Большая Советская Энциклопедия (УР) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 19

  Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома У. 7s² 6d¹ 5f³. У. относится к реакционноспособным металлам, в соединениях проявляет степени окисления + 3, + 4, + 5, + 6, иногда + 2; наиболее устойчивы соединения U (IV) и U (VI). На воздухе медленно окисляется с образованием на поверхности плёнки двуокиси, которая не предохраняет металл от дальнейшего окисления. В порошкообразном состоянии У. пирофорен и горит ярким пламенем. С кислородом образует двуокись UO₂ , трёхокись UO₃ и большое число промежуточных окислов, важнейший из которых U₃ O₈ . Эти промежуточные окислы по свойствам близки к UO₂ и UO₃ . При высоких температурах UO₂ имеет широкую область гомогенности от UO_1,60 до UO_2,27 . С фтором при 500–600°C образует тетрафторидирд (зелёные игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде и кислотах) и гексафторид UF₆ (белое кристаллическое вещество, возгоняющееся без плавления при 56,4°C); с серой – ряд соединений, из которых наибольшее значение имеет US (ядерное горючее). При взаимодействии У. с водородом при 220 °С получается гидрид UH₃ ; с азотом при температуре от 450 до 700 °С и атмосферном давлении – нитрид U₄ N₇ , при более высоком давлении азота и той же температуре можно получить UN, U₂ N₃ и UN₂ ; с углеродом при 750–800°C – монокарбид UC, дикарбид UC₂ , а также U₂ C₃ ; с металлами образует сплавы различных типов (см. Урановые сплавы ). У. медленно реагирует с кипящей водой с образованием UO₂ и H₂ , с водяным паром – в интервале температур 150–250 °С; растворяется в соляной и азотной кислотах, слабо – в концентрированной плавиковой кислоте. Для U (VI) характерно образование иона уранила UO₂^{2 +} ; соли уранила окрашены в жёлтый цвет и хорошо растворимы в воде и минеральных кислотах; соли U (IV) окрашены в зелёный цвет и менее растворимы; ион уранила чрезвычайно способен к комплексообразованию в водных растворах как с неорганическими, так и с органическими веществами; наиболее важны для технологии карбонатные, сульфатные, фторидные, фосфатные и др. комплексы. Известно большое число уранатов (солей не выделенной в чистом виде урановой кислоты), состав которых меняется в зависимости от условий получения; все уранаты имеют низкую растворимость в воде.

  У. и его соединения радиационно и химически токсичны. Предельно допустимая доза (ПДД) при профессиональном облучении 5 бэр в год.

  Получение. У. получают из урановых руд, содержащих 0,05–0,5% U. Руды практически не обогащаются, за исключением ограниченного способа радиометрической сортировки, основанной на излучении радия, всегда сопутствующего урану. В основном руды выщелачивают растворами серной, иногда азотной кислот или растворами соды с переводом У. в кислый раствор в виде UO₂ SO₄ или комплексных анионов [UO₂ (SO₄ )₃ ]^4- , а в содовый раствор – в виде [UO₂ (CO₃ )₃ ]^4- . Для извлечения и концентрирования У. из растворов и пульп, а также для очистки от примесей применяют сорбцию на ионообменных смолах и экстракцию органическими растворителями (трибутилфосфат, алкилфосфорные кислоты, амины). Далее из растворов добавлением щёлочи осаждают уранаты аммония или натрия или гидроокись U (OH)₄ . Для получения соединений высокой степени чистоты технические продукты растворяют в азотной кислоте и подвергают аффинажным операциям очистки, конечными продуктами которых являются UO₃ или U₃ O₈ ; эти окислы при 650–800°C восстанавливаются водородом или диссоциированным аммиаком до UO₂ с последующим переводом его в UF₄ обработкой газообразным фтористым водородом при 500–600°C. UF₄ может быть получен также при осаждении кристаллогидрата UF₄ ·nH₂ O плавиковой кислотой из растворов с последующим обезвоживанием продукта при 450°C в токе водорода. В промышленности основным способом получения У. из UF₄ является его кальциетермическое или магниетермическое восстановление с выходом У. в виде слитков массой до 1,5 т. Слитки рафинируются в вакуумных печах.

  Очень важным процессом в технологии У. является обогащение его изотопом ²³⁵ U выше естественного содержания в рудах или выделение этого изотопа в чистом виде (см. Изотопов разделение ), поскольку именно ²³⁵ U – основное ядерное горючее; осуществляется это методами газовой термодиффузии, центробежными и др. методами, основанными на различии масс ²³⁵ U и ²³⁸ U; в процессах разделения У. используется в виде летучего гексафторида UF₆ . При получении У. высокой степени обогащения или изотопов учитываются их критические массы; наиболее удобный способ в этом случае – восстановление окислов У. кальцием; образующийся при этом шлак CaO легко отделяется от У. растворением в кислотах.

  Для получения порошкообразного У., двуокиси, карбидов, нитридов и др. тугоплавких соединений применяются методы порошковой металлургии.

  Применение. Металлический У. или его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах . Природная или малообогащённая смесь изотопов У. применяется в стационарных реакторах атомных электростанций, продукт высокой степени обогащения – в ядерных силовых установках или в реакторах, работающих на быстрых нейтронах. ²³⁵ U является источником ядерной энергии в ядерном оружии .²³⁸ U служит источником вторичного ядерного горючего – плутония.

  В. М. Кулифеев.

  Уран в организме. В микроколичествах (10^-5 –10^-5 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В золе растений (при содержании У. в почве около·10^-4 ) его концентрация составляет 1,5·10^-5 %. В наибольшей степени У. накапливается некоторыми грибами и водорослями (последние активно участвуют в биогенной миграции У. по цепи вода – водные растения – рыба – человек). В организм животных и человека У. поступает с пищей и водой в желудочно-кишечный тракт, с воздухом в дыхательные пути, а также через кожные покровы и слизистые оболочки. Соединения У. всасываются в желудочно-кишечном тракте – около 1% от поступающего количества растворимых соединений и не более 0,1% труднорастворимых; в лёгких всасываются соответственно 50% и 20%. Распределяется У. в организме неравномерно. Основные депо (места отложения и накопления) – селезёнка, почки, скелет, печень и, при вдыхании труднорастворимых соединений, – лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. В крови У. (в виде карбонатов и комплексов с белками) длительно не циркулирует. Содержание У. в органах и тканях животных и человека не превышает 10^-7г/г . Так, кровь крупного рогатого скота содержит 1·10^-8г/мл, печень 8·10^-8г/г, мышцы 4·10^-8г/г, селезёнка 9·10^-8г/г . Содержание У. в органах человека составляет: в печени 6·10^-9г/г , в лёгких 6·10^-9 –9·10^-9 г/г, в селезёнке 4,7·10^-9г/г , в крови 4·10^-9г/мл, в почках 5,3·10^-9 (корковый слой) и 1,3·10^-9г/г (мозговой слой), в костях 1·10^-9г/г , в костном мозге 1·10^-9г/г , в волосах 1,3·10^-7г/г . У., содержащийся в костной ткани, обусловливает её постоянное облучение (период полувыведения У. из скелета около 300 сут ). Наименьшие концентрации У. – в головном мозге и сердце (10^-10г/г ). Суточное поступление У. с пищей и жидкостями – 1,9·10^-6г, с воздухом – 7·10^-9г . Суточное выведение У. из организма человека составляет: с мочой 0,5·10^-7 –5·10^-7 , с калом – 1,4·10^-6 –1,8·10^-6г, с волосами – 2·10^-8 г.