Тетрахлорид урана — неорганическое соединение , соль урана и хлора, с формулой UCl 4 . Это гигроскопичное твердое вещество оливково-зеленого цвета. Он использовался в процессе электромагнитного разделения изотопов (EMIS) при обогащении урана . Это одно из основных исходных материалов для уранорганической химии .
Тетрахлорид урана синтезируют, как правило, реакцией триоксида урана (UO 3 ) и гексахлорпропена . Аддукты растворителя UCl 4 могут быть образованы более простой реакцией UI 4 с хлористым водородом в органических растворителях.
Тетрахлорид урана также образует нонагидрат, который можно получить выпариванием слабокислого раствора UCl 4 . [1]
По данным рентгеновской кристаллографии, центры урана восьмикоординатны и окружены восемью атомами хлора: четырьмя в 264 пм и остальными четырьмя в 287 пм. [2]
Растворение в протонных растворителях более сложное. При добавлении UCl 4 к воде образуется акваион урана.
Аква-ион [U(H 2 O) x ] 4+ (x равен 8 или 9 [3] ) сильно гидролизован.
PK a для этой реакции составляет ок . 1.6, [4] , поэтому гидролиз отсутствует только в растворах с кислотностью 1 моль дм -3 и более (рН < 0). Дальнейший гидролиз происходит при pH > 3. Возможно образование слабых хлорокомплексов акваиона. Опубликованные оценки значения log K для образования [UCl] 3+ (водн.) варьируются от -0,5 до +3 из-за сложности одновременного гидролиза. [4]
Со спиртами может происходить частичный сольволиз .
Тетрахлорид урана растворяется в непротонных растворителях, таких как тетрагидрофуран , ацетонитрил , диметилформамид и т. д., которые могут действовать как основания Льюиса . Образуются сольваты формулы UCl 4 L x , которые можно выделить. Растворитель должен быть полностью свободен от растворенной воды, иначе произойдет гидролиз, при этом растворитель S подхватит высвободившийся протон.
Молекулы растворителя могут быть заменены другим лигандом в такой реакции, как
Растворитель не показан, как и при образовании комплексов ионов других металлов в водном растворе.
Растворы UCl 4 подвержены окислению воздухом, в результате чего образуются комплексы уранил - иона.
Четыреххлористый уран в промышленных масштабах получают реакцией четыреххлористого углерода с чистым диоксидом урана UO 2 при 370 °С. Его использовали в качестве сырья в процессе электромагнитного разделения изотопов (EMIS) при обогащении урана . Начиная с 1944 года завод Y-12 в Ок-Ридже перерабатывал UO 3 в UCl 4 для альфа-калютронов Эрнеста О. Лоуренса . Его основным преимуществом является то, что тетрахлорид урана, используемый в калютронах, не так агрессивен, как гексафторид урана, используемый в большинстве других технологий обогащения. От этого процесса отказались в 1950-х годах. Однако в 1980-е годы Ирак неожиданно возродил этот вариант в рамках своей программы создания ядерного оружия. В процессе обогащения тетрахлорид урана ионизируется в урановую плазму .
Ионы урана затем ускоряются и проходят через сильное магнитное поле . Пройдя половину круга, луч разделяется на область ближе к внешней стенке, обедненную , и область ближе к внутренней стенке , обогащенную 235 U. Большое количество энергии, необходимое для поддержания сильных магнитных полей, а также низкие скорости извлечения уранового сырья и более медленная и неудобная работа установки делают этот вариант маловероятным для крупномасштабных обогатительных предприятий.
Ведутся работы по использованию расплавленных смесей хлоридов урана и хлоридов щелочей в качестве реакторного топлива в жидкосолевых реакторах . Расплавы тетрахлорида урана, растворенные в эвтектике хлорида лития и хлорида калия, также исследовались в качестве средства восстановления актинидов из облученного ядерного топлива посредством пирохимической ядерной переработки . [5]
Как и все водорастворимые соли урана, тетрахлорид урана нефротоксичен (ядовит для почек) и при приеме внутрь может вызвать серьезное повреждение почек и острую почечную недостаточность.