Уран

1. Химические свойства четырех и шести валентного урана.

Уран -белый металл плотностью 18,3 г/см, плавящийся притемпературе 1133 градуса. Металл достаточно активен при слабомнагревании он загорается в присутствии воздуха. Он легко соеди-няется с серой и галогенами, вытесняет водород из разбавленныхкислот, с образованием солей четырехвалентного урана, а в оченьизмельченном виде вытесняет водород из воды. Урановый ангидрит имеет характер амфотерного окисла которыйпри растворении в кислотах образует соли, где роль металла играетион (UO^), а при растворении в щелочах образует кислотные остат-ки в виде комплексных соединений. В химических соединениях уранможет находится в четырех валентных состояниях U3+, U4+,U5+,U6+.U3+ в природных условиях не существует и может быть получентолько в лаборатории. Соединения пятивалентного урана в основномне устойчивы и легко разлагаются на соединения четырех и шести-валентного 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 являютсячетырех и шести валентный уран. Ионы четырехвалентного урана ус-тойчивы в востановительной обстановке. Они получаются путем по-тери двух электронов с s подуровня 7-го уровня d-подуровня 6-гоуровня и f-подуровня 5-го уровня при этом образуется ионы свнешним восьмиэлектронным уровнем аналогичным с благородными га-зами что характерно для литофильных элементов. Это объясняет ихвысокую химическую активность по отношению к кислороду и с абуюполяризационную способность. Известно что кислотные или щелочные свойства элементов за-висят от отношения валентности к ионному радиусу. Оценку кислот-ных свойств удобно производить по диаграмме Картледжа. Здесь жеможно также оценить элементы способные производить изоморфныезамещения при условии сходной электронной структуры. Из схемывидно, что в сильнощелочных растворах U4+ может проявлять ангид-ридные свойства, но в нейтральных и слабокислых активно реагируетс ионами гидроксила, а гидроксил четырехвалентного урана плохорастворяется в воде. Для U(OH)4 растворимость составляет5,2*10-12 моль/л, что в 1000 раз ниже растворимости гидроксидаалюминия. В отличии от четырехвалентного урана шестивалентный уранпринимает 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 кон-центрация ионов уранила равна 10-8 моль/л и только в кислыхрастворах рН=4 она повышается до 10-2 моль/л. Учитывая, что врастворе могут присутствовать, как продукты гидролиза, ионыUO2(OH)+, общая концентрация ионов урана в нейтральной среде неопускается ниже 10-6 моль/л. Катион UO2+2 представляет собой линейное образование вцентре которого находится U4+, а атомы кислорода расположены наодинаковых растояниях. По данным ионных радиусов было установле-но, что связь атома урана с атомами кислорода носит ковалентныйхарактер. При ковалентной связи атомы имеют общие элкектроны,которые объясняют высокую прочность соединения. Низкую прочностьсоединений шестивалентного урана объясняется тем что весь зарядсосредоточен вокруг урана, а не вокруг кислорда. Ионный радиусэтого катиона примерно равен 3 А, такой радиус значительно зат-рудняет изоморфное вхождение в кристаллическую структуру. Следо-вательно самостоятельные минералы шестивалентного урана могутобразовываться в основном с крупными анионами. Большие размерыкатиона U+6 объясняют его накопление в мелкозернистых породах.

2. Распространенность урана в земной коре.

Несмотря на высокий атомный номер и возможность распадаядер, содержание урана в земной коре относительно высокое. Вземной коре содержится около 2.5*10-4% урана. В коре содержаниеурана достигает 4*10-4%, в мантии 1.2*10-6% и ядре 3*10-7%.

2.1 Магматические горные породы.

Кларк урана сильно меняется в зависимости от состава магма-тических горных пород. Наибольшее значение КК=14 в щелочных иультращелочных горных породах. Кларк урана прямопропорциональнозависит от агпаитности горных пород. Так самые высокие содержа-ния отмечаются в агпаитовых нефелиновых сиенитах Ловозерскогомассива. Причем уран больше концентрируется в акцессорных мине-ралах инрузивных пород. При щелочно-кремнистом метасоматозе гра-нитных интрузий часто происходит диффузионное перераспределениеурана с извлечением его из кристаллической решетки акцессорныхминералов. В эффузивных породах до 90% урана находится в стекло-видной массе. На сегодняшний день магматические рудопроявления промышлен-ного значения не имеют.

2.2 Метаморфические горные породы.

В метаморфических породах содержание урана обычно нижекларка. Наиболее высокими содержаниями урана характеризуются уг-леродисто-кремнистые сланцы и богатые калием различные гнейсы. При метаморфизме полевошпат-кварцевых пород происходит миг-рация урана от центра к периферии толщи. Существенное изменение содержания урана вызывают процессыультраметаморфизма и гранитизации. Особенно значительное обога-щение ураном происходит при щелочно-кремнистом метасоматозе.

2.3 Осадочные породы.

Накопление урана в осадочных породах безусловно происходиточень не равномерно, из-за чего выделяют ряд геохимических комп-лексов. Для грубых терригенных осадков кларки концентрации близки кединице. В мелкозернистых породах кларки урана значительно повы-шаются. Сильно влияет на содержание урана в осадочных породахорганическое вещество, однако четкой связи не наблюдается. Низ-кое содержание урана характерно для известняков и мергелей, иск-лючение составляют битуминозные разновидности этих пород. Самыенизкие содержания урана отмечены в ангидритах и каменных солях. Изучение геохимии живого вещества показывает, что организмыне концентрируют уран. Однако отжившие свой срок организмы наразличных стадиях диагенеза способны накапливать радиоактивныйэлемент до промышленных концентраций. Что они и делают при нали-чии вод с окислительной обстановкой, которая способствует мигра-ции урана. В данных породах накопление урана связано с наложен-ными процессами. Вместе с тем распространены предположительно первично ура-ноносные углеродисто-кремнистые и углеродо-глинистые сланцы.Максимальные содержания урана достигают 0.03%. Обогащенные прос-лои сложены углеродистыми сланцами обогащенные пиритом и фосфо-ритами. В не метаморфизованых углистых сланцах первичных урано-вых минералов не обнаружено. В качестве обогащаемых ураном выде-ляют фосфориты, в которых содержание урана возрастает с повыше-нием содержания фосфора. Фосфаты часто представлены франколитом(Са5(PO4,CO3)3F. Предположительно четырехвалентный уран изоморф-но замещает в нем кальций. Однако имеются экспериментальные дан-ные говорящее о значительной сорбции, видимо уранила, фосфатнымвеществом.

3. Изоморфизм.

Изоморфизм -процесс при котором один ион замещает другой.Это возможно когда: 1 колебание ионных радиусов не превышает более15% при нормальных температурах. 2 Поляризация этих ионов должна быть одинаковой. В изоморфизме с ураном уличены Th4+, Ce4+, Zr4+, Hf4+,TR3+,Y3+, Sc3+, Ca2+. Причем UO2-ThO2-Ceo2 способнызамещать друг друга в неограниченных колличествах. В изоморфизмепо видемому может участвовать только четырехвалентный уран, таккак у ионов шестивалентного урана слишком большой ионный радиус,а из-за высокой активности металлического урана в природе не об-наружено.

Уран в различных геологических процессах.

Не смотря на сравнительно высокое содержание урана в магма-тических горных породах он практически не образует промышленныхконцентраций. Как уже отмечалось повышенные концентрации этогоэлемента отмечены в щелочных породах. В Ловозерском массиве ус-тановлена следующая примерная схема кристаллизации магмы: поле-вые шпаты, нефелин, эгирин, лампрофиллит, эвдиалит, ферсманит,лопарит. По приведенной последовательности можно предположить,что в щелочных расплавах первыми кристаллизуются минералы содер-жащие ионы с меньшими валентностями. Причем чем выше концентра-ция щелочей относительно концентрации высоковалентных катионов,тем сильнее влияние этих щелочей на роль высоковалентных кватио-нов в минералообразовании. Так появление титанн-цирконий-нио-бий-силикатов определяет начало вовлечение урана в магматическоеминералообразование. На этом этапе повышаются содержания урана впородообразующих минералах. При повышеной щелочности относитель-но концентрации Al3+,Fe3+,Ti4+, циркон и торит оразоватся не мо-гут, в результате проявляются ангидридные свойства циркония икристаллизуется эвдиалит (Na,Ca)6Zr[Si6O18](Cl,OH), это такжесправедливо и для урана. По силе основности был составлен рядопределяющий вовлечение указаных элементов в состав породообра-зующих минералов. На основе изученных данных уран уличен в корреляционнойсвязи с относительным содержанием щелочей . Эта корреляция неимеет прямой зависимости ,а подчиняется пропорциональной связисо степенью агпаитности пород, отражающей соотношения в магмати-ческом расплаве оснований с кислотными остатками. В ураноносных пегматитах концентрация редкоземельных эле-ментов превышает в 50-80 раз соответствующие кларки .Для пегма-титов характерно разделение этих элементов на две группы церияи иттрия. Уран чаще связан с группой иттрия. До 98% урана сосре-доточено в акцессорных и собственных минералах. Концентрацииурана достигают десятых долей процента от массы пегматитовой жи-лы.

Геохимия урана в экзогенных процессах.

Химическое выветривание оказывает наибольшее влияние нараспределение урана в осадочных породах. Эти процессы связаны сизменением валентного состояния урана под воздействием кислоро-досодержащих вод. Так как эти воды могут иметь потенциал до600 мВ, они легко переводят четырехвалентный уран в легко раст-воримый шестивалентный. Для урана и других элементов выделен ряд геохимическихбарьеров участков резкого изменения миграционной способности,окислительный, восстановительный сероводородный, восстановитель-ный гелеевый, щелочной, кислый, испарительный, сорбционный. Как установлено в поверхностных водах уран переходит из-заналичия кислорода в шестивалентную форму которая легко перено-сится водными потоками. Для осаждения урана необходима востано-вительная среда которая характерна для придонных частей океановили достаточно больших глубин. На границе где окислительная обс-тановка сменяется восстановительной получается геохимическийбарьер вдоль которого начинается осаждение четырехвалентногоурана. Существенную роль в накоплении урана играют процессы адсорб-ции которыесвязывают ион UO2+2

Другие записи

10.06.2016. Становление понятий о химическом элементе
Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в курсе философии в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ. Эксперементальной же работой в области химии занимались…
10.06.2016. Сильнодействующие ядовитые вещества. Гидразин и его производные
Гидразин (NH2NH2) – это сильно гигроскопическая жидкость, обладающая заметной способностью поглощать из воздуха углекислоту и кислород. Замерзает гидразин при температуре плюс 1,5, кипит при температуре…
10.06.2016. Минеральные удобрения
Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур огромное значение имеет внесение в почву элементов, необходимых для роста и развития растений. Эти элементы вносятся в почву в виде органических (навоз,…
10.06.2016. Некоторые химические элементы
БОРБор в основном применяется в виде буры. БУРА натриевая соль тераборной кислоты.Она широко применяется при производстве легкоплавкой глазури для фаянсовых и фарфоровых изделий и особенно для чугунной…
10.06.2016. Платина
применение платины.Историческая справка.“Белое золото”, “гнилое золото”… Под этими названиями платина фигурирует в литературе XVIII в. Этот металл известен давно, его белые тяжелые зерна находили при добыче…