uranyum dioksit - Uranium dioxide

uranyum dioksit
UO2lattice.jpg
İsimler
IUPAC adları
Uranyum dioksit
Uranyum(IV) oksit
Diğer isimler
Urania
Uranöz oksit
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 100.014.273 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
RTECS numarası
ÜNİİ
  • InChI=1S/2O.U
    Anahtar: FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N
  • O=[U]=O
Özellikler
UO 2
Molar kütle 270.03 g/mol
Dış görünüş Siyah toz
Yoğunluk 10.97 g / cm 3
Erime noktası 2.865 °C (5.189 °F; 3.138 K)
çözünmez
Yapı
Florit (kübik), cF12
Fm 3 m, No. 225
a  = 547.1 pm
Dörtyüzlü (O 2− ); kübik (U IV )
Termokimya
Std molar
entropi ( S o 298 )
78 J·mol -1 ·K -1
Std
oluşum entalpisi (Δ f H ⦵ 298 )
-1084 kJ·mol -1
Tehlikeler
Güvenlik Bilgi Formu ICSC 1251
GHS piktogramları GHS06: ZehirliGHS08: Sağlık tehlikesiGHS09: Çevresel tehlike
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H300 , H330 , H373 , H400 , H410 , H411
P260 , P264 , P270 , P271 , P273 , P284 , + 310 P301 , P304 + = 340 , P310 , P314 , P320 , P321 , P330 , P391 , P403 + 233 , P405 , P501
NFPA 704 (ateş elması)
Alevlenme noktası Yok
Bağıntılı bileşikler
Triuranyum oktoksit
Uranyum trioksit
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
☒n doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Uranyum dioksit ya da uranyum (IV) oksit ( U O 2 ) olarak da bilinen Urania veya uranlı oksit , bir bir oksit ve uranyum ve siyah, bir radyoaktif , kristal halinde doğal mineral oluşur, toz uraninit . Nükleer reaktörlerde nükleer yakıt çubuklarında kullanılır . MOX yakıtı olarak uranyum ve plütonyum dioksitlerin bir karışımı kullanılır . 1960 öncesi seramik sırlarında ve camlarda sarı ve siyah renk olarak kullanılmıştır .

Üretme

Uranyum dioksit, uranyum trioksitin hidrojen ile indirgenmesiyle üretilir .

UO 3 + H 2 → UO 2 + H 2 O, 700 °C'de (973 K)

Bu reaksiyon , nükleer yeniden işleme ve uranyum zenginleştirme yoluyla nükleer yakıtın yaratılmasında önemli bir rol oynar .

Kimya

Yapı

Katı izo- (aynı şekilde bir yapıya sahiptir) ile florit ( kalsiyum florür Her bir U kübik düzenlemede sekiz O yakın komşuları ile çevrilidir). Ayrıca seryum , toryum , plütonyum ve neptünyumun dioksitleri de aynı yapılara sahiptir. Başka hiçbir elementel dioksit florit yapıya sahip değildir. Erime üzerine, ölçülen ortalama UO koordinasyonu kristal katıda (UO 8 küp) 8'den eriyikte 6,7±0,5'e (3270 K'da) düşer. Bu ölçümlerle tutarlı modeller, eriyiğin esas olarak UO 6 ve UO 7 çokyüzlü birimlerinden oluştuğunu gösterir , burada çokyüzlüler arasındaki bağlantıların kabaca 2 ⁄ 3'ü köşe paylaşımı ve 1 ⁄ 3'ü kenar paylaşımıdır.

  • uranyum dioksit

  • Sinterlenmiş uranyum dioksit pelet

Oksidasyon

Uranyum dioksit olan oksitlenmiş ile temas halinde oksijen için triuranium octaoxide .

3 UO 2 + O 2 → U 3 O 8 , 700 °C'de (970 K)

Elektrokimya olarak uranyum dioksit ayrıntılı olarak araştırılmıştır galvanik korozyon uranyum dioksit kullanılır hızını kontrol eden nükleer yakıt erir. Daha fazla ayrıntı için kullanılmış nükleer yakıta bakın. Su , plütonyum ve uranyum metallerinin oksidasyon hızını arttırır .

karbonizasyon

Uranyum dioksit olan karbonize ile temas halinde karbon oluşturan, uranyum karbid ve karbon monoksit .

.

Bu işlem, bir alt yapılmalıdır atıl gaz olarak uranyum karbid kolayca geri oksitlenir uranyum oksit .

kullanır

Nükleer yakıt

UO 2 ağırlıklı olarak kullanılan nükleer yakıt , özellikle UO olarak, 2 veya UO karışımı olarak 2 ve puo 2 ( plütonyum dioksit karışık oksit (adlandırılır) MOX yakıt formunda) yakıt çubuğu içinde , nükleer reaktörler .

Uranyum dioksitin termal iletkenliğinin uranyum , uranyum nitrür , uranyum karbür ve zirkonyum kaplama malzemesi ile karşılaştırıldığında çok düşük olduğuna dikkat edin . Bu düşük termal iletkenlik, yakıt peletlerinin merkezlerinde lokalize aşırı ısınmaya neden olabilir. Aşağıdaki grafik, farklı yakıt bileşiklerindeki farklı sıcaklık gradyanlarını göstermektedir. Bu yakıtlar için ısıl güç yoğunluğu aynıdır ve tüm peletlerin çapı aynıdır.

  • Uranyum oksit yakıt pelet

  • Rusya'daki bir tesiste uranyum dioksit yakıt pelet üretimi için başlangıç ​​malzemesi kapları

  • Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak zirkonyum metali ve uranyum dioksitin termal iletkenliği

Cam seramik sır için renk

Geiger sayacı (muhafazasız kit) turuncu bir Fiestaware parçasına duyulabilir şekilde tepki veriyor.

Uranyum oksit (uranyum), II. Dünya Savaşı'ndan önce cam ve seramikleri renklendirmek için kullanıldı ve radyoaktivite uygulamaları keşfedilene kadar ana kullanımı buydu. 1958'de hem ABD hem de Avrupa'daki ordu, tükenmiş uranyum olarak ticari kullanımına yeniden izin verdi ve kullanımı daha sınırlı bir ölçekte yeniden başladı. Urania bazlı seramik sırlar, indirgemede pişirildiğinde veya UO 2 kullanıldığında koyu yeşil veya siyahtır ; daha yaygın olarak parlak sarı, turuncu ve kırmızı sırlar üretmek için oksidasyonda kullanılır. Turuncu renkli Fiestaware , uranyum renkli sırlı bir ürünün iyi bilinen bir örneğidir. Uranyum camı soluk yeşil ila sarı renktedir ve genellikle güçlü floresan özelliklere sahiptir. Urania, emaye ve porselen formülasyonlarında da kullanılmıştır . 1958'den önce üretilmiş bir sır veya camın uranyum içerip içermediğini bir Geiger sayacıyla belirlemek mümkündür .

Diğer kullanım

Radyasyonun zararlılığının farkına varılmadan önce, hafif floresansı takma dişlerin çeşitli aydınlatma koşullarında gerçek dişler gibi görünmesini sağladığı için uranyum takma dişlere ve takma dişlere dahil edildi.

Tükenmiş UO 2 (DUO 2 ) radyasyon kalkanı için bir malzeme olarak kullanılabilir . Örneğin, DUCRETE , çakılın uranyum dioksit agrega ile değiştirildiği "ağır beton " bir malzemedir ; bu malzeme kullanım için incelenmiştir fıçıları için radyoaktif atık . Tahta da DUO yapılabilir 2 - çelik sermet , bir kompozit malzemeden bir imal agrega radyasyon koruma olarak hizmet uranyum dioksit , grafit ve / veya silisyum karbür olarak hizmet nötron radyasyonu yüksek termal ortam olarak tutucu ve moderatör ve çelik iletkenlik, bozunma ısısının kolayca uzaklaştırılmasını sağlar.

Tükenmiş uranyum dioksit de bir şekilde kullanılabilir katalizör degradasyonu için, örneğin, uçucu organik bileşikler , gaz fazında, oksidasyon bölgesinin metan için metanol ve çıkarılması sülfür arasından petrol . Ticari bazılarıyla karşılaştırıldığında VOC yok etmek için kullanılan yüksek verimlilik ve uzun süreli kararlılığını katalizörler gibi değerli metaller , TiO 2 ve Co 3 O 4 katalizörler. Bu alanda pek çok araştırma yapılmakta olup, düşük radyoaktivitesi nedeniyle uranyum bileşeni için DU tercih edilmektedir.

Uranyum dioksitin şarj edilebilir piller için bir malzeme olarak kullanımı araştırılmaktadır. Piller yüksek güç yoğunluğuna ve hücre başına 4,7 V potansiyele sahip olabilir . Araştırılan başka bir uygulama, UO 2'nin bir fotoanot olarak kullanıldığı güneş destekli hidrojen üretimi için fotoelektrokimyasal hücrelerdedir . Daha önceki zamanlarda, uranyum dioksit, yarı iletken özelliklerinin ilk kullanımı olan akım sınırlaması (URDOX-direnci) için ısı iletkeni olarak da kullanılıyordu.

Uranyum dioksit ayrıca 30 kelvin'in altındaki kriyojenik sıcaklıklarda gözlemlenen antiferromanyetik durumda bilinen en güçlü piezomanyetiktir . UO 2 , uygulanan manyetik alanın işaretiyle işaret değiştiren doğrusal bir manyetostriksiyon ve 180.000 Oe'ye yakın manyetik alanlarda manyetoelastik bellek geçişi gösterir.

yarı iletken özellikleri

Bant boşluk uranyum dioksit kişilerce karşılaştırılabilir silikon ve galyum arsenit çok verimli için olası kullanımını öneren, güneş radyasyonunun emilmesi için bir bant boşluk eğrisi karşı etkinlik için optimuma yakın güneş hücreleri göre Schottky diyodu yapısı; ayrıca kızılötesi de dahil olmak üzere beş farklı dalga boyunda soğurur ve verimliliğini daha da artırır. Oda sıcaklığında içsel iletkenliği, tek kristal silikon ile yaklaşık olarak aynıdır .

Dielektrik sabiti uranyum dioksit neredeyse iki kat silikon (11.2) ve GaAs (14.1) arasında gibi yüksek olan, 22 ile ilgilidir. Bu, entegre devrelerin yapımında Si ve GaAs'a göre bir avantajdır , çünkü daha yüksek arıza gerilimleri ile daha yüksek yoğunluklu entegrasyona ve CMOS tünelleme arızasına karşı daha düşük hassasiyete izin verebilir .

Seebeck katsayısı , oda sıcaklığında uranyum dioksit olan yaklaşık 750 uV / K, 270 uV / arasında K önemli ölçüde daha yüksek bir değer talyum, kalay tellür (Tl 2 SNTE 5 ) ve talyum germanyum tellür (Tl 2 Gete 5 ) ve bizmut - tellür alaşımları, termoelektrik enerji üretimi uygulamaları için umut vaat eden diğer malzemeler ve Peltier elementleri .

Radyoaktif bozunma etkisi 235 U ve 238 onun yarı iletken özelliklerine U bu izotopların yavaş çürüme oranına 2005. Due olarak ölçülen değildi, anlamlı uranyum dioksit güneş pilleri ve termoelektrik cihazların özelliklerini etkileyen, ancak olmamalıdır VLSI çipleri için önemli bir faktör olabilir . Kullanımı tükenmiş uranyum oksit bu nedenle gereklidir. Radyoaktif bozunma sırasında yayılan alfa parçacıklarının kristal kafeste helyum atomları olarak yakalanması da özelliklerinde kademeli uzun vadeli değişikliklere neden olabilir.

Stoikiometri malzemesinin önemli ölçüde elektrik özelliklerini etkiler. Örneğin, UO elektriksel iletkenliği 1.994 olan büyüklüklerdir UO iletkenliğinden daha yüksek sıcaklıklarda daha düşük olan 2.001 .

Uranyum dioksit, U 3 O 8 gibi , yüksek sıcaklıklara dayanabilen seramik bir malzemedir (silikon veya GaAs için en fazla 200 °C'ye kıyasla yaklaşık 2300 °C), bu da onu termofotovoltaik cihazlar gibi yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun hale getirir.

Uranyum dioksit ayrıca radyasyon hasarına karşı dirençlidir , bu da onu özel askeri ve havacılık uygulamaları için rad-hard cihazlar için faydalı kılar .

Bir diyodu arasında U 3 O 8 ve PNP transistor UO 2 başarılı bir şekilde laboratuarda üretilmiştir.

toksisite

Uranyum dioksitin akciğerlerde fagositoz tarafından emildiği bilinmektedir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Barrett, SA; Jacobson, AJ; Tofield, M.Ö.; Çamurluk, BEF (1982). "Baryum uranyum oksit BaUO3+x'in hazırlanması ve yapısı". Acta Crystallographica Bölüm B . 38 (11): 2775. doi : 10.1107/S0567740882009935 .

Dış bağlantılar