Fluoruro de uranio (VI)

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Fluoruro de uranio (VI)


General
Nombre sistemático	Fluoruro de uranio (VI)
química fórmula	ULTRAVIOLETA 6
Propiedades físicas
Masa molar	351,99 g/ mol
Densidad	5,09 g/cm3 ( sólido, 20°C); 4,9 g/cm3 ( sólido, 50°C); 13,3 g/l (p. ej., 60 °C) [1]
Propiedades termales
La temperatura
• fusión	64,0 °C (1,44 MPa )
• hirviendo	sublima a 56,4 °C
triple punto	64,052 °C a 151 kPa [1]
Punto crítico
• la temperatura	230,2 °C [1] °C
• presión	4,61 MPa [1]
entalpía
• educación	−2317 kJ/mol
Calor específico de vaporización	83,333 J/kg (a 64 °C) [1]
Calor específico de fusión	54,167 J/kg (a 64 °C) [1]
Propiedades químicas
Solubilidad
• en agua	reacciona
Clasificación
registro número CAS	[7783-81-5]
PubChem	24560
registro Número EINECS	232-028-6
SONRISAS	F[U](F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=1S/6FH.U/h6*1H;/q;;;;;;+6/p-6SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H
RTECS	YR4720000
CHEBI	30235
ChemSpider	22966 y 23253295
La seguridad
Concentración límite	0,015 mg/m 3 [2]
Toxicidad	extremadamente tóxico , radiactivo , agente oxidante fuerte
Iconos del BCE
NFPA 704	0 cuatro 3 BUEY
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.
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El fluoruro de uranio (VI) (otros nombres: hexafluoruro de uranio, hexafluoruro de uranio ) es un compuesto binario de uranio con flúor , cristales transparentes volátiles de color gris claro. El enlace uranio-flúor que contiene es covalente . Tiene una red cristalina molecular . Muy venenoso .

Es el único compuesto de uranio que pasa a estado gaseoso a una temperatura relativamente baja [1] y, por lo tanto, se usa ampliamente en el enriquecimiento de uranio : la separación de los isótopos 235 U y 238 U , una de las etapas principales en la producción. de combustible para reactores nucleares y uranio apto para armas.

Propiedades físicas

En condiciones normales , el hexafluoruro de uranio es un cristal volátil gris claro o transparente con una densidad de 5,09 g/cm 3 . A presión atmosférica , se sublima cuando se calienta a 56,4 °C, sin embargo, con un ligero aumento de presión (por ejemplo, cuando se calienta en una ampolla sellada ), puede transferirse a un líquido. Temperatura crítica 230,2 °C, presión crítica 4,61 MPa [1] .

El hexafluoruro de uranio es radiactivo , y los tres isótopos de uranio naturales ( 234U , 235U y 238U ) contribuyen a su radiactividad . La actividad específica del hexafluoruro de uranio con contenido natural de isótopos de uranio (no empobrecido y no enriquecido) es de 1,7×10 4 Bq /g . La actividad específica del hexafluoruro de uranio empobrecido (es decir, con un contenido reducido de 235 U) es ligeramente menor, altamente enriquecido en el isótopo uranio-235 puede ser incluso dos órdenes de magnitud mayor y depende del grado de enriquecimiento con uranio-235 [1] .

Los valores de radiactividad se refieren a material recién preparado, que está libre de todos los nucleidos hijos de la serie del uranio , excepto el uranio-234. Con el tiempo, aproximadamente 150 días después de la preparación del compuesto, los isótopos hijos se acumulan en el hexafluoruro de uranio y se restablece el equilibrio radiactivo natural en cuanto a la concentración de nucleidos hijos de vida corta 234 Th y 231 Th ( productos de desintegración alfa de 238 U y 235 U, respectivamente); como resultado, la actividad específica del hexafluoruro de uranio "viejo" con el contenido natural original de isótopos aumenta a 4,0 × 10 4 Bq /g [1] .

La densidad de los vapores de hexafluoruro de uranio en una amplia gama de presiones y temperaturas se puede expresar mediante la fórmula:

\rho ={4,291}\cdot 10^{-2}\cdot {\frac {P}{T))+{1,2328}\cdot 10^{4}\cdot {\frac {P} {T^{3}}},

donde es la densidad del vapor, kg/l;

\rho

PAGS

— presión ( kPa );

T

— temperatura absoluta ( K ) [1] .

La presión de vapor (mmHg) a la temperatura (°C) se puede encontrar utilizando las siguientes fórmulas empíricas [3] :122 . $PAGS$ $t$

Para rango de temperatura 0...64 °C (por encima de sólidos, precisión 0,05%):

\lg P=6,38363+0,0075377~t-{\frac {942,76}{t+183,416)).

Para rango de temperatura 64...116 °C (sobre líquido, precisión 0.03%):

\lg P=6,99464-{\frac {1126,296}{t+221,963)).

Para el rango de temperatura 116...230 °C (sobre líquido, precisión 0,3%):

\lg P=7,69069-{\frac {1683,165}{t+302,148)).

Propiedades químicas

Reacciona violentamente con agua y cuando se calienta con solventes orgánicos; en condiciones normales, se disuelve en disolventes orgánicos.

Al interactuar con el agua, forma fluoruro de uranilo y fluoruro de hidrógeno [1] :

{\mathsf {UF_{6}+2H_{2}O\rightarrow UO_{2}F_{2}+4HF\uparrow ))

Oxidante fuerte. En forma líquida, reacciona explosivamente con muchas sustancias orgánicas; por lo tanto, los lubricantes de hidrocarburo ordinarios, las masillas de sellado y los sellos no pueden usarse en aparatos llenos de hexafluoruro de uranio.

No reacciona con hidrocarburos totalmente fluorados como el teflón o los perfluoroalcanos . No interactúa en condiciones normales con el oxígeno y el nitrógeno , así como con el aire seco, pero reacciona con el vapor de agua contenido en el aire húmedo. En ausencia de vapores y trazas de agua, no provoca una corrosión significativa del aluminio , cobre , níquel , metal monel , bronce de aluminio [1] .

El fluoruro de uranio (VI) se puede utilizar como agente de fluoración en la producción de compuestos organofluorados . En la fluoración de compuestos orgánicos, el hexafluoruro se suele reducir a tetrafluoruro de uranio . El proceso de fluoración con hexafluoruro de uranio procede con la liberación de una gran cantidad de calor.

La fluoración de compuestos orgánicos insaturados va acompañada de la adición de flúor al doble enlace [4] . Entonces, el octafluoropropano se forma a partir de hexafluoropropileno :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CF{\text{=}}CF_{2}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CF_{ 2}{\text{-}}CF_{3}+UF_{4}}}

+ 424,7 kJ/mol.

A partir del fluoruro de vinilideno , se forma 1,1,1,2-tetrafluoroetano [4] :

{\mathsf {CF_{2}{\text{=}}CH_{2}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} }}

+ 344,6 kJ/mol.

La fluoración del tricloroetileno va acompañada de la formación de 1,2-difluoro-1,1,2-tricloroetano [4] :

{\mathsf {CCl_{2}{\text{=}}CHCl+UF_{6}\rightarrow CCl_{2}F{\text{-}}CHClF+UF_{4}}}.

La fluoración de compuestos orgánicos saturados con fluoruro de uranio (VI) va acompañada de la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno en el compuesto inicial por flúor [4] :

{\mathsf {CF_{3}{\text{-}}CH_{3}+UF_{6}\rightarrow CF_{3}{\text{-}}CH_{2}F+UF_{4} +HF\flecha arriba }}

+ 219,1 kJ/mol.

Conseguir

En el ciclo del combustible nuclear ruso : Obtenido por la interacción de compuestos de uranio (por ejemplo , tetrafluoruro de UF 4 , óxidos) con F 2 (en la industria, la reacción se lleva a cabo en una llama de una mezcla de H 2 y F 2 ) o algunos otros agentes fluorantes, y luego se purifican por destilación o centrifugación en una centrífuga de gas .
En el ciclo del combustible nuclear americano : Procesados en U 3 O 8 (" óxido de uranio " o "torta amarilla"), los minerales que contienen uranio se disuelven en ácido nítrico, obteniendo una solución de nitrato de uranilo UO 2 (NO 3 ) 2 . El nitrato de uranilo puro se obtiene por extracción con solvente (por ejemplo, TBP o D2EHPA ) y luego se expone a amoníaco para dar diuranato de amonio . La reducción con hidrógeno da dióxido de uranio UO 2 , que luego se convierte con ácido fluorhídrico HF en tetrafluoruro de uranio UF 4 . La oxidación con flúor da UF 6 .

Aplicación

Se utiliza en la separación de isótopos de 235 U y 238 U por difusión gaseosa o centrifugación para proporcionar material fisible a diversas tecnologías nucleares . Esto produce una cantidad significativa de residuos no utilizados (empobrecidos en uranio-235), generalmente almacenados como hexafluoruro de uranio en contenedores. Ahora se han acumulado enormes cantidades de hexafluoruro en los sitios de las plantas de enriquecimiento. La cantidad total de hexafluoruro de uranio acumulado en el mundo en 2010 es de unos 2 millones de toneladas [4] .

El hexafluoruro de uranio empobrecido se utiliza para la fluoración de compuestos orgánicos. Obtenido utilizando hexafluoruro de uranio como agente fluorante, octafluoropropano (C 3 F 8 , freon-218, R-218, FC-218) y 1,1,1,2-tetrafluoroetano (CF 3 -CFH 2 , freon-134a, R -134, HFC-134a) son un reemplazo alternativo para los refrigerantes que agotan la capa de ozono. El potencial de agotamiento del ozono de ODP es cero. El 1,2-difluorotricloroetano (CFCl 2 CFClH, freon-122a, R-122a, HCFC-122a) es un reemplazo alternativo para los solventes de fluoroclorocarbono que agotan la capa de ozono . Se puede utilizar como disolvente, extractante, agente espumante en la producción de productos poliméricos, anestésico para animales [5] .

Reservas y eliminación

A finales de la década de 2010, como resultado del enriquecimiento isotópico del uranio, se acumularon en el mundo entre 1,5 y 2 millones de toneladas de uranio empobrecido, y se añaden anualmente entre 40 y 60 mil toneladas de uranio empobrecido. [6] La gran mayoría de este volumen se almacena como hexafluoruro de uranio empobrecido (DUHF) en tanques de acero especiales. Con la mejora de las tecnologías de enriquecimiento de isótopos, las antiguas existencias de DUHF a veces se enriquecen aún más. Sin embargo, el almacenamiento a largo plazo de una cantidad tan grande de sustancias químicamente peligrosas no es deseable, por lo que existen tecnologías para convertir el hexafluoruro de uranio en formas menos peligrosas, como los óxidos de uranio o el tetrafluoruro de uranio UF 4 .

Hay proyectos conocidos para el procesamiento químico de hexafluoruro en Francia, EE. UU., Rusia y Gran Bretaña. [6] La productividad de las empresas de conversión de DUHF que operaron en 2018 supera las 60 mil toneladas por año en términos de uranio. En Francia, la conversión se realiza desde la década de 1980, para 2018 la capacidad es de 20 mil toneladas por año. En la década de 2000, se pusieron en marcha en Estados Unidos dos unidades con capacidad de 18 mil y 13,5 mil toneladas por año. En el Reino Unido se está construyendo una instalación con una capacidad de 7.000 toneladas. En Rusia, la primera instalación industrial basada en tecnología francesa se puso en funcionamiento en 2009 en una planta electroquímica en el Territorio de Krasnoyarsk. [7] [6] En 2010 se puso en funcionamiento allí una instalación para la reducción de DUHF en plasma de baja temperatura según tecnología rusa. La capacidad de estas dos unidades es de unas 10.000 toneladas al año. Todas estas plantas reciben óxido de uranio y fluoruro de hidrógeno . Además, en la planta química de Angarsk , se está desarrollando una planta piloto de demostración "Kedr" con una capacidad de 2 mil toneladas por año con la producción de tetrafluoruro de uranio utilizando la tecnología de reducción DUHF en una llama de hidrógeno.

Peligro

Riesgo biológico

En Rusia , clase de peligro 1, el MPC máximo de una sola vez en el aire del área de trabajo: 0,015 mg / m 3 (1998) [2] . En EE. UU., el umbral de exposición única de la ACGIH es de 0,6 mg/m 3 (1995).

Sustancia extremadamente cáustica que corroe cualquier materia orgánica viva con la formación de quemaduras químicas. En caso de contacto, se recomienda enjuagar con abundante agua. La exposición a vapores y aerosoles causa edema pulmonar . Absorbido en el cuerpo a través de los pulmones o el tracto gastrointestinal. Muy tóxico, provoca intoxicaciones graves. Tiene un efecto acumulativo con daño al hígado y los riñones.

El uranio es débilmente radiactivo. La contaminación del medio ambiente con compuestos de uranio crea el riesgo de accidentes por radiación.

En condiciones normales , es un sólido que se evapora rápidamente. La presión de vapor parcial es de 14 kPa. Rápidamente se forma una peligrosa concentración de vapores alrededor del sólido.

Peligro químico

Reacciona violentamente con el agua, incluida la humedad atmosférica, para formar UO 2 F 2 ( fluoruro de uranilo ) y fluoruro de hidrógeno HF.

La sustancia es un agente oxidante fuerte. Reacciona bien con sustancias orgánicas. Reacciona lentamente con muchos metales para formar fluoruros metálicos. Agresivo para el caucho y muchos plásticos. Reacciona con compuestos aromáticos como benceno y tolueno.

Peligro de incendio

No combustible, pero cuando se calienta (incluso en el fuego) emite humos tóxicos cáusticos. No utilice agua para extinguir un incendio. El uso de agentes extintores de polvo y dióxido de carbono es aceptable.

Notas

↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Apéndice II. Propiedades del UF 6 y sus productos de reacción. En: Guía provisional sobre el transporte seguro de hexafluoruro de uranio Archivado el 10 de septiembre de 2016 en Wayback Machine . — (OIEA-TECDOC-608). - OIEA, Viena, 1991. - ISSN 1011-4289.
↑ 1 2 HEXAFLUORURO DE URANIO . Consultado el 21 de octubre de 2016. Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2019. (indefinido)
↑ Enriquecimiento de uranio / Ed. S. Villani. — M.: Energoatomizdat, 1983, 320 p.
↑ 1 2 3 4 5 Orekhov V. T., Rybakov A. G., Shatalov V. V. Uso de hexafluoruro de uranio empobrecido en síntesis orgánica. - M. : Energoatomizdat, 2007. - 112 p. - ISBN 978-5-283-03261-0 .
↑ Productos organofluorados industriales: Ref. ed. / B. N. Maksimov, V. G. Barabanov, I. L. Serushkin y otros. - 2ª ed., revisada. y adicional - San Petersburgo. : "Química", 1996. - 544 p. — ISBN 5-7245-1043-X .
↑ 1 2 3 Legado de Fortificación . Consultado el 10 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 11 de noviembre de 2020. (indefinido)
↑ Desconversión de DUHF: cómo se hace en Zelenogorsk . Consultado el 10 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2019. (indefinido)