Гідрид урану

Ура́ну (III) гідри́д, також тригідрид урану — складна неорганічна сполука з хімічною формулою UН₃.

Молярна маса — 241.05273 г/моль; густина — 10.95 г/см³; чорний порошок; існує у двох модифікаціях, з температурою перетворення α-UH₃ на β-UH₃ при 110—140 °C; ґратка — кубічна об'ємно-центрована з періодом a = 6.645 Å для β-UH₃ і a = 4.160 Å для α-UH₃; ентальпія утворення — ΔHШаблон:Su = -129.1 кДж/моль; сильний пірофор; реагує з водою та неорганічними кислотами, взаємодіє з органічними речовинами як сильний відновник.

Метод отримання

Гідрид урану синтезують прямою взаємодією компактного урану з газоподібним воднем в уставі Сивертса за тиску водню 1 атм:

$2U+3H_2\rightleftarrows 2U{H}_3$

Так само для дейтерію й тритію:

$2U+3D_2\rightleftarrows 2U{D}_3$

$2U+3T_2\rightleftarrows 2U{T}_3$

Для цього використовують ретельно очищені від поверхневих оксидів шматочки урану розміром 3—5 см³. Реакція протікає кількісно до UH₃ вище 200 °C (до 250 °C). За цих температур швидкість реакції пропорційна тиску та підпорядковується лінійному закону. За температури понад 250 °C швидкість реакції підлягає параболічному закону та контролюється дифузією (за вищих температур починає переважати зворотний процес).

Процес гідрування проводять найчастіше за температури 350 °C впродовж 2 год. Отриманий гідрид (β-UH₃) охолоджують до кімнатної температури в уставі, відтак виймають. Зберігають гідрид урану в атмосфері інертного газу через його пірофорність.

Властивості

Кристалічна структура UH₃ відрізняється від кристалічних форм металевого урану. За даними рентгеноструктурного аналізу, в гідриді урану практично відсутні металічні зв'язки. Проте UH₃ має явно металічні властивості: високу електропровідність (питомий опір 0.47 Ом·см), металічний блиск.

За даними роботи Тржебятовського й інших, гідрид урану нижче 173 К має феромагнетні властивості.

Якщо гідрид урану нагрівати, виділяється водень: для кожної температури є свій рівноважний тиск дисоціації. Для повного розкладання гідриду необхідна температура вища за 436 °C. Після термічної дисоціації гідриду урану утворюється тонкодисперсний пірофорні порошок металевого урану. Таким шляхом за необхідності можна переробити компактний уран у тонкодисперсний порошок з великою реакційною здатністю.

Гідрид урану може перебувати в завислому стані в ртуті, в інших металах і стопах.

Гідрид урану взаємодіє з водою та кислотами, виділяючи водень. Спалахує під час окислення концентрованою нітратною кислотою і пергідролем (30% розчином Гідроґену пероксиду). Розчинний у хлоратній, нітратній, гарячій концентрованій сульфатній і перхлоратній кислотах.

Луги з гідридом урану не реагують.

Енергійно взаємодіє UH₃ з органічними галогенідами, віднімаючи галоїд; разом утворюється і вільний Карбон. Аміак розкладає UH₃ за температури 250 °C з утворенням нітриду.

Практичне застосування

Гідрид урану використовують для синтезу різних сполуки урану (галогеніди) й перш за все для приготування з нього чистого, дисперсного металевого урану. Оскільки інтерметалічні сполуки урану не реагують з воднем, то металевий уран можна відокремити від сторонніх домішок гідруванням і просіюванням. Зокрема, цей метод може бути застосований до уран-алюмінієвих стопів.

Дуже чистий, сухий гідроґен, дейтерій і тритій можна отримати термічним розкладанням гідриду урану. Тоді як сам гідрид (дейтерид, тритид) може бути приготований з використанням водню, не ретельно очищеного. Це надійний засіб розділення ізотопів Гідроґену.

Джерела

• Химия и технология урана: Учебное пособие для вузов / Тураев Н.С., Жерин И.И. — М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2005, 407 с.; ил.
• Препаративная химия гидридов: Справочник / Антонова М М., Морозова Р. А. — К.: «Наук. думка», 1976, 99 с.