El hexafluoruro de uranio ( U F 6 ), conocido coloquialmente como " hex " en la industria nuclear, es un compuesto utilizado en el proceso de enriquecimiento de uranio , que produce combustible para reactores nucleares y armas nucleares .
Nombres | |
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Nombres IUPAC Hexafluoruro de uranio Fluoruro de uranio (VI) | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.029.116 |
PubChem CID | |
Número RTECS |
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UNII | |
un numero | 2978 (<1% 235 U) 2977 (> 1% 235 U) |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
UF 6 | |
Masa molar | 352,02 g / mol |
Apariencia | Sólido incoloro |
Densidad | 5,09 g / cm 3 , sólido |
Punto de fusion | 56,5 ° C (133,7 ° F; 329,6 K) (sublima, a presión atmosférica) |
Hidroliza | |
Solubilidad |
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Estructura | |
Ortorrómbico , OP28 | |
Pnma, No. 62 | |
Octaédrica ( O h ) | |
0 | |
Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | |
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Peligros | |
Ficha de datos de seguridad | ICSC 1250 |
Clasificación de la UE (DSD) (desactualizada) | T + (T +) N (N) |
Frases R (desactualizadas) | R26 / 28 , R33 , R51 / 53 |
Frases S (desactualizadas) | (S1 / 2) , S20 / 21 , S45 , S61 |
NFPA 704 (diamante de fuego) | 4 0 2 W OX |
punto de inflamabilidad | No es inflamable |
Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Hexacloruro de uranio |
Otros cationes | Hexafluoruro de neptunio Hexafluoruro de plutonio |
Fluoruros de uranio relacionados | Fluoruro de uranio (III) Fluoruro de uranio (IV) Fluoruro de uranio (V) |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El hexágono forma cristales grises sólidos a temperatura y presión estándar , es altamente tóxico, reacciona con el agua y es corrosivo para la mayoría de los metales. El compuesto reacciona suavemente con el aluminio , formando una capa superficial delgada de AlF 3 que resiste cualquier reacción posterior del compuesto.
Preparación
El mineral de uranio molido, U 3 O 8 o " torta amarilla ", se disuelve en ácido nítrico , produciendo una solución de nitrato de uranilo UO 2 (NO 3 ) 2 . El nitrato de uranilo puro se obtiene mediante extracción con disolvente , luego se trata con amoniaco para producir diuranato de amonio ("ADU", (NH 4 ) 2 U 2 O 7 ). La reducción con hidrógeno da UO 2 , que se convierte con ácido fluorhídrico (HF) en tetrafluoruro de uranio , UF 4 . La oxidación con flúor produce UF 6 .
Durante el reprocesamiento nuclear , el uranio se hace reaccionar con trifluoruro de cloro para dar UF 6 :
- U + 2 ClF 3 → UF 6 + Cl 2
Propiedades
Propiedades físicas
A presión atmosférica , se sublima a 56,5 ° C. [3]
La estructura del estado sólido se determinó mediante difracción de neutrones a 77 K y 293 K. [4] [5]
Modelo de bola y palo de la celda unitaria de hexafluoruro de uranio [6]
Longitudes y ángulos de enlace del hexafluoruro de uranio gaseoso [7]
Propiedades químicas
Se ha demostrado que el hexafluoruro de uranio es un oxidante [8] y un ácido de Lewis que puede unirse al fluoruro ; por ejemplo, se informa que la reacción de fluoruro de cobre (II) con hexafluoruro de uranio en acetonitrilo forma heptafluorouranato de cobre (II) (VI), Cu (UF 7 ) 2 . [9]
Los fluoruros de uranio (VI) poliméricos que contienen cationes orgánicos se han aislado y caracterizado por difracción de rayos X. [10]
Aplicación en el ciclo del combustible nuclear
El UF 6 se utiliza en los dos métodos principales de enriquecimiento de uranio ( difusión gaseosa y método de centrifugación gaseosa ) porque su punto triple se encuentra a una temperatura de 64,05 ° C (147 ° F, 337 K) y solo ligeramente superior a la presión atmosférica normal. El flúor tiene un solo isótopo estable natural, por lo que los isotopólogos de UF 6 difieren en su peso molecular basándose únicamente en el isótopo de uranio presente. [11]
Todos los demás fluoruros de uranio son sólidos no volátiles que son polímeros de coordinación .
La difusión gaseosa requiere aproximadamente 60 veces más energía que el proceso de centrifugación de gas: el combustible nuclear producido por difusión gaseosa produce 25 veces más energía que la que se usa en el proceso de difusión, mientras que el combustible producido por centrifugación produce 1.500 veces más energía que la que se usa en la centrifugadora. proceso.
Además de su uso en el enriquecimiento, el hexafluoruro de uranio se ha utilizado en un método de reprocesamiento avanzado ( volatilidad del fluoruro ), que se desarrolló en la República Checa . En este proceso, el combustible nuclear de óxido usado se trata con gas flúor para formar una mezcla de fluoruros. Esta mezcla luego se destila para separar las diferentes clases de material.
El enriquecimiento de uranio produce grandes cantidades de hexafluoruro de uranio empobrecido , o DUF 6 , como producto de desecho. El almacenamiento a largo plazo de DUF 6 presenta riesgos para el medio ambiente, la salud y la seguridad debido a su inestabilidad química. Cuando el UF 6 se expone al aire húmedo, reacciona con el agua del aire para producir UO 2 F 2 ( fluoruro de uranilo ) y HF ( fluoruro de hidrógeno ), ambos altamente corrosivos y tóxicos. En 2005, 686.500 toneladas de DUF 6 se almacenaron en 57.122 cilindros de almacenamiento ubicados cerca de Portsmouth, Ohio ; Oak Ridge, Tennessee ; y Paducah, Kentucky . [12] [13] Los cilindros de almacenamiento deben inspeccionarse periódicamente para detectar signos de corrosión y fugas. La vida útil estimada de los cilindros de acero se mide en décadas. [14]
Ha habido varios accidentes con hexafluoruro de uranio en los EE. UU., Incluido un accidente de llenado de cilindros y la liberación de material en Sequoyah Fuels Corporation en 1986. [15] El gobierno de EE. UU. Ha estado convirtiendo DUF 6 en óxidos de uranio sólidos para su eliminación. [16] Tal disposición de todo el inventario de DUF 6 podría costar entre $ 15 millones y $ 450 millones. [17]
Cilindro de envío UF 6 de 14 toneladas roto . 1 fatalidad, decenas de heridos. ~ 29500 libras de material liberado. Sequoyah Fuels Corporation 1986.
Patio de almacenamiento de DUF 6 desde lejos
Cilindros DUF 6 : pintados (izquierda) y corroídos (derecha)
Referencias
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 16 de septiembre de 2013 . Consultado el 8 de agosto de 2013 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b c d Johnson, Gerald K. (1979). "La entalpía de formación de hexafluoruro de uranio". La revista de termodinámica química . 11 (5): 483–490. doi : 10.1016 / 0021-9614 (79) 90126-5 .
- ^ Brickwedde, Ferdinand G .; Hoge, Harold J .; Scott, Russell B. (1948). "Las capacidades de calor a baja temperatura, entalpías y entropías de UF 4 y UF 6 ". J. Chem. Phys. 16 (5): 429–436. doi : 10.1063 / 1.1746914 .
- ^ JH Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). "Estructura de los fluoruros. Parte XII. Estudio de difracción de neutrones monocristalino de hexafluoruro de uranio a 293 K". J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 219–224. doi : 10.1039 / DT9760000219 .
- ^ JH Levy, JC Taylor y AB Waugh (1983). "Estudios estructurales de polvo de neutrones de UF 6 , MoF 6 y WF 6 a 77 K". Revista de química del flúor . 23 : 29–36. doi : 10.1016 / S0022-1139 (00) 81276-2 .
- ^ JC Taylor, PW Wilson, JW Kelly: „Las estructuras de los fluoruros. I. Desviaciones de la simetría ideal en la estructura del UF 6 cristalino: un análisis de difracción de neutrones ", Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , p. 7-12; doi : 10.1107 / S0567740873001895 .
- ^ Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W .; Bernard (1968). "Investigación de difracción de electrones de los hexafluoruros de tungsteno, osmio, iridio, uranio, neptunio y plutonio" . J. Chem. Phys. 48 (8): 4001–4012. doi : 10.1063 / 1.1669727 .
- ^ GH Olah; J. Welch (1978). "Métodos sintéticos y reacciones. 46. Oxidación de compuestos orgánicos con hexafluoruro de uranio en soluciones de haloalcanos". Mermelada. Chem. Soc. 100 (17): 5396–5402. doi : 10.1021 / ja00485a024 .
- ^ JA Berry; RT Poole; A. Prescott; DWA Sharp; JM Winfield (1976). "Las propiedades oxidantes y aceptor de iones de fluoruro del hexafluoruro de uranio en acetonitrilo". J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): 272–274. doi : 10.1039 / DT9760000272 .
- ^ SM Walker; PS Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). "De moléculas a estructuras: dimensionalidad variable en el sistema UO 2 (CH 3 COO) 2 · 2H 2 O / HF (aq) / piperazina. Síntesis, estructuras y caracterización de UO de dimensión cero (C 4 N 2 H 12 ) 2 F 4 · 3H 2 O, unidimensional (C 4 N 2 H 12 ) 2 U 2 F 12 · H 2 O, bidimensional (C 4 N 2 H 12 ) 2 (U 2 O 4 F 5 ) 4 · 11H 2 O, y tridimensional (C 4 N 2 H 12 ) U 2 O 4 F 6 ". Mermelada. Chem. Soc . 121 (45): 10513-10521. doi : 10.1021 / ja992145f .
- ^ "Enriquecimiento de uranio y el proceso de difusión gaseosa" . USEC Inc. Archivado desde el original el 19 de octubre de 2007 . Consultado el 24 de septiembre de 2007 .
- ^ "¿Cuánto hexafluoruro de uranio empobrecido se almacena en los Estados Unidos?" . Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotado . Laboratorio Nacional Argonne .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Documentos
- ^ "¿Qué es DUF 6 ? ¿Es peligroso y qué debemos hacer con él?" . Instituto de Investigaciones Energéticas y Ambientales. 2007-09-24.
- ^ "¿Ha habido accidentes con hexafluoruro de uranio?" . Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotado . Laboratorio Nacional Argonne. Archivado desde el original el 9 de junio de 2017.
- ^ "¿Qué va a pasar con el hexafluoruro de uranio almacenado en los Estados Unidos?" . Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotado . Laboratorio Nacional Argonne.[ enlace muerto permanente ]
- ^ "¿Existe alguna instalación de disposición final en funcionamiento que pueda aceptar todo el óxido de uranio empobrecido que se generaría a partir de la conversión del inventario de UF 6 agotado del DOE ?" . Preguntas frecuentes sobre UF 6 agotado . Laboratorio Nacional Argonne.[ enlace muerto permanente ]
Otras lecturas
- Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Uran, Teil A, pág. 121-123.
- Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Uran, Teil C 8, pág. 71-163.
- R. DeWitt: Hexafluoruro de uranio: Estudio de las propiedades físico-químicas , Informe técnico, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Portsmouth, Ohio; 12. Agosto de 1960; doi : 10.2172 / 4025868 .
- Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżynński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt , Stephen F. Wolf: Uranio , en: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): La química de los elementos actínidos y transactínidos , Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1 , pág. 253–698; doi : 10.1007 / 1-4020-3598-5_5 (págs. 530–531, 557–564).
- Patente de EE.UU. 2535572: Preparación de UF 6 ; 26 de diciembre de 1950.
- Patente de EE.UU. 5723837: Purificación de hexafluoruro de uranio ; 3. Marzo de 1998.
enlaces externos
- Simon Cotton (Uppingham School, Rutland, Reino Unido): Hexafluoruro de uranio .
- Hexafluoruro de uranio (UF 6 ) - Propiedades físicas y químicas del UF 6 y su uso en el procesamiento de uranio - Hexafluoruro de uranio y sus propiedades
- Importación de hexafluoruro de uranio empobrecido occidental (colas de uranio) a Rusia [enlace muerto el 30 de junio de 2017]
- Hexafluoruro de uranio en www.webelements.com