Нитрид урана

редактировать

Нитрид урана
Имена

Название ИЮПАК Нитрид урана
Идентификаторы
Количество CAS
ChemSpider
PubChem CID
ИнЧИ InChI = 1S / NU Ключ: MVXWAZXVYXTENN-UHFFFAOYSA-N
Характеристики
Химическая формула	U 2 N 3
Молярная масса	518,078 г / моль
Появление	кристаллическое твердое вещество
Плотность	11300 кг м ⁻³, твердые
Температура плавления	От 900 до 1100 ° C (от 1650 до 2,010 ° F; от 1170 до 1370 K) (разлагается до UN)
Точка кипения	Разлагается
Растворимость в воде	0,08 г / 100 мл (20 ° C)
Состав
Кристальная структура	Шестиугольный, hP5
Космическая группа	П-3м1, №164
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Y проверить ( что есть ?) ^YN
Ссылки на инфобоксы

Нитрид урана - это любой из семейства керамических материалов: мононитрид урана (UN), сесквинитрид урана (U 2 N 3) и динитрид урана (UN 2). Слово нитрид относится к степени окисления -3 азота, связанного с ураном.

Нитрид урана рассматривался как потенциальное топливо для ядерных реакторов. Он считается более безопасным, прочным, плотным, более теплопроводным и имеет более высокий температурный допуск. Проблемы, связанные с реализацией топлива, включают сложный маршрут конверсии обогащенного UF 6, необходимость предотвращения окисления во время производства и необходимость определения и лицензирования маршрута окончательного захоронения. Необходимость использования дорогостоящего, высокообогащенного изотопами ¹⁵ N является важным фактором, который необходимо преодолеть. Это необходимо из-за (относительно) высокого поперечного сечения захвата нейтронов гораздо более распространенного ¹⁴ N, что влияет на нейтронную экономию реактора.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Синтез
- 1.1 Карботермическое восстановление
- 1.2 Золь-гель
- 1.3 Аммонолиз
- 1.4 Гидрирование-азотирование
2 Разложение
3 использования
4 Молекулярная и кристаллическая структура
5 нитридопроизводные урана
6 См. Также
7 ссылки
8 Внешние ссылки

Синтез

Карботермическое восстановление

Распространенный метод для создания ООН карботермическое восстановление из оксида урана (UO 2) в способе 2 этапа показано ниже.

3UO 2 + 6C → 2UC + UO 2 + 4CO (в аргонеgt; 1450 ° C в течение 10-20 часов)

4UC + 2UO 2 + 3N 2 → 6UN + 4CO

Золь-гель

Также могут быть использованы золь-гель методы и дуговая плавка чистого урана в атмосфере азота.

Аммонолиз

Другой распространенный метод для создания ООН 2 является аммонолизом из тетрафторида урана. Тетрафторид урана подвергается воздействию газообразного аммиака под высоким давлением и температурой, в результате чего фтор замещается азотом и образуется фтористый водород. Фтористый водород при этой температуре является бесцветным газом и смешивается с газообразным аммиаком.

Гидрирование-азотирование

Дополнительный метод синтеза UN использует изготовление непосредственно из металлического урана. Воздействуя на металлический уран газообразным водородом при температуре выше 280 ° C, может быть образован UH 3. Кроме того, поскольку UH 3 имеет более высокий удельный объем, чем металлическая фаза, гибридизация может использоваться для физического разложения твердого урана в противном случае. После гибридизации UH 3 может подвергаться воздействию атмосферы азота при температуре около 500 ° C, в результате чего образуется U 2 N 3. Затем при дополнительном нагревании до температуры выше 1150 ° C сесквинитрид может быть разложен до UN.

2U + 3H 2 → 2UH 3

2UH 3 + 1.5N 2 → U 2 N 3

U 2 N 3 → UN + 0,5 N 2

Использование изотопа ¹⁵ N (который составляет около 0,37% природного азота) является предпочтительным, потому что преобладающий изотоп ¹⁴ N имеет значительное сечение поглощения нейтронов, что влияет на экономию нейтронов и, в частности, он подвергается (n, p) реакция, в результате которой образуются значительные количества радиоактивного ¹⁴ C, который необходимо тщательно удерживать и изолировать во время переработки или постоянного хранения.

Разложение

Считается, что в каждом динитридном комплексе урана одновременно присутствуют три различных соединения из-за разложения динитрида урана (UN 2) на сесквинитрид урана (U 2 N 3), а затем на мононитрид урана (UN). Динитриды урана разлагаются до мононитрида урана по следующей последовательности реакций:

4UN 2 → 2U 2 N 3 + N 2

2U 2 N 3 → 4UN + N 2

Разложение UN 2 является наиболее распространенным методом выделения сесквинитрида урана (U 2 N 3).

Использует

Мононитрид урана рассматривается как потенциальное топливо для реакторов поколения IV, таких как реактор Hyperion Power Module, созданный Hyperion Power Generation. Он также был предложен в качестве ядерного топлива в некоторых испытательных ядерных реакторах на быстрых нейтронах. UN считается лучшим из-за его более высокой расщепляющейся плотности, теплопроводности и температуры плавления, чем у наиболее распространенного ядерного топлива, оксида урана (UO 2), а также демонстрирует меньшее выделение газов продуктов деления и набухание, а также меньшую химическую реактивность с материалами оболочки.. Он также обладает превосходной механической, термической и радиационной стабильностью по сравнению со стандартным металлическим урановым топливом. Теплопроводность в 4-8 раз выше, чем у диоксида урана, наиболее часто используемого ядерного топлива, при типичных рабочих температурах. Повышенная теплопроводность приводит к меньшему тепловому градиенту между внутренней и внешней частями топлива, потенциально позволяя более высокие рабочие температуры и уменьшая макроскопическую реструктуризацию топлива, которая ограничивает срок службы топлива.

Молекулярная и кристаллическая структура

Соединение динитрида урана (UN 2) имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру типа фторида кальция (CaF 2) с пространственной группой Fm 3 m. Азот образует тройные связи на каждой стороне урана, образуя линейную структуру.

α- (U 2 N 3) имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру типа (Mn 2 O 3) с пространственной группой Ia 3.

UN имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру типа NaCl. Металла компонент связи использует 5 ф орбитального урана, но образует относительно слабого взаимодействия, но имеет важное значение для кристаллической структуры. Ковалентную часть образует связи с перекрытием между 6 d орбитали и 7 с орбитальным на уран и 2 р - орбиталей на азот. N образует тройную связь с ураном, создавая линейную структуру.

Динитрид урана
Сесквинитрид урана
Мононитрид урана

Нитридопроизводные урана

В последнее время появилось много разработок в области синтеза комплексов с концевыми нитридными (–U≡N) связями урана. В дополнение к проблемам радиоактивности, общим для всей химии урана, производство нитридокомплексов урана замедляется из-за суровых условий реакции и проблем с растворимостью. Тем не менее, в последние несколько лет сообщалось о синтезе таких комплексов, например трех, показанных ниже, среди прочих. Другие соединения U≡N также были синтезированы или наблюдались с различными структурными особенностями, такими как мостиковые нитридные лиганды в ди- / полиядерных частицах и с различными степенями окисления.

[N ( n -Bu) 4 ] [(C 6 F 5) 3 B-N≡U (N t -BuAr) 3 ]