鈾化合物

鈾（Uranium）是一種銀白色金屬化學元素，屬於元素週期表中的錒系，化學符號為U，原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子，其中6個為價電子。鈾具微放射性，其同位素都不穩定，並以鈾-238（146箇中子）和鈾-235（143箇中子）最為常見 ^[2]  。

鈾在不同情況下，可以生成U(Ⅲ)、U(Ⅳ)和U(Ⅵ)的各種鈾化合物 ^[3]  ，其中最穩定的是U(Ⅵ)的化合物，其次是U(Ⅳ)的化合物。鈾化合物主要包括氧化物、氫化物、碳化物、氮化物、氯化物、氟化物、硅化物、溴化物以及碘化物等。詞條對上述鈾化合物進行了詳細介紹。

分子式：UO2

二氧化鈾 ^[1]  是深褐色粉末，密度為10.97克/釐米^{3 [6]}  ，熔點2878°C。二氧化鈾具有半導體性質，電阻率隨温度升高而下降。由於二氧化鈾具有受強輻照時不發生異性變形、在高温下晶格結構不變、不揮發和不與水發生化學反應等特性，已廣泛用於製造反應堆燃料元件。

二氧化鈾在室温下較穩定，但在空氣中加熱到200°C以上時會氧化成八氧化三鈾。二氧化鈾在高温下能與氟化氫、氟化銨等作用生成四氟化鈾；溶解在過氧化氫的鹼溶液中，生成過氧鈾酸鹽。二氧化鈾可用金屬熱還原法還原成金屬鈾，還原劑常用鈣和鎂。

具有工業意義的二氧化鈾製備方法有兩種 ^[4]  ：

①高温還原法　三氧化鈾或八氧化三鈾在800～900°C與氫進行還原反應而得；或用氨作還原劑，在550°C也可製得二氧化鈾。

②熱分解法重鈾酸銨(NH)UO、三碳酸鈾酰銨(NH)[UO(CO)]及草酸鈾酰UOCO等鈾鹽，在隔絕空氣的情況下熱分解，生成三氧化鈾，分解產生的還原性氣體，可進一步將三氧化鈾還原成二氧化鈾。分解温度約為450°C，還原温度為650～800°C。

分子式：UO3

三氧化鈾隨着生成條件不同，具有無定形和多種晶體結構，至少有六種晶體異構體，並各具有不同的特性。其顏色通常為橙色，隨着晶體結構不同，顏色也不同 ^[1]  。

幾乎所有的鈾酰鹽、鈾酰銨複鹽、鈾酸銨鹽在空氣中煅燒，都可生成三氧化鈾。工業上最常用的製備方法是三碳酸鈾酰銨、硝酸鈾酰UO(NO)、重鈾酸銨及鈾的水合過氧化物在400°C下熱分解。

分子式：U3O8

八氧化三鈾粉末的顏色隨製備的温度不同而呈橄欖綠、墨綠，有時呈黑色 ^[1]  。三氧化鈾在温度大於500°C時，即可轉化為八氧化三鈾。重鈾酸銨在800°C熱分解也可得到八氧化三鈾。

分子式：UH₃

性質：反應性很強 ^[5]  。細粒UH3在空氣中或氧中於-76℃可自燃；它與水發生劇烈反應，其程度取決於反應物的相對量和接觸速度；與滷代有機溶劑的反應是危險的，非滷代有機溶劑不能溶解氫化鈾或不發生反應；與熱濃硫酸反應較快。鈾在氫氣中加熱可製得氫化鈾，250℃時該反應非常迅速。鈾與沸水或蒸汽反應也生成氫化鈾。

氫化鈾是實驗室中由鈾製備大部分鈾化合物的中間產物。塊狀金屬鈾在250°C時與氫迅速反應，生成黑色粉末狀氫化鈾，温度高於400°C時，氫化鈾開始分解，可得高活性細粉末狀的鈾。這種鈾特別適於合成鈾的化合物，這是氫化鈾最主要的用途。

碳化鈾都是相對惰性的半金屬物質，能少許溶於酸中，並會與水反應及在空氣中燃點形成U3O8 ^[1]  。鈾的碳化物包括一碳化鈾（UC）、二碳化鈾（UC2）和三碳化二鈾（U2C3）。向熔化鈾加入碳，或在高温下把鈾金屬置於一氧化碳中，可產生UC和UC2。U2C3在1800°C以下穩定，通過對UC和UC2的混合物進行機械施壓可以形成。

分子式：UC

黑色粉末 ^[3]  ，具有NaCl型面心立方結構。密度13.63g/cm3。熔點(2375±100)℃。常温下，與水慢慢反應，加熱使反應變快，生成UO2、CH4和高級烴。400℃時，無論在氧氣或空氣中都着火而生成U3O8和CO2。1100℃時，與氮氣生成氮化物。室温下，與濃酸反應緩慢，加熱後反應劇烈。可通過控制元素的比例和温度，直接使元素化合而成，亦可用鈾與甲烷等烴類氣體反應制得。與許多難熔金屬及碳化鋯等有相容性，故可用鋯、鈮、鈦、釩等溶於一碳化鈾中增加其機械強度，提高防腐蝕性，可用作核反應堆的釋熱元件

分子式：UC2

組成在UC1.85與UCl.94之間 ^[1]  。密度11.7g/cm3。熔點2450℃±75℃。1800℃由四方結構轉變為立方結構。呈金屬性，可導熱導電。常温下，與水反應緩慢，加熱使反應變快。在空氣中慢慢分解。與氟一起稍微加熱就會爆炸。室温下，與濃酸反應緩慢；鹼可分解它。鈾碳化物的製備可通過控制元素的比例和温度，直接使元素化合而成。

分子式：U₂C₃

性質：一碳化鈾和二碳化鈾的混合物在1300～1800℃加熱生成倍半碳化物三碳化二鈾 ^[5]  。在1800℃以上則分解成一碳化鈾和二碳化鈾。三碳化二鈾也具有鈾碳化物（一碳化鈾、三碳化二鈾）的特性。　鈾的碳化物具有獨特的金屬傳導性，其熔點和硬度都很高，適於做核燃料。共有三種碳化鈾：UC、UC和UC。UC和分散在石墨中的UC，是高温反應堆使用的核燃料形式。將氫化鈾分解而得的細鈾粉末與甲烷作用，在650°C生成UC，在950°C以上生成UC。也可用碳還原氟化鈾，然後用真空電弧熔化及澆鑄而得UC。

淺灰色粉末 ^[5]  ，體心立方結構，熔點～2630℃，理論密度值為14.32g/cm3，具金屬性，是熱和電的良導體。温度在300℃以下時，與水反應緩慢，生成一層二氧化鈾保護層。溶於硝酸、濃高氯酸或熱磷酸，不溶於熱的或冷的鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液。與熔融鹼反應迅速。UN與潮濕空氣或水能迅速進行反應。易於氧化，温度低於1200℃製得的氮化鈾，在空氣中室温下就可着火。加熱鈾和氮到400℃以上，得到的是氮化鈾、三氮化二鈾和二氮化鈾(UN，U2N3和UN2)混合物；在高於1200℃的1個大氣壓的氮氣中僅氮化鈾是穩定的。通常在2.0MPa的氮氣中電弧熔融金屬鈾製備。是潛在的核燃料，其鈾原子密度高、慢化能力低和熔點高，可作為快中子堆的改進型燃料。

分子式：UCl3

性質：橄欖綠色晶體 ^[3]  。具放射性和吸濕性。相對密度5.51。熔點842℃。易溶於水、酸和冰醋酸，不溶於四氯化碳、三氯甲烷、丙酮等有機溶劑。一種強還原劑。在空氣中不穩定。由氫在59℃還原四氯化鈾或在250～300℃時用氯化氫與鈾的氫化物反應而得。也可由氫還原四氯化鈾製得。

分子式：UCl₄

性質：亦稱氯化鈾 ^[5]  。深綠色晶體。有毒!具放射性和強吸濕性。揮發性高。相對密度4.87。熔點590℃。沸點792℃。溶於水和極性溶劑。在空氣中易氧化。由八氧化三鈾和碳混合物在氯氣中加熱製得。

分子式：UCl₅

可由三氧化鈾與四氯化碳或氯反應制得其結構為氯橋的二聚體（在固相和蒸氣相中） ^[5]  。該二聚體又稱二-μ-氯八氯合二鈾(V)U2Cll0。熔點327℃（估算而得）。溶於二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳中。能與稀土元素(Ⅰ)的氧化物、氫氧化物、碳氧化物及水反應。製法：（1）三氧化鈾、四氯化硅在400℃反應；（2）四氯化鈾與氯在500℃反應；（3）三氧化鈾與四氯化碳在高壓、250℃反應。五氯化鈾有α型和β型。α型為棕色晶體。易吸濕。由八氧化三鈾與四氯化碳在400℃下反應，再經冷卻至100℃而得。β型為紅棕色晶體。易吸濕。由五氟化鈾與三氯化硼反應制得。

分子式：UCl₆

性質：綠色晶體。固體中含有獨立的六氯化鈾分子 ^[1]  。密度3.59g/cm3。熔點177.5℃。沸點75℃（真空中）。溶於四氯化碳、三氯甲烷。在潮濕空氣中水解。與水劇烈反應生成氧氯化鈾(UCl2O2)。製法：（1）八氧化三鈾與氯、碳在380℃反應。（2）在真空中加熱五氯化鈾至120～150℃。（3）六氟化鈾與三氯化硼在-100℃反應。（4）六氟化鈾與氯化鋁反應。用作化學試劑

分子式：UF₄

性質：是鈾的最重要化合物之一 ^[1]  。呈翠綠色的粉末。熔點1036℃。密度(25℃)6.70g/cm3。在空氣中穩定，氧氣氛中加熱至800℃時轉變為UF6和UO2F2。不溶於水，溶於酸和鹼。氨-過氧化氫混合物劇烈反應生成可溶性過氧鈾酸鹽。四氟化鈾的製備方法不同，其堆密度也不同，通常在1.5～3.5g/cm3範圍內。是生產金屬鈾和六氟化鈾的原料，通過鈣（鎂）金屬熱還原法生產金屬鈾，通過氟氣(F2)氟化生產六氟化鈾。四氟化鈾的工業製備有幹法和濕法兩條途徑。用以製備六氟化鈾和鈾。

分子式：UF₆

黃色單斜晶體 ^[3]  ，相對密度4.68（21℃），熔點69.2（202.65千帕）℃，極易溶於水，溶於氯仿、四氯化碳，不溶於二硫化碳。常用於富集鈾235作核燃料。：由四氟化鈾經氟化而製得。

分子式：USi

鈾的硅化物主要是硅化鈾USi，它的密度高（15.6克/釐米^{3 [7]}  ），寄生中子吸收截面低，同時對水有良好的耐腐蝕性 ^[1]  。初步輻照試驗已證明，它是一個潛在的有用的核燃料。硅化鈾可用真空感應爐熔化鈾和硅製得，由於其組成範圍很窄，實際上很少得到單相合金，往往含有過量的鈾或USi。

分子式：UBr₃

性質：暗褐色固體。密度5.98g/cm3。熔點-730℃。具強吸濕性。易溶於水並放出氫氣；溶於極性溶劑，溶解時常伴隨化學反應；幾乎不溶於非極性溶劑。它與大多數金屬反應，腐蝕性很強。通常用金屬鈾與溴蒸氣在570℃直接化合來製備它。用以製備四溴化鈾 ^[2]  。

分子式：UBr₄

性質：棕色晶體。具放射性。相對密度5.35。熔點516℃。沸點792℃。化學穩定性差。易溶於水，併發生強烈水解，亦溶於極性溶劑。不溶於非極性液體，而溶於極性溶劑。醋酸、甲醇、酚及苯胺均能與UBr4反應放出溴化氫。在165℃由三氧化鈾與四溴化碳作用或在300℃溴化三溴化鈾製得 ^[3]  。

分子式：UI₄

性質：黑色固體，密度6.76g/cm3。熔點506℃。沸點759℃。具有吸濕性，易溶於水並強烈水解。氧或乾燥的空氣在室温能將UI4轉化成UO2I2，提高温度則轉化為U3O8。室温下，UI4能與氯反應。製備UI4可用化學計量的碘蒸餾到裝有細粒鈾的真空室中，保持一定的碘分壓，加熱可製得UI4 ^[5]  。