2.2 Уранның негізгі қосындылары

2.2.1 Уран гидриді

Металды уран сутекпен 250 - 300^oC-та (ұнтақ төмендеу температура кезінде) өзара әрекеттескен кезде, UH₃ уран гидриді түзіледі. Сондай-ақ реакция дейтериймен және тритиймен алып жүреді.

Шағын уран сутегімен реакцияласа бастап, әрі қарай жоғары жылдамдықпен ағып жүреді. Индукциялық кезеңнің ұзақтығы сутегінің тазалығына және металдың бетіне тәуелді болып келеді. Егер уран беті оксидтерден, ал сутегі -оттегіден ұқыпты тазартылса, онда реакция лезде басталады. Алынған өнімнің үйінді тығыздығы 3,4 г/см³, өзі көлемді жұқадисперсті қара түсті ұнтақ болып келеді. Реакция жылдамдығы 225^оС -та шегіне жетеді және сутегінің қысымы 1атм болады. 250^оС-тан жоғары температурада уран гидридінің түзілуі кенеттен түседі. Уранның сутегімен реакциясы қайтымды:

2U + 3H₂ = 2UH₃ (2.2)

Егер уран гидридін қыздырса, онда сутегі бөлінеді. Температураның әр қайсысы үшін өзінің диссоциациялау қысымының тепе-теңдігі болады. Диссоциациялау қысымы сутегінің ішкі қысымымен теңескен кезде, гидридтің түзілуі нольге жақындайтын болады. Гидридтің толық ыдырауы үшін температура 436^о С -тан жоғары болу керек.

2.2.2 Уран оксиді

Уранға +2 валенттілікті есептеуге болатын, бірден-бір қосылыс UO монооксид болып табылады. Ол алғаш рет металды уранда жұқа бетті қабат түрінде табылды. Ол елуінші жылдары таза күйінде аз ғана мөлшерде алынды.

Сондай-ақ белгілі болған стехиометриялық құрамды оксидтердің келесі түрлері бар: UO₂, U₄O₉, U₂O₅, U₅O₁₃, U₃O₈, UO₃, UO₄ • nН₂О. Олардың ішінен U₂O₅ метастабилді оксид болып табылады. Уран оттегі жүйесін зерделеген кезде, уран мен оттегінің аумалы қатынастарымен бірнеше гомогенді аймақтар табылды. Ауыспалы элементтер, оларға жатқызылатын уран, бірнеше тотығу дәрежесімен және бірлік электрондар бойынша біртіндеп ие болып немесе жоғалтатын қабілеттілігімен сипатталады. Егер UO₂ оттегімен әрекеттесетін болса, онда кристалды торға сонында енеді және аниондар үшін бос орынын алады.

2.2-cурет UO₂ -ден UO₃-ке дейінгі құрамды аймақтағы U-О жүйесінің фазалық бөлігінің диаграммасы

Уран оксидтерінің маңызды физика-химиялық сипаттамаларын келтіреміз.

Уран диоксиді UO₂ – қою-қоңыр түсті зат, флюорит типті қырлыорталандырылған кубтық тор болып келеді. Тордың көрсеткіші a = 5,47 -10 м. Теориялық тығыздығы 10,96 г/см³. Эксперименталды алынғын үлгінің тығыздығы 8,11-ден 11,1-ге г/см³ аралығында болады. Уран диоксиді өткізетін саңылау бар жартылайөткізгіш болып табылады. UO₂-ні 500-600^оС кезінде триоксид уранның сутегімен қайта қалпына келтіру жағдайында, сонымен қатар ауада 150-170^оС-та уранды тотықтыру арқылы алуға мүмкін болады.

Уран диоксиді қыздыруға тұрақты, балқу температурасы 2875^оС. Уран диоксиді тек негізгі қаситеттерді ғана айқындайды.

Уранның тотығу-тотығы U₃O₈ алдыңғы жұмыстарда, түсі алу тәсіліне байланысты, зәйтүн-жасылдан қара түске дейін өзгеретін аморфты ұнтақ түрінде сипатталды. Қазіргі уақытта дейін уранның тотығу-тотығы үш кристалды модификацияда болатындығы белгіленген. Тұрақтылығы жоғары және көбірек зерттелінген α-бөлшекті U₃O₈ болып табылады, онда ауада түйреу кезінде уран оксидінің қайсысы болсада жүріп өтеді. Термодинамикалық уранның тотығу-тотығы 650-ден 900⁰С аралығындағы интервалда тұрақты болады. Уран пероксидін, амоний полиуранатын, уранил және төртвалентті уран оксалатын, уранил нитратын, аммоний уранил трикарбонатты кешенін 700^оС-та ауада түйреу кезінде уранның тотығу-тотығы түзіледі. Концентрленген күшті қышқылдарда ғана U₃O₈ ериді. Тұзды және күкіртті қышқылдарда ⁺4 және ⁺6 тотығу дәрежелі қоспа, ал азотты қышқылда - уранил нитрат түзіледі. Араластырылған күкіртті және тұзды қышқылдарда, уранның тотығу -тотығы қыздырылған болса да өте нашар әрекеттеседі. Осы ерітінділерге тотықтырғыштарды (азот қышқылы, пиролюзитті) үстемелеп қосқанда еру жылдамдығы лезде жоғарылайды. Азотты қышқыл тотығу-тотығынан уранилнитрат түзілуін анықтайды.

Уранның тотығу-тотығы термиялық тұрақсыз, 1000^оС-тан бастап ол оттегінің ұсақталуымен ыдырайды, оның уран диоксидіне айналуы тек 1150^оС температурадан жоғары болған кезде жүреді.

Уранның триоксиді аммоний полиуранатын, уран пероксидін, уранил оксалатын 300-500^оС-та түйреу кезінде алынады. Уранның триоксиді сумен өзара әрекетескенде гидраттар қатары түзіледі:

-UO₃ • H₂O жасыл-сары түсті, тығыздығы 6,67 г/см³;

 - UO₃ • H₂O сары-жасыл түсті, тығыздығы 5,71 г/см³;

 -UO₃ • H₂O сұркүдері (серозамшевого) түсті, тығыздығы 5,56 г/см³;

UO₃ • 2H₂O айқын-сары түсті; UO₃ • 0,5Н₂O (H₂U₂O₇) және

UO_2,86 =1,5H₂O күлгін түсті, тығыздығы 6,85 г/см³ .

Жоғары валенттілікті уран амфотерлі қасиетке ие болады. Уран триоксидіне немесе оның гидратына қышқылмен әрекетестіргенде сары-жасыл түске боялған уранил ( UO₂²⁺ ) тұздары түзіледі:

UO₃ + 2HCl = UO₂Cl₂ + H₂O

Уранил тұздарының көбісі суда жақсы ериді.

Сілтімен уран триоксидін қорыта еріткен кезде, уранды қышқылдың тұздары-уранаттар Me₂UO₄ түзіледі:

UO₃ + 2NaOH = Na₂UO₄ + H₂O

Сілтілік еріткіштермен уран триоксидін қорыта еріткен кезде, полиуранды қышқылдың тұздары - полиуранаттар xMe₂O • yUO₃ • nH₂O түзіледі:

Негізгіге қарағанда алтывалентті уранның қышқылдық қасиеті тым нашар айқындалады. Барлық уранаттар және полиуранаттар тәжірибе жүзінде суда ерімейді, бірақ олар аластырылған қышқылдарда және карбонатты ерітінділерде жақсы ериді.

Уранаттар, полиуранаттар, пероксоуранаттар. Уранаттар уран триоксидін сілітілі және сілітіліжер металдар оксидімен әрекеттескенде, сондай-ақ сілітіліметалдардың нитратты қорытпасынан тұндыру кезінде алынады. Полиуренаттар уранилдің сулы ерітіндісіне аммиак немесе сілті ерітіндісін үстемелеп қосқан кезде алынады. Гидрометалды шектің аяқталып біту сатысында «сары кек» түрінде бөлінетін, аммоний полиуренаттардың маңызды мағынасы бар болады.