Фторид нептуния(VI)
Фторид нептуния(VI)[1]
Стереоструктурная формула гексафторида нептуния
Стереоструктурная формула гексафторида нептуния
Имена
Название ИЮПАК
Фторид нептуния(VI)
Другие имена
Гексафторид нептуния
Идентификаторы
  • 14521-05-2 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
CID PubChem
  • 19695135
  • InChI=1S/6FH.Np/h6*1H;/q;;;;;;+6/p-6 ☒Н
  • Ф[Нп](Ф)(Ф)(Ф)(Ф)Ф
Характеристики
Ф 6 Нп
Молярная масса351  г·моль −1
Появлениеоранжевые кристаллы
Температура плавления54,4 °C (129,9 °F; 327,5 К)
Точка кипения55,18 °C (131,32 °F; 328,33 К)
Структура
Орторомбическая , oP28
ПНМА, № 62
октаэдрический ( О h )
0 Д
Термохимия [2] : 736 
229,1 ± 0,5 Дж·К -1 ·моль -1
Родственные соединения
Родственные фторнептуниумы
Трифторид нептуния

Тетрафторид нептуния

Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Фторид нептуния(VI)  (NpF 6 ) является высшим фторидом нептуния , он также является одним из семнадцати известных бинарных гексафторидов . Это летучее оранжевое кристаллическое твердое вещество. [1] Он относительно сложен в обращении, поскольку очень едкий, летучий и радиоактивный. Гексафторид нептуния стабилен в сухом воздухе, но бурно реагирует с водой.

При нормальном давлении он плавится при 54,4 °C и кипит при 55,18 °C. Это единственное соединение нептуния, которое кипит при низкой температуре. Благодаря этим свойствам нептуний можно легко отделить от отработанного топлива .

Подготовка

Гексафторид нептуния был впервые получен в 1943 году американским химиком Аланом Э. Флорином, который нагрел образец фторида нептуния (III) на никелевой нити в потоке фтора и конденсировал продукт в стеклянной капиллярной трубке. [3] [4] Методы получения как из фторида нептуния (III), так и из фторида нептуния (IV) были позднее запатентованы Гленном Т. Сиборгом и Харрисоном С. Брауном . [5]

Стандартный метод

Обычный метод приготовления – фторирование фторида нептуния(IV)  (NpF 4 ) элементарным фтором (F 2 ) при 500 °C. [6]

НпФ
4+ Ф
2→ НпФ
6

Для сравнения, гексафторид урана (UF 6 ) образуется относительно быстро из тетрафторида урана (UF 4 ) и F 2 при 300 °C, тогда как гексафторид плутония (PuF 6 ) начинает образовываться из тетрафторида плутония (PuF 4 ) и F 2 только при 750 °C. [6] Это различие позволяет эффективно разделять уран, нептуний и плутоний.

Другие методы

Использование другого исходного материала

Гексафторид нептуния также может быть получен путем фторирования фторида нептуния (III) или оксида нептуния (IV) . [7]

2 НпФ
3+ 3 Ф
2→ 2 НпФ
6
НпО
2+ 3 Ф
2→ НпФ
6+ О
2

Использование другого источника фтора

Приготовление также может быть выполнено с помощью более сильных фторирующих реагентов, таких как трифторид брома (BrF 3 ) или пентафторид брома (BrF 5 ). Эти реакции могут быть использованы для отделения плутония, поскольку PuF 4 не вступает в подобную реакцию. [8] [9]

Диоксид нептуния и тетрафторид нептуния практически полностью преобразуются в летучий гексафторид нептуния диоксидифторидом (O 2 F 2 ). Это работает как реакция газ-твердое тело при умеренных температурах, а также в безводном жидком фтористом водороде при −78 °C. [10]

НпО
2+ 3 О
2Ф
2→ НпФ
6+ 4 О
2
НпФ
4+ О
2Ф
2→ НпФ
6+ О
2

Эти температуры реакции заметно отличаются от высоких температур более 200 °C, которые ранее требовались для синтеза гексафторида нептуния с элементарным фтором или фторидами галогенов. [10] Нептунилфторид (NpO 2 F 2 ) был обнаружен с помощью Рамановской спектроскопии как доминирующий промежуточный продукт в реакции с NpO 2 . Прямая реакция NpF 4 с жидким O 2 F 2 вместо этого привела к бурному разложению O 2 F 2 без образования NpF 6 .

Характеристики

Физические свойства

Гексафторид нептуния образует оранжевые орторомбические кристаллы, которые плавятся при 54,4 °C и кипят при 55,18 °C при стандартном давлении. Тройная точка составляет 55,10 °C и 1010 гПа (758 Торр). [11]

Летучесть NpF 6 подобна летучести UF 6 и PuF 6 , все три являются гексафторидами актинидов . Стандартная молярная энтропия составляет 229,1 ± 0,5 Дж·К −1 ·моль −1 . Твердый NpF 6 является парамагнитным, с магнитной восприимчивостью 165·10 −6  см 3 ·моль −1 . [12] [13]

Химические свойства

Гексафторид нептуния стабилен в сухом воздухе. Однако он бурно реагирует с водой, в том числе с атмосферной влагой, образуя водорастворимый фторид нептунила (NpO 2 F 2 ) и плавиковую кислоту (HF).

НпФ
6+ 2 ч.
2О → НпО
2Ф
2+ 4 ВЧ

Его можно хранить при комнатной температуре в ампуле из кварцевого или пирексового стекла , при условии, что в стекле нет следов влаги или газовых включений, а все оставшиеся HF удалены. [6] NpF 6 чувствителен к свету, разлагается на NpF 4 и фтор. [6]

NpF 6 образует комплексы с фторидами щелочных металлов: с фторидом цезия (CsF) он образует CsNpF 6 при 25 °C, [14] а с фторидом натрия он реагирует обратимо с образованием Na 3 NpF 8 . [15] В любом случае нептуний восстанавливается до Np(V).

НпФ
6+ CsF → CsNpF
6+ 1/2 Ф
2
НпФ
6+ 3 NaF → Na
3НпФ
8+ 1/2 Ф
2

В присутствии трифторида хлора (ClF 3 ) в качестве растворителя и при низких температурах имеются некоторые свидетельства образования нестабильного комплекса Np(IV). [14]

Гексафторид нептуния реагирует с оксидом углерода (CO) и светом, образуя белый порошок, предположительно содержащий пентафторид нептуния (NpF 5 ) и неопознанное вещество. [2] : 732 

Использует

Облучение ядерного топлива внутри ядерных реакторов генерирует как продукты деления, так и трансурановые элементы , включая нептуний и плутоний. Разделение этих трех элементов является важнейшим компонентом ядерной переработки . Гексафторид нептуния играет роль в разделении нептуния как от урана, так и от плутония.

Для того чтобы отделить уран (95% массы) от отработанного ядерного топлива, его сначала измельчают в порошок и подвергают реакции с элементарным фтором («прямое фторирование»). Образующиеся летучие фториды (в основном UF 6 , небольшие количества NpF 6 ) легко извлекаются из нелетучих фторидов других актинидов, таких как фторид плутония (IV) (PuF 4 ), фторид америция (III) (AmF 3 ) и фторид кюрия (III) (CmF 3 ). [16]

Смесь UF 6 и NpF 6 затем селективно восстанавливается гранулированным фторидом кобальта (II) , который преобразует гексафторид нептуния в тетрафторид, но не реагирует с гексафторидом урана, используя температуры в диапазоне от 93 до 204 °C. [17] Другой метод заключается в использовании фторида магния , на котором фторид нептуния сорбируется на 60-70%, но не фторид урана. [18]

Ссылки

  1. ^ ab Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 71, Трансуран, Тейл С, с. 108–114.
  2. ^ ab Йошида, Зенко; Джонсон, Стивен Г.; Кимура, Такауми; Крсул, Джон Р. Нептуний .
  3. ^ Флорин, Алан Э. (1943) Отчет MUC-GTS-2165
  4. ^ Фрид, Шерман; Дэвидсон, Норман (1948). «Подготовка твердых соединений нептуния». J. Am. Chem. Soc. 70 (11): 3539– 3547. doi :10.1021/ja01191a003. PMID  18102891.
  5. ↑ Патент США 2982604, Сиборг, Гленн Т. и Браун, Харрисон С., «Получение гексафторида нептуния», опубликован 02.05.1961, выдан 25.04.1961 
  6. ^ abcd Malm, John G.; Weinstock, Bernard; Weaver, E. Eugene (1958). «Получение и свойства NpF 6 ; сравнение с PuF 6 ». J. Phys. Chem. 62 (12): 1506– 1508. doi :10.1021/j150570a009. .
  7. ^ Фрид, Шерман; Дэвидсон, Норман (1948). «Подготовка твердых соединений нептуния». J. Am. Chem. Soc. 70 (11): 3539– 3547. doi :10.1021/ja01191a003. PMID  18102891.
  8. ^ Треворроу, Л. Э.; Гердинг, Т. Дж.; Стейндлер, М. Дж. (1968) Лабораторные исследования в поддержку процессов летучести фторида в псевдоожиженном слое, часть XVII, Фторирование фторида нептуния (IV) и оксида нептуния (IV) (Аргоннская национальная лаборатория, отчет ANL-7385) 1 января 1968 г. doi:10.2172/4492135
  9. ^ Trevorrow, LE; Gerding, TJ; Steindler, MJ (1968). «Фторирование фторида нептуния(IV) и оксида нептуния(IV)». J. Inorg. Nucl. Chem. 30 (10): 2671– 2677. doi :10.1016/0022-1902(68)80394-X.
  10. ^ ab Эллер, П. Гэри; Эспри, Ларнед Б.; Кинкед, Скотт А.; Свенсон, Бэзил И.; Киссейн, Ричард Дж. (1998). «Реакции дифторида диоксида кислорода с оксидами и фторидами нептуния». J. Alloys Compd. 269 ( 1– 2): 63– 66. doi :10.1016/S0925-8388(98)00005-X.
  11. ^ Келлер К. (1969) Die Chemie des Neptuniums. В: Анорганическая химия. Fortschritte der Chemischen Forschung, том 13/1. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. дои : 10.1007/BFb0051170
  12. ^ Хатчисон, Клайд А.; Вайншток, Бернард (1960). «Поглощение парамагнитного резонанса в гексафториде нептуния». J. Chem. Phys. 32 (1): 56. Bibcode :1960JChPh..32...56H. doi :10.1063/1.1700947.
  13. ^ Хатчисон, Клайд А.; Цанг, Тунг; Вайншток, Бернард (1962). «Магнитная восприимчивость гексафторида нептуния в гексафториде урана». J. Chem. Phys. 37 (3): 555. Bibcode :1962JChPh..37..555H. doi :10.1063/1.1701373.
  14. ^ аб Пикок, РД (1976). «Некоторые реакции гексафторида нептуния». Дж. Неорг. Нукл. хим. 38 (4): 771–773 . doi :10.1016/0022-1902(76)80353-3.
  15. ^ Trevorrow, LeVerne E.; TJ, Gerding; Steindler, Martin J. (1968). «Реакция гексафторида нептуния». Inorg. Chem. 7 (11): 2226– 2229. doi :10.1021/ic50069a010.
  16. ^ Углирж, Ян; Маречек, Мартин (2009). «Метод летучести фторида для переработки топлива LWR и FR». Журнал химии фтора . 130 (1): 89–93 . doi :10.1016/j.jfluchem.2008.07.002.
  17. ^ Патент США 3615267, Голлихер, Уолдо Р.; Харрис, Роберт Л. и Леду, Рейнольд А., «Выделение нептуния из содержащего его гексафторида урана», опубликовано 26 октября 1971 г., выдано 26 октября 1971 г. 
  18. ^ Накадзима, Цуёси; Гроулт, Анри, ред. (2005). Фторированные материалы для преобразования энергии . Elsevier. стр. 559. ISBN 9780080444727.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Neptunium(VI)_fluoride&oldid=1228327579"