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六氟化铀

化合物

六氟化铀（英语：uranium hexafluoride）是一种铀的化合物，其化学式为UF6。六氟化铀被用于制取浓缩铀，因此在核工业中有很重要的价值。标准状况下，六氟化铀为灰色的晶体。六氟化铀有很强的毒性，可与水剧烈反应，并且能腐蚀大多数金属。它与铝反应温和，在铝的表面形成致密的氟化铝薄膜，阻止反应进一步进行。

六氟化铀
IUPAC名
六氟化铀
氟化铀(VI)
识别
CAS号 7783-81-5  checkY
SMILES
 
  • F[U](F)(F)(F)(F)F
性质
化学式 UF6
摩尔质量 352.02 g·mol⁻¹
外观 无色固体
密度 （固） 5.09
熔点 64.8℃ (338.0 K)（1.47atm）
沸点 56.5℃ (329.7 K) （升华）
溶解性（水） 分解
结构
晶体结构 六方紧密堆积 (HCP)
分子构型 八面体
偶极矩 0
热力学
ΔfHm⦵298K -2317 kJ/mol
S⦵298K 228 J.K−1.mol−1
危险性
欧盟危险性符号
剧毒剧毒 T+
警示术语 R：R26/27/28, R34
安全术语 S：S1/2, S7/9, S26, S45
NFPA 704
0
4
1
 
相关物质
其他阴离子 六氯化铀
其他阳离子 四氟化钍
五氟化镤
五氟化镎
五氟化钚
相关化学品 三氟化铀
四氟化铀
五氟化铀
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

制取

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磨碎铀矿（U3O8，或称“黄饼”），并将其溶于硝酸，产生硝酸铀酰UO2(NO3)2溶液。萃取纯化后，使硝酸铀酰与氨反应，生成重铀酸铵(NH4)2U2O7。加氢还原得到二氧化铀，再与氢氟酸反应生成四氟化铀。四氟化铀与氟进行氧化反应产生UF6。

核燃料循环中的应用

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各种主要的铀浓缩方法都需要用到六氟化铀，不论是气体扩散法，还是气体离心法。这是由于六氟化铀的三相点为 147 °F （64 °C，337 K），且气压略高于大气压。氟在自然界只存在一种稳定核素也是一个原因，因此各种六氟化铀分子的相对分子质量差异可以完全归咎于各种铀核素相对原子质量的差异。[1]

 
玻璃管中的六氟化铀

其他所有的氟化铀将产生固态的配位聚合物。

气相扩散法所需用的能量大约是气体离心法的60倍。尽管如此，其中仅仅有4%的能量被用于制取浓缩铀。

除此之外，捷克发展了一种循环使用核燃料的方法：用旧的氧化物核燃料与氟气反应生成各种氟化物的混合物，再用分馏分离各种组分。

储存

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目前大约95%的贫化铀都以六氟化铀的形式被置于气体钢瓶中，储存在核工厂的附近。每个钢瓶大约含有12.7吨的固体六氟化铀。仅在美国，1993年至2005年期间，就有686,500吨的六氟化铀（57,122瓶）作为贫化铀的储存形式被生产出来。它们被储存在俄亥俄州朴茨茅斯，田纳西州橡树岭和肯塔基州帕迪尤卡。[2][3]六氟化铀很不稳定，与潮湿空气接触时即会反应生成极易溶于水并且毒性很大的氟化铀酰和氟化氢，因此长期储存六氟化铀会对环境及人的健康造成损害，须定期检查是否有裂缝。[4]

 

美国已经发生过数起涉及六氟化铀的事故。[5][6]美国政府将 UF6 转化为固态的铀氧化物回收。[7]但这种回收总共要花费大约1500万到4.5亿美元。[8]

化学性质

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固态时的结构由 J.H. Levy、J.C Taylor 和 A.B Waugh所描述。[9]在该论文中，他们利用中子衍射测定UF6、 MoF6 和 WF6 在77K下的结构。

六氟化铀可作为氧化剂或路易斯酸，易于氟离子结合。如氟化铜与六氟化铀在乙腈中反应会生成 Cu[UF7]2.5MeCN。[10]

含有有机阳离子的铀（VI）聚合物已经制得并用X光衍射分析。[11]

其他铀氟化物

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C.J. Howard，J.C. Taylor 和 A.B. Waugh 提出了五氟化铀（UF5）和九氟化二铀（U2F9）的结构。[12]三氟化铀的结构则由 J. Laveissiere 阐明。[13]

J.H. Levy，J.C. Taylor 和 P.W. Wilson 提出了四氟氧铀的结构。[14]

参见

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参考资料

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  1. ^ Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process. USEC Inc. [2007-09-24]. （原始内容存档于2007-10-19）. 
  2. ^ How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?. Depleted UF6 FAQs. Argonne National Laboratory. [永久失效链接]
  3. ^ Documents. [2008-02-27]. （原始内容存档于2008-02-16）. 
  4. ^ What is DUF6? Is it dangerous and what should we do with it?. Institute for Energy and Environmental Research. December 1997 [2017-02-23]. （原始内容存档于2012-02-05） （英语）. 
  5. ^ Have there been accidents involving uranium hexafluoride?. Depleted UF6 FAQs. Argonne National Laboratory. [2008-02-27]. （原始内容存档于2008-03-06）. 
  6. ^ Uranium Hexafluoride (UF6) Tailings: Characteristics, Transport and Storage at the Siberian Chemical Combine (Sibkhimkombinat) Tomsk (PDF). Large and Associates. 5 November 2005 [2007-09-24]. （原始内容 (briefing note)存档于2007-09-27）. 
  7. ^ What is going to happen to the uranium hexafluoride stored in the United States?. Depleted UF6 FAQs. Argonne National Laboratory. [永久失效链接]
  8. ^ Are there any currently-operating disposal facilities that can accept all of the depleted uranium oxide that would be generated from conversion of DOE's depleted UF6 inventory?. Depleted UF6 FAQs. Argonne National Laboratory. [永久失效链接]
  9. ^ J.H. Levy, J.C Taylor and A.B Waugh. Neutron powder structural studies of UF6, MoF6 and WF6 at 77 K. Journal of Fluorine Chemistry. 1983, 23: 29–36. doi:10.1016/S0022-1139(00)81276-2. 
  10. ^ Berry JA, Poole RT, Prescott A, Sharp DWA, Winfield JM. The oxidising and fluoride ion acceptor properties of uranium hexafluoride in acetonitrile. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1976: 272. doi:10.1039/DT9760000272.  x
  11. ^ Walker SM, Halasyamani PS, Allen S, O'Hare D. From Molecules to Frameworks: Variable Dimensionality in the UO2(CH3COO)2·2H2O/HF(aq)/Piperazine System. Syntheses, Structures, and Characterization of Zero-Dimensional (C4N2H12)UO2F4·3H2O, One-Dimensional (C4N2H12)2U2F12·H2O, Two-Dimensional (C4N2H12)2(U2O4F5)4·11H2O, and Three-Dimensional (C4N2H12)U2O4F6. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121: 10513. doi:10.1021/ja992145f.  x
  12. ^ Howard CJ, Taylor JC, Waugh AB. Crystallographic parameters in α-UF5 and U2F9 by multiphase refinement of high-resolution neutron powder data. Journal of Solid State Chemistry. 1982, 45: 396–398. doi:10.1016/0022-4596(82)90185-2.  x
  13. ^ Laveissiere J. Bulletin de la Societe Francaise de Mineralogie et de Cristallographie. 1967, 90: 304–307.  缺少或|title=为空 (帮助)
  14. ^ Levy JH, Taylor JC, Wilson PW. Structure of fluorides .17. NEUTRON-DIFFRACTION STUDY OF ALPHA-URANIUM OXIDE TETRAFLUORIDE. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1977, 39: 1989–1991. 

延伸阅读

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  • Levy JH. Structure of fluorides. Part XII. Single-crystal neutron diffraction study of uranium hexafluoride at 293 K. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1976: 219. doi:10.1039/DT9760000219. x (xstal structure)
  • Olah GH, Welch J. Synthetic methods and reactions. 46. Oxidation of organic compounds with uranium hexafluoride in haloalkane solutions. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100: 5396. doi:10.1021/ja00485a024.  x (selective oxidant of CFCs)
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