Химические свойства четырех и шести валентного урана.
Химические свойства четырех и шести валентного
урана.
Уран - белый металл плотностью 18,3 г/см,
плавящийся при температуре 1133 градуса. Металл достаточно активен - при слабом
нагревании он загорается в присутствии воздуха. Он легко соединяется с серой и галогенами,
вытесняет водород из разбавленных кислот, с образованием солей
четырехвалентного урана, а в очень измельченном виде вытесняет водород из воды.
Урановый ангидрит имеет характер амфотерного
окисла который при растворении в кислотах образует соли, где роль металла
играет ион, а при растворении в щелочах образует кислотные остатки в виде
комплексных соединений. В химических соединениях уран может находится в четырех
валентных состояниях U3+, U4+, U5+, U6+.
U3+ в природных условиях не существует и может быть получен только в
лаборатории. Соединения пятивалентного урана в основном не устойчивы и легко
разлагаются на соединения четырех- и шестивалентного урана.
2UCl5 = UCl4 + UCl6
В водных растворах U5+ находят в
виде комплексного иона (UO2)+. В щелочной среде устой
чивость иона возрастает.
Наиболее устойчивыми ионами в природных
условиях являются четырех- и шести валентный уран. Ионы четырехвалентного урана
устойчивы в востановительной обстановке. Они получаются путем потери двух
электронов с s подуровня 7-го уровня d-подуровня 6-го уровня и f-подуровня 5-го
уровня при этом образуется ионы с внешним восьмиэлектронным уровнем аналогичным
с благородными газами что характерно для литофильных элементов. Это объясняет
их высокую химическую активность по отношению к кислороду и с
абуюполяризационную способность.
В сильнощелочных растворах U4+
может проявлять ангидридные свойства, но в нейтральных и слабокислых активно
реагирует с ионами гидроксила, а гидроксил четырехвалентного урана плохо
растворяется в воде. Для U(OH)4 растворимость составляет 5,2*10-12
моль/л, что в 1000 раз ниже растворимости гидроксида алюминия.
В отличии от четырехвалентного урана
шестивалентный уран принимает более активное участие в геологических процессах.
Для UО2(OH)2
растворимость составляет 3,5*10-9 моль/л. Константа
диссоциации равна 2*10-22. В неитральной среде
концентрация ионов уранила равна 10-8 моль/л и только в кислых
растворах рН=4 она повышается до 10-2 моль/л. Учитывая, что в
растворе могут присутствовать, как продукты гидролиза, ионы UO2(OH)+,
общая концентрация ионов урана в нейтральной среде не опускается ниже 10-6
моль/л.
Катион UO2+2
представляет собой линейное образование в центре которого находится U4+,
а атомы кислорода расположены на одинаковых растояниях. По данным ионных
радиусов было установлено, что связь атома урана с атомами кислорода носит
ковалентный характер. При ковалентной связи атомы имеют общие элкектроны,
которые объясняют высокую прочность соединения. Низкую прочность соединений
шестивалентного урана объясняется тем что весь заряд сосредоточен вокруг урана,
а не вокруг кислорда. Ионный радиус этого катиона примерно равен 3 А, такой
радиус значительно затрудняет изоморфное вхождение в кристаллическую структуру.
Следовательно самостоятельные минералы шестивалентного урана могут
образовываться в основном с крупными анионами. Большие размеры катиона U+6
объясняют его накопление в мелкозернистых породах.
Распространенность урана в земной коре.
Несмотря на высокий атомный номер и
возможность распада ядер, содержание урана в земной коре относительно высокое.
В земной коре содержится около 2,5*10-4% урана. В коре
содержание урана достигает 4*10-4%, в мантии 1,2*10-6%
и ядре 3*10-7%.
Уран в различных геологических процессах.
Не смотря на сравнительно высокое содержание
урана в магматических горных породах он практически не образует промышленных
концентраций. Как уже отмечалось повышенные концентрации этого элемента
отмечены в щелочных породах. В Ловозерском массиве установлена следующая
примерная схема кристаллизации магмы: полевые шпаты, нефелин, эгирин,
лампрофиллит, эвдиалит, ферсманит, лопарит. По приведенной последовательности
можно предположить, что в щелочных расплавах первыми кристаллизуются минералы
содержащие ионы с меньшими валентностями. Причем чем выше концентрация щелочей
относительно концентрации высоковалентных катионов, тем сильнее влияние этих
щелочей на роль высоковалентных кватионов в минералообразовании. Так появление
титанн-цирконий-ниобий-силикатов определяет начало вовлечение урана в
магматическое минералообразование. На этом этапе повышаются содержания урана в
породообразующих минералах. При повышеной щелочности относительно концентрации
Al3+, Fe3+, Ti4+, циркон и торит оразоватся не
могут, в результате проявляются ангидридные свойства циркония и кристаллизуется
эвдиалит (Na,Ca)6Zr[Si6O18](Cl,OH), это также
справедливо и для урана. По силе основности был составлен ряд определяющий
вовлечение указаных элементов в состав породообразующих минералов.
На основе изученных данных уран уличен в
корреляционной связи с относительным содержанием щелочей. Эта корреляция не
имеет прямой зависимости ,а подчиняется пропорциональной связи со степенью
агпаитности пород, отражающей соотношения в магматическом расплаве оснований с
кислотными остатками.
В ураноносных пегматитах концентрация
редкоземельных элементов превышает в 50-80 раз соответствующие кларки. Для
пегматитов характерно разделение этих элементов на две группы - церия и иттрия.
Уран чаще связан с группой иттрия. До 98% урана сосредоточено в акцессорных и
собственных минералах. Концентрации урана достигают десятых долей процента от
массы пегматитовой жилы.