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compuestos de uranio

Los compuestos de uranio son compuestos formados por el elemento uranio (U). Aunque el uranio es un actínido radiactivo , sus compuestos son objeto de numerosos estudios debido ...

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Los compuestos de uranio son compuestos formados por el elemento uranio (U). Aunque el uranio es un actínido radiactivo , sus compuestos son objeto de numerosos estudios debido a su larga vida media y sus aplicaciones. Generalmente se presenta en los estados de oxidación +4 y +6 , si bien también puede presentarse en otros estados.

Estados de oxidación y óxidos

Óxidos

Modelo de esferas y varillas de una estructura cristalina en capas que contiene dos tipos de átomos.
Modelo de esferas y varillas de una estructura cristalina de tipo cúbico que contiene dos tipos de átomos.
El octóxido de triuranio (izquierda) y el dióxido de uranio (derecha) son los dos óxidos de uranio más comunes.

El concentrado de uranio calcinado , producido en muchas grandes plantas de procesamiento, contiene una distribución de especies de oxidación de uranio en diversas formas, desde las más oxidadas hasta las menos oxidadas. Las partículas con tiempos de residencia cortos en un calcinador generalmente estarán menos oxidadas que aquellas con tiempos de retención largos o las partículas recuperadas en el depurador de la chimenea. El contenido de uranio generalmente se referencia a U3 O8 , que data de los días delProyecto ManhattancuandoU3 O8 se utilizó como estándar de informes de química analítica. [ 1 ]

Las relaciones de fase en el sistema uranio-oxígeno son complejas. Los estados de oxidación más importantes del uranio son el uranio(IV) y el uranio(VI), y sus dos óxidos correspondientes son, respectivamente, el dióxido de uranio ( UO2 ) ytrióxido de uranio(UO3 ). [ 2 ] Otrosóxidos de uraniocomoel monóxido de uranio(UO),pentóxido de diuranio(U2 O5 ), yperóxido de uranio(UO4 ·2H2 O) también existen.

Las formas más comunes de óxido de uranio son el octóxido de triuranio ( U3 O8 ) yUO2. [ 3 ] Ambas formas de óxido son sólidos que tienen baja solubilidad en agua y son relativamente estables en un amplio rango de condiciones ambientales. El octóxido de triuranio es (dependiendo de las condiciones) el compuesto de uranio más estable y es la forma que se encuentra más comúnmente en la naturaleza. El dióxido de uranio es la forma en la que el uranio se usa más comúnmente como combustible para reactores nucleares.[ 3 ] A temperaturas ambiente,UO2 se convertirá gradualmente enU3 O8. Debido a su estabilidad, los óxidos de uranio se consideran generalmente la forma química preferida para el almacenamiento o la eliminación. [ 3 ]

Química acuosa

Uranio en sus estados de oxidación III, IV, V, VI

Las sales de muchos estados de oxidación del uranio son solubles en agua y pueden estudiarse en soluciones acuosas . Las formas iónicas más comunes son U 3+(marrón rojizo), U 4+(verde), UO + 2 (inestable) y UO 2+ 2 (amarillo), para U(III), U(IV), U(V) y U(VI), respectivamente. [ 4 ] Existen algunos compuestos sólidos y semimetálicos como UO y US para el estado de oxidación formal uranio(II), pero no se conocen iones simples que existan en solución para ese estado. Iones de U 3+liberan hidrógeno del agua y, por lo tanto , se consideran altamente inestables. El ion UO₂⁺² representa el estado uranio(VI) y se sabe que forma compuestos como carbonato de uranilo , cloruro de uranilo y sulfato de uranilo . El UO₂⁺² también forma complejos con diversos agentes quelantes orgánicos , siendo el acetato de uranilo el más común . [ 4 ]

A diferencia de las sales de uranilo de uranio y las formas catiónicas de óxido de uranio con iones poliatómicos , los uranatos , sales que contienen un anión de óxido de uranio poliatómico, generalmente no son solubles en agua.

Carbonatos

Las interacciones de los aniones carbonato con el uranio(VI) provocan un cambio significativo en el diagrama de Pourbaix al pasar del agua a una solución que contenga carbonato. Si bien la gran mayoría de los carbonatos son insolubles en agua (a menudo se enseña a los estudiantes que todos los carbonatos, excepto los de metales alcalinos, son insolubles), los carbonatos de uranio suelen ser solubles en agua. Esto se debe a que un catión U(VI) puede unirse a dos óxidos terminales y tres o más carbonatos para formar complejos aniónicos.

Efectos del pH

Cuando se aumenta el pH de una solución de uranio(VI) en un medio acuoso no complejante, el uranio se convierte en un hidróxido de óxido de uranio hidratado y a pH altos se convierte en un complejo de hidróxido aniónico.

Al añadir carbonato, el uranio se transforma en una serie de complejos de carbonato si aumenta el pH. Uno de los efectos de estas reacciones es el aumento de la solubilidad del uranio en el rango de pH de 6 a 8, un hecho que influye directamente en la estabilidad a largo plazo del dióxido de uranio gastado como combustible nuclear.

Hidruros, carburos y nitruros

El uranio metálico calentado a 250-300 °C (482-572 °F) reacciona con hidrógeno para formar hidruro de uranio . Temperaturas aún más altas eliminan reversiblemente el hidrógeno. Esta propiedad hace que los hidruros de uranio sean materiales de partida convenientes para crear polvo de uranio reactivo junto con diversos compuestos de carburo , nitruro y haluro de uranio. [ 6 ] Existen dos modificaciones cristalinas del hidruro de uranio: una forma α que se obtiene a bajas temperaturas y una forma β que se crea cuando la temperatura de formación supera los 250 °C. [ 6 ]   

Los carburos de uranio y los nitruros de uranio son compuestos semimetálicos relativamente inertes que son mínimamente solubles en ácidos , reaccionan con el agua y pueden inflamarse en el aire para formar U3 O8. [ 6 ] Los carburos de uranio incluyen el monocarburo de uranio (UC), el dicarburo de uranio(UC2 ), y tricarburo de diuranio (U2 C3 ). Tanto la UC comola UC2 se forman añadiendo carbono al uranio fundido o exponiendo el metal amonóxido de carbonoa altas temperaturas. Estable por debajo de 1800 °C,U2 C3 se prepara sometiendo una mezcla calentada de UC yUC2 al estrés mecánico. [ 7 ] Los nitruros de uranio obtenidos por exposición directa del metal alnitrógenoincluyen el mononitruro de uranio (UN), el dinitruro de uranio (UN2 ), y trinitruro de diuranio (U2 N3 ). [ 7 ]

Halogenuros

Sustancia parecida a la nieve en una ampolla de vidrio sellada.
El hexafluoruro de uranio es la materia prima que se utiliza para separar el uranio-235 del uranio natural.

Todos los fluoruros de uranio se crean utilizando tetrafluoruro de uranio ( UF6).4 );UFEl compuesto 4 se prepara mediante hidrofluoración de dióxido de uranio. [ 6 ] Reducción deUF4 con hidrógeno a 1000 °C produce trifluoruro de uranio (UF3 ). Bajo las condiciones adecuadas de temperatura y presión, la reacción delUF4 conhexafluoruro de uranio(UF6 ) pueden formar los fluoruros intermedios deU2 F9 ,U4 F17 yUF5 . [ 6 ]

A temperatura ambiente, UFEl compuesto 6 tiene una altapresión de vapor, lo que lo hace útil en elde difusión gaseosapara separar el isótopo raro uranio-235 del isótopo común uranio-238. Este compuesto se puede preparar a partir de dióxido de uranio e hidruro de uranio mediante el siguiente proceso: [ 6 ]

UO2 + 4 HF →UF4 + 2H2 O(500 °C, endotérmico)
UF4 +F2 →UF6 (350 °C, endotérmico)

La UF resultante6 , un sólido blanco, es altamentereactivo(por fluoración),se sublima(emitiendo un vapor que se comporta como ungas casi ideal) y es el compuesto de uranio más volátil que se conoce. [ 6 ]

Un método para preparar tetracloruro de uranio ( UCl4 ) consiste en combinar directamenteel clorocon uranio metálico o hidruro de uranio. La reducción deUCl4. El hidrógeno produce tricloruro de uranio (UCl).3 ) mientras que los cloruros superiores de uranio se preparan mediante reacción con cloro adicional. [ 6 ] Todos los cloruros de uranio reaccionan con agua y aire.

Los bromuros y yoduros de uranio se forman por reacción directa del bromo y el yodo , respectivamente, con el uranio o por adición de UH.3 a los ácidos de esos elementos. [ 6 ] Ejemplos conocidos incluyen:UBr3 ,UBr4 ,UI3 yUI4. Interfaz deusuario5 nunca se ha preparado. Los oxihaluros de uranio son solubles en agua e incluyenUO2 F2 ,UOCl2 ,UO2 Cl2 yUO2 Br2. La estabilidad de los oxihaluros disminuye a medida que aumenta elpeso atómicodel haluro componente. [ 6 ]

Véase también

Citas

  1. ↑ Kloprogge 2021 , págs. 861–862.
  2. ↑ Seaborg 1968 , pág. 779.
  3. 1 2 3 Laboratorio Nacional Argonne .
  4. 1 2 Seaborg 1968 , pág. 778.
  5. 1 2 3 4 Puigdomenech, Ignasi Base de datos y software de representación gráfica de equilibrio químico de Hydra/Medusa (2004) KTH Royal Institute of Technology, software de descarga gratuita en ( Departamento de Química )
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Seaborg 1968 , pág. 782.
  7. 1 2 Seaborg 1968 , pág. 780.

Fuentes

  • "Software de Equilibrio Químico" . Departamento de Química, Instituto Real de Tecnología KTH . Archivado del original el 29 de septiembre de 2007. Consultado el 29 de septiembre de 2007 .
  • "Formas químicas del uranio" . Laboratorio Nacional Argonne. Archivado del original el 22 de septiembre de 2006. Consultado el 18 de febrero de 2007 .
  • Kloprogge, J. Theo (2021). La tabla periódica: los bloques de construcción de la naturaleza: una introducción a los elementos que se encuentran en la naturaleza, sus orígenes y sus usos . Concepcion P. Ponce, Tom A. Loomis. Ámsterdam: Elsevier. pp. 861–862 . ISBN  978-0-12-821538-8OCLC 1223058470​​ 
  • Seaborg, Glenn T. (1968). "Uranio". La enciclopedia de los elementos químicos . Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. págs. 773–786 . LCCN 68029938 .