Uranhexafluorid (UF6), även känd som hex, är en kemisk förening av uran och fluor. Uranhexafluorid är ett flyktigt vitt fast ämne som reagerar med vatten och frigör frätande fluorvätesyra. Föreningen reagerar milt med aluminium och bildar ett tunt ytskikt av AlF3 som motstår ytterligare reaktioner från föreningen. UF6 används för att anrika uran, som produceras för tillverkning av bränsle för kärnreaktorer och kärnvapen. Uranhexafluorid korroderar även de flesta metaller.

Uranhexafluorid
StrukturformelMolekylmodell
Systematiskt namnUran(IV)hexafluorid
Övriga namnHex
Kemisk formelUF6
Molmassa352,02 g/mol
UtseendeFärglösa kristaller
CAS-nummer7783-81-5
SMILESF[U](F)(F)(F)(F)F
Egenskaper
Densitet5,09 g/cm³
Löslighet (vatten)Hydrolys
Smältpunkt64,8 °C (Trippelpunkt)
Kokpunkt56,5 °C (Sublimerar)
Faror
Huvudfara
Mycket giftig Mycket giftig
[1]
NFPA 704

NFPA 704.svg

0
4
2
W+OX
LD5050 mg/kg
SI-enheter & STP används om ej annat angivits

FramställningRedigera

Malen uranmalm — U3O8 eller "yellow cake" — löses i salpetersyra och ger en lösning av uranylnitrat UO2(NO3)2. Rent uranylnitrat erhålls genom lösningsmedelsextraktion och behandlas sedan med ammoniak för att framställa ammoniumdiuranat ("ADU", (NH4)2U2O7). Reduktion med väte ger UO2, som omvandlas med fluorvätesyra (HF) till urantetrafluorid, UF4. Oxidation av detta med fluor ger UF6.

Under kärnupparbetning reageras uran med klortrifluorid för att ge UF6:

U + 2 ClF3 → UF6 + Cl2

EgenskaperRedigera

Fysiska egenskaperRedigera

Vid atmosfärstryck sublimerar uranhexafluorid vid 56,5 °C.[2] Det fasta tillståndets struktur bestämdes genom neutrondiffraktion vid 77 K och 293 K.[3][4]

Kemiska egenskaperRedigera

Det har visat sig att uranhexafluorid är en oxidant[7] och en Lewissyra som kan binda till fluor. Till exempel rapporteras reaktionen av koppar(II)fluorid med uranhexafluorid i acetonitril bilda koppar(II)heptafluorouranat(VI), Cu(UF7)2.[8]

Polymera uran(VI)fluorider som innehåller organiska katjoner har isolerats och karakteriserats genom röntgendiffraktion.[9]

Användning i kärnbränslecykelnRedigera

 
Fasdiagram för UF6.

Som en av de mest flyktiga uranföreningarna är uranhexafluorid relativt bekväm att bearbeta och används i båda de viktigaste urananrikningsmetoderna, nämligen gasdiffusion och gascentrifugmetoden. Eftersom trippelpunkten för UF6 — 64 °C och 152 kPa[10] — ligger nära omgivningsförhållandena kan fasövergångar uppnås i en bearbetningsanläggning med litet termodynamiskt arbete.

Fluor har bara en enda naturligt förekommande stabil isotop, så isotopologer av UF6 skiljer sig åt i sin molekylvikt baserat enbart på den närvarande uranisotopen.[11] Denna skillnad är grunden för den fysiska separationen av uranisotoper vid anrikning. Omvandlingsfaktorn för 238U-isotopen för UF6 ("hex") till "U-massa" är .676.[12]

Gasdiffusion kräver cirka 60 gånger så mycket energi som gascentrifugprocessen. Gasdiffusionsproducerat kärnbränsle producerar 25 gånger mer energi än vad som används i diffusionsprocessen, medan centrifugproducerat bränsle producerar 1 500 gånger mer energi än vad som används i centrifugprocessen.

Anrikning av uran ger upphov till stora mängder utarmat uranhexafluorid, eller DUF6, som en avfallsprodukt. Långtidsförvaring av DUF6 utgör miljö-, hälso- och säkerhetsrisker på grund av dess kemiska instabilitet. När UF6 utsätts för fuktig luft reagerar den med vattnet i luften för att producera UO2F2(uranylfluorid) och HF (vätefluorid) som båda är mycket frätande och giftiga. År 2005 var 686 500 ton DUF6 inrymt i 57 122 lagringscylindrar nära Portsmouth, Ohio, Oak Ridge, Tennessee, och Paducah, Kentucky.[13][14] Förvaringscylindrar måste regelbundet inspekteras med avseende på tecken på korrosion och läckage. Stålcylindrarnas beräknade livslängd mäts i årtionden.[13][15]

ReferenserRedigera

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Uranium hexafluoride, 18 december 2022.

NoterRedigera

  1. ^ Uranium(VI) fluoride
  2. ^ Brickwedde, Ferdinand G.; Hoge, Harold J.; Scott, Russell B. (1948). ”The Low Temperature Heat Capacities, Enthalpies, and Entropies of UF4 and UF6”. J. Chem. Phys. 16 (5): sid. 429–436. doi:10.1063/1.1746914. Bibcode1948JChPh..16..429B. 
  3. ^ J. H. Levy; John C. Taylor; Paul W. Wilson (1976). ”Structure of Fluorides. Part XII. Single-Crystal Neutron Diffraction Study of Uranium Hexafluoride at 293 K”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 219–224. doi:10.1039/DT9760000219. 
  4. ^ J. H. Levy, J. C. Taylor and A. B. Waugh (1983). ”Neutron Powder Structural Studies of UF6, MoF6 and WF6 at 77 K”. Journal of Fluorine Chemistry 23: sid. 29–36. doi:10.1016/S0022-1139(00)81276-2. 
  5. ^ J. C. Taylor, P. W. Wilson, J. W. Kelly: „The structures of fluorides. I. Deviations from ideal symmetry in the structure of crystalline UF6: a neutron diffraction analysis", Acta Crystallogr., 1973, B29, p. 7–12; doi:10.1107/S0567740873001895.
  6. ^ Kimura, Masao; Schomaker, Werner; Smith, Darwin W.; Bernard (1968). ”Electron‐Diffraction Investigation of the Hexafluorides of Tungsten, Osmium, Iridium, Uranium, Neptunium, and Plutonium”. J. Chem. Phys. 48 (8): sid. 4001–4012. doi:10.1063/1.1669727. Bibcode1968JChPh..48.4001K. https://authors.library.caltech.edu/71173/. 
  7. ^ G. H. Olah; J. Welch (1978). ”Synthetic methods and reactions. 46. Oxidation of organic compounds with uranium hexafluoride in haloalkane solutions”. J. Am. Chem. Soc. 100 (17): sid. 5396–5402. doi:10.1021/ja00485a024. 
  8. ^ J. A. Berry; R. T. Poole; A. Prescott; D. W. A. Sharp; J. M. Winfield (1976). ”The oxidising and fluoride ion acceptor properties of uranium hexafluoride in acetonitrile”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (3): sid. 272–274. doi:10.1039/DT9760000272. 
  9. ^ S. M. Walker; P. S. Halasyamani; S. Allen; D. O'Hare (1999). ”From Molecules to Frameworks: Variable Dimensionality in the UO2(CH3COO)2·2H2O/HF(aq)/Piperazine System. Syntheses, Structures, and Characterization of Zero-Dimensional (C4N2H12)UO2F4·3H2O, One-Dimensional (C4N2H12)2U2F12·H2O, Two-Dimensional (C4N2H12)2(U2O4F5)4·11H2O, and Three-Dimensional (C4N2H12)U2O4F6”. J. Am. Chem. Soc. 121 (45): sid. 10513–10521. doi:10.1021/ja992145f. 
  10. ^ ”Uranium Hexafluoride: Source: Appendix A of the PEIS (DOE/EIS-0269): Physical Properties”. web.evs.anl.gov. https://web.evs.anl.gov/uranium/guide/ucompound/propertiesu/hexafluoride.cfm. 
  11. ^ ”Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process”. Uranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process. USEC Inc. http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.asp. 
  12. ^ TranslatorsCafé (1 February 2021). ”Unit converter molar mass calculator”. Unit converter molar mass calculator. Mississauga, Ontario, Canada: ANVICA Software Development. https://www.translatorscafe.com/unit-converter/en-US/molar-mass/?q=UF6. 
  13. ^ [a b] ”How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?”. Depleted UF6 FAQs. Argonne National Laboratory. https://web.evs.anl.gov/uranium/faq/mgmt/faq23.cfm. 
  14. ^ ”Documents”. Documents. http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. 
  15. ^ ”Documents”. Documents. http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm. 

Vidare läsningRedigera

Externa länkarRedigera