二氧化铀

离子型—萤石型晶体

二氧化 ( 铀 dioxide、uranous oxide)是铀的 氧化物 。 分子式 UO 2, 是 轻水反应堆 (包括压水堆、沸水堆)中广泛使用的 核燃料 。 

二氧化铀具有 熔点 高、高温稳定性好、抗辐照能力强、抗腐蚀性好、在辐照下尺寸变化小等特点。其主要缺点是导热性能相对较差。

二氧化铀是离子型— 萤石 型 晶体 ,呈碱性,通常为 红棕色 。其熔点为2865±15℃, 沸点 约3500℃,分子量270.03,理论密度10.98g/cm 3 。二氧化铀不溶于水,在 强酸 中可溶, 硝酸 能氧化为 硝酸双氧铀 。由于具有放射性和半导体性质, 电阻率 随温度升高而下降。在核工艺中,它是一种重要的中间物质。可通过用 氢气 还原 三氧化铀 或八 化三铀的方法制备,也可通过三 碳酸 铀 酰胺 的方法得到。二氧化铀被广泛应用于制造 核燃料 元件以及生产 四氟化铀 等领域。

化学特性

二氧化铀是铀-氧体系中的 热力学 稳定态之一, 立方晶系 ,面心立方结构( 萤石 型, 空间群 Fm3m),a=547pm,相对密度10.952。在100℃下,二氧化铀的热导率为0.09W/cm·℃,在室温下可与 盐酸 、 硫酸 、 硝酸 缓慢反应,易溶于硝酸。它不溶于水和碱,但溶于含 过氧化氢 的碱或 碳酸根 溶液,生成过 铀酸盐 ,在室温下较稳定,加热至200℃以上500℃以下时被氧化为UO 3 ,500℃以上被氧化成U 3 O 8 。

二氧化铀是常用于轻水堆、 重水 堆和 快中子增殖堆 的铀燃料形式,它是一种稳定的陶瓷燃料。在铀工艺中,二氧化铀是一种重要的中间产物,是干法生产 四氟化铀 的原料。

二氧化铀具有半导体性质, 电阻率 随温度升高而下降。由于二氧化铀具有受强辐照时不发生异性变形、在高温下晶格结构不变、不挥发和不与水发生化学反应等特性,已广泛用于制造反应堆燃料元件。二氧化铀在 强酸 中易溶, 硝酸 能将它氧化为 硝酸双氧铀 ,为离子型— 萤石 型 晶体 ,呈碱性。

毒性

二氧化铀被已知是由肺中的吞噬作用而被吸收。

特性和用途

二氧化铀不溶于水,极易和硝酸反应生成硝酸铀酰,还能和 二氧化钚 以任意比例混合。常温下 热传导 率为10W/mK,1000℃时的热传导率为4W/mK。二氧化铀的 电阻率 随温度升高而降低。因二氧化铀 熔点 高,所以通常被用作反应堆的核燃料。二氧化铀被烧结成直径和长度都是1厘米左右的圆柱体,串联起来放入中空的锆合金燃料棒内部。最后以8x8根燃料棒一组排列成正方形,六角形或圆形构成反应堆的堆芯。二氧化铀是天然 铀矿 中最主要的成分,通过化学反应和离心机可以得到高纯度的二氧化铀。同时还可以通过乏燃料的再处理得到二氧化铀。 摄氏度 700度时 三氧化铀 可以和 氢气 发生反应生成二氧化铀和水。

计算化学数据

1.疏水参数计算参考值(XlogP):无

2. 氢键 供体数量:0

3.氢键受体数量:2

4.可旋转 化学键 数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积34.1

7.重原子数量:3

8.表面电荷:0

9.复杂度:18.3

10. 同位素 原子数量:0

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15. 共价键 单元数量:1

制备方法

二氧化铀可通过用 氢气 还原 三氧化铀 或八氧化三铀的方法来制备,也可通过 三碳酸铀酰铵 直接煅烧还原制得。还原法的反应方程式:

U 3 O 8 +2H 2 →3UO 2 +2H 2 O

它是动力反应堆中广泛使用的核燃料,又是干法制备 四氟化铀 的重要原料。

安全信息

参考资料

  1. 二氧化铀 物竞数据库 2024-08-16