El hidruro de uranio , también llamado trihidruro de uranio (UH 3 ), es un compuesto inorgánico y un hidruro de uranio .
Nombres | |
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Otros nombres | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
PubChem CID | |
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Propiedades | |
OH 3 | |
Masa molar | 241.05273 g mol −1 |
Apariencia | Polvo pirofórico de color gris parduzco a negro pardusco |
Densidad | 10,95 g cm −3 |
Reacciona | |
Estructura | |
Cúbico, cP32 | |
Pm 3 n, No. 223 | |
a = 664,3 pm [4] | |
Peligros | |
Ficha de datos de seguridad | ibilabs.com |
punto de inflamabilidad | Pirofórico |
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 | |
Propiedades
El hidruro de uranio es un polvo pirofórico o un sólido quebradizo altamente tóxico, de color gris pardusco a negro pardusco . Su densidad a 20 ° C es de 10,95 g cm −3 , mucho menor que la del uranio (19,1 g cm −3 ). Tiene una conductividad metálica, es ligeramente soluble en ácido clorhídrico y se descompone en ácido nítrico .
Existen dos modificaciones cristalinas de hidruro de uranio, ambas cúbicas: una forma α que se obtiene a bajas temperaturas y una forma β que crece cuando la temperatura de formación es superior a 250 ° C. [5] Después del crecimiento, ambas formas son metaestables a temperatura ambiente y por debajo, pero la forma α se convierte lentamente en la forma β al calentarse a 100 ° C. [3] Tanto α- como β-UH 3 son ferromagnéticos a temperaturas por debajo de ~ 180 K. Por encima de 180 K, son paramagnéticos. [6]
Formación en uranio metálico
Reacción del gas hidrógeno
La exposición del uranio metálico al hidrógeno conduce a la fragilización por hidrógeno . El hidrógeno se difunde a través del metal y forma una red de hidruro quebradizo sobre los límites de los granos . El hidrógeno se puede eliminar y la ductilidad renovada mediante el recocido al vacío . [7]
El uranio metálico calentado a 250 a 300 ° C (482 a 572 ° F ) reacciona con hidrógeno para formar hidruro de uranio . Un calentamiento adicional a aproximadamente 500 ° C eliminará reversiblemente el hidrógeno. Esta propiedad hace que los hidruros de uranio sean materiales de partida convenientes para crear polvo de uranio reactivo junto con varios compuestos de carburo , nitruro y haluro de uranio . [5] La reacción reversible procede de la siguiente manera: [2]
- 2 U + 3 H 2 ⇌ 2 UH 3
El hidruro de uranio no es un compuesto intersticial , lo que hace que el metal se expanda tras la formación del hidruro. En su red , cada átomo de uranio está rodeado por otros 6 átomos de uranio y 12 átomos de hidrógeno ; cada átomo de hidrógeno ocupa un gran agujero tetraédrico en la red. [8] La densidad del hidrógeno en el hidruro de uranio es aproximadamente la misma que en el agua líquida o en el hidrógeno líquido . [9] El enlace UHU a través de un átomo de hidrógeno está presente en la estructura. [10]
Reacción de agua
El hidruro de uranio se forma cuando el uranio metálico (por ejemplo, en el combustible Magnox con revestimiento corroído ) se expone al agua; la reacción procede de la siguiente manera:
- 7 U + 6 H 2 O → 3 UO 2 + 4 UH 3
El hidruro de uranio resultante es pirofórico; Si el metal (por ejemplo, una barra de combustible dañada ) se expone al aire posteriormente, se puede generar un calor excesivo y el uranio metálico a granel puede arder. [11] El uranio contaminado con hidruros puede pasivarse mediante la exposición a una mezcla gaseosa de 98% de helio con 2% de oxígeno . [12] La humedad condensada en el uranio metálico promueve la formación de hidrógeno e hidruro de uranio; se puede formar una superficie pirofórica en ausencia de oxígeno. [13] Esto plantea un problema con el almacenamiento submarino de combustible nuclear gastado en estanques de combustible gastado . Dependiendo del tamaño y la distribución de las partículas de hidruro, la autoignición puede ocurrir después de una duración indeterminada de exposición al aire. [14] Esta exposición presenta un riesgo de autoignición de los desechos de combustible en las bóvedas de almacenamiento de desechos radiactivos. [15]
El uranio metálico expuesto al vapor produce una mezcla de hidruro de uranio y dióxido de uranio . [8]
El hidruro de uranio expuesto al agua genera hidrógeno. En contacto con oxidantes fuertes, esto puede provocar incendios y explosiones. El contacto con los halocarbonos puede provocar una reacción violenta. [dieciséis]
Otras reacciones quimicas
El polvo de hidruro de uranio impregnado de poliestireno no es pirofórico y se puede prensar, sin embargo, su relación hidrógeno-carbono es desfavorable. En cambio, el poliestireno hidrogenado se introdujo en 1944. [17]
Se dice que el deuteruro de uranio se puede utilizar para el diseño de algunos tipos de iniciadores de neutrones .
Se propone hidruro de uranio enriquecido a aproximadamente un 5% de uranio-235 como moderador combinado de combustible nuclear / neutrones para el módulo de energía nuclear autorregulado moderado por hidrógeno . Según la solicitud de patente antes mencionada, el diseño del reactor en cuestión comienza a producir energía cuando se admite hidrógeno gas a una temperatura y presión suficientes en el núcleo (compuesto de uranio metálico granulado) y reacciona con el uranio metálico para formar hidruro de uranio. [18] El hidruro de uranio es tanto un combustible nuclear como un moderador de neutrones ; aparentemente, al igual que otros moderadores de neutrones, ralentizará los neutrones lo suficiente como para permitir que se produzcan reacciones de fisión; los átomos de uranio-235 dentro del hidruro también sirven como combustible nuclear. Una vez que la reacción nuclear ha comenzado, continuará hasta que alcance una cierta temperatura, aproximadamente 800 ° C (1,500 ° F), donde, debido a las propiedades químicas del hidruro de uranio, se descompone químicamente y se convierte en gas hidrógeno y uranio metálico. La pérdida de moderación de neutrones debido a la descomposición química del hidruro de uranio ralentizará, y eventualmente detendrá, la reacción. Cuando la temperatura vuelve a un nivel aceptable, el hidrógeno se volverá a combinar con el uranio metálico, formando hidruro de uranio, restableciendo la moderación y la reacción nuclear comenzará de nuevo. [18]
El hidruro de uranio y circonio (UZrH), una combinación de hidruro de uranio e hidruro de circonio (II) , se utiliza como combustible / moderador en los reactores de la clase TRIGA .
Al calentarlo con diborano , el hidruro de uranio produce boruro de uranio . [19] Con bromo a 300 ° C, se produce bromuro de uranio (IV) . Con cloro a 250 ° C, se produce cloruro de uranio (IV) . El fluoruro de hidrógeno a 20 ° C produce fluoruro de uranio (IV) . El cloruro de hidrógeno a 300 ° C produce cloruro de uranio (III) . El bromuro de hidrógeno a 300 ° C produce bromuro de uranio (III) . El yoduro de hidrógeno a 300 ° C produce yoduro de uranio (III) . El amoníaco a 250 ° C produce nitruro de uranio (III) . El sulfuro de hidrógeno a 400 ° C produce sulfuro de uranio (IV) . El oxígeno a 20 ° C produce octóxido de triuranio . El agua a 350 ° C produce dióxido de uranio . [20]
El ion hidruro de uranio puede interferir con algunas mediciones de espectrometría de masas , apareciendo como un pico en la masa 239, creando un falso aumento de señal para el plutonio-239. [21]
Historia
Se utilizaron babosas de hidruro de uranio en la serie de experimentos " cosquillas en la cola del dragón " para determinar la masa crítica de uranio. [22]
Se sugirió el hidruro de uranio y el deuteruro de uranio como material fisionable para una bomba de hidruro de uranio . Sin embargo, las pruebas con hidruro de uranio y deuteruro de uranio durante la Operación Upshot-Knothole fueron decepcionantes. Durante las primeras fases del Proyecto Manhattan , en 1943, se investigó el hidruro de uranio como material de bomba prometedor; fue abandonado a principios de 1944, ya que resultó que tal diseño sería ineficaz. [23]
Aplicaciones
El hidrógeno, el deuterio y el tritio se pueden purificar al reaccionar con uranio y luego descomponer térmicamente el hidruro / deuteruro / trituro resultante. [24] Durante décadas, se ha preparado hidrógeno extremadamente puro a partir de lechos de hidruro de uranio. [25] Calentar hidruro de uranio es una forma conveniente de introducir hidrógeno en un sistema de vacío. [26]
El hinchamiento y la pulverización en la síntesis de hidruro de uranio se pueden utilizar para la preparación de uranio metálico muy fino, si el hidruro en polvo se descompone térmicamente.
El hidruro de uranio se puede utilizar para la separación de isótopos de hidrógeno , la preparación de polvo metálico de uranio y como agente reductor .
Referencias
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