위자가 적도를 차지하고 있다.

플루오르화우라닐 UOF에서22 우라늄 원자는 우라닐기 2개의 산소 원자와 우라닐기 사이에 6개의 플루오르화 이온이 가교하는 층 구조를 형성함으로써 배위수 8이 된다.플루오르화물 대신 산소를 사용하는 α-우라늄 삼산화물에서도 유사한 구조가 발견되지만, 이 경우 상대적으로 짧은 U-O 거리로 식별되는 "우라닐기"의 산소 원자를 공유함으로써 층이 연결된다는 점을 제외한다.칼슘우란산염, CaUO와4 같은 일부 우란산염에서도 유사한 구조가 발생하며, 이 구조는 분리된 우라닐기를 [3]포함하지 않더라도 Ca(UO2)O로2 표기될 수 있다.

분광학

우라닐 화합물의 색상은 [4][5]가시 스펙트럼의 파란색 가장자리에서 약 420nm의 배위자에서 금속으로의 전하 이동에 기인한다.흡수 대역과 NEXAFS 대역의 정확한 위치는 적도 배위자의 [6]성질에 따라 달라집니다.우라닐 이온을 포함하는 화합물은 보통 노란색이지만, 일부 화합물은 빨간색, 주황색 또는 녹색입니다.

우라닐 화합물도 발광한다.1849년 브루스터에 의해[7] 우라늄 유리의 녹색 발광에 대한 첫 번째 연구는 우라닐 이온의 분광학에 대한 광범위한 연구를 시작했다.이 스펙트럼에 대한 자세한 이해는 130년 [8]후에 이루어졌다.현재 우라닐 발광은 가장 낮은 삼중항 들뜸 상태에서 단일항 지반 [9]상태로의 이행에 기인하기 때문에 보다 구체적으로 인광이라는 것이 잘 확립되어 있다.KUO22(SO)2의4 발광은 방사능 발견에 관여했다.

Uranyl 이온은 ca−1.880cm(라만 스펙트럼)와−1 950cm(적외선 스펙트럼)의 신축진동이U–O 특징적이다.이러한 주파수는 적도면에 존재하는 리간드에 따라 다소 달라집니다.스트레칭 빈도와 U-O 결합 길이 사이에 상관 관계를 사용할 수 있습니다.또한 스트레칭 빈도는 분광화학 [10]계열에서 적도 배위자의 위치와 상관관계가 있는 것으로 관찰되었다.

수화학

A graph of potential versus pH showing stability regions of various uranium compounds
pH의 함수로서 우라늄(VI)의 가수분해.

수성 우라닐 이온은 약한 산이다.

[UO2(HO2)]42+ [ [ UO2(HO2)(3OH)]+ + H+; pKa = ca[11] . 4.2

pH가 증가하면2 22수산화 UO(OH) 침전 전에 화학량 [(22+UO2)(OH2)], [(UO)(3OH)]5+의 고분자종이 형성된다.수산화물은 강한 알칼리성 용액에 용해되어 우라닐 이온의 하이드록소 복합체를 생성한다.

Uranyl 이온은 아연 금속과 같은 약한 환원제에 의해 산화 상태 +4로 환원될 수 있습니다.우라늄(III)로의 환원은 Jones 환원기를 사용하여 수행할 수 있습니다.

콤플렉스

pH의 함수로서 우라늄(VI)의 탄산염과 히독소 복합체

우라닐 이온은 단단한 수용체 역할을 하며 수산화물, 탄산염, 질산염, 황산염 및 카르복실산염과 같은 불소 및 산소 공여 리간드보다 질소 공여 리간드와 더 약한 복합체를 형성합니다.적도면에는 4, 5, 6개의 공여 원자가 있을 수 있다.질산우라닐에서 [UO2(NO3)]·22예를2 들어, 적도면에는 6개의 공여 원자가 있으며, 4개는 2개의 니트라토 배위자에서, 2개는 물 분자에서 나온다.그 구조는 육각형 쌍추형으로 묘사된다.다른 산소공여 리간드는 포스핀 산화물과 인산 [12]에스테르를 포함한다.질산우라닐 UO(NO)2를2 수용액에서3 디에틸에테르로 추출할 수 있다.추출된 복합체는 두 개의 니트라토 배위자가 우라닐 이온에 결합되어 있어 전하가 없는 복합체를 형성하고 물 분자도 에테르 분자로 대체되어 전체 복합체에 주목할 만한 소수성 특성을 부여한다.전기영양성은 복합체를 유기용매에 용해시키는 가장 중요한 요인이다.질산 이온은 전이 금속 및 랜턴 이온보다 우라닐 이온과 훨씬 더 강한 복합체를 형성합니다.따라서 플루토닐 이온, PuO를2+
2 포함한 우라닐 및 기타 악티닐 이온만 다른 이온을 포함하는 혼합물에서 추출할 수 있다.수용액에서 우라닐 이온에 결합된 물 분자를 두 번째 소수성 리간드로 대체하면 유기 용매에서 중성 복합체의 용해성이 높아집니다.이것은 시너지 [13]효과라고 불려왔다.

수용액에서 우라닐 이온에 의해 형성된 복합체는 광석에서 우라늄을 추출하는 것과 핵연료 재처리 모두에서 매우 중요하다.공업공정에서 질산우라닐을 인산트리부틸(TBP, (CHCHCHO3222)3로 추출한다.PO)는 선호되는 두 번째 배위자로, 등유는 선호되는 유기 용매이다.그 후, 우라늄은 강한 질산으로 처리하여 유기용매로부터 제거되는데, 질산은 수용성이2 높은 [UO3(42−NO)]와 같은 착체를 형성한다.질산우라닐은 [12]용액을 증발시켜 회수한다.

광물

우라닐 이온은 우라늄이 풍부한 광물층에서 발생하는 물-바위 상호작용에 의해 우라늄 광상으로부터 파생된 광물에서 발생한다.미네랄을 함유한 우라닐의 예는 다음과 같다.

이 광물들은 대부분의 우라늄이 피치블렌드에서 추출되기 때문에 상업적 가치가 거의 없다.

사용하다

Uranyl [14]소금은 DNA의 전자 및 전자 현미경 연구를 위해 샘플을 염색하는 데 사용됩니다.

건강 및 환경 문제

우라닐염은 독성이 있으며 심각한 만성 신장 질환과 급성 관상 괴사를 일으킬 수 있습니다.표적 장기는 신장, 간, 폐, 뇌를 포함한다.생식세포를[15] 포함한 조직에 우라닐 이온이 축적되면 선천성 장애가 발생하고 백혈구에는 면역체계가 [16]손상된다.우라닐 화합물 또한 신경 독소이다.우라닐 이온 오염은 열화 우라늄 [17]표적과 그 주변에서 발견되었습니다.

모든 우라늄 화합물은 방사능이다.그러나, 우라늄은 핵 산업의 상황을 제외하고, 일반적으로 고갈된 형태이다.열화우라늄은 주로 4.468(3)×10년의9 반감기로 알파 붕괴에 의해 붕괴되는 U로 구성된다.우라늄에 약 7.038×10년의8 유사한 반감기로 부패하는 U가 포함되더라도, 두 우라늄 모두 여전히 약한 알파 방출체로 간주될 것이며, 이들의 방사능은 직접적인 접촉이나 섭취에 의해서만 위험하다.

레퍼런스

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