В этой статье подробно рассмотрены физические свойства наиболее важных соединений урана с фтором: UF₃, UF₄, UF₅ и UF₆․ Все они находят применение в атомной отрасли, но существенно различаются по структуре, агрегатному состоянию и поведению в условиях ядерного топливного цикла․

Трифторид урана UF₃

1․1 Получение

• Метод: восстановление UF₄ водородом при 900–1000 °C․
• Уравнение реакции:
  UF₄ + ½ H₂ → UF₃ + HF

1․2 Физические характеристики

• Агрегатное состояние: твёрдое тёмно-фиолетовое кристаллическое вещество;
• Температура плавления: 1427 °C;
• Плотность: 8,95 г/см³;
• Кристаллическая структура: решётка типа LaF₃ (гексагональная)․
• Магнитные свойства: слабо парамагнитен, что обусловлено наличием U³⁺․

Тетрафторид урана UF₄

2․1 Способы получения

1. Фторирование UO₃ или U₃O₈ газообразным HF при 400–500 °С:

UO₃ + 4 HF → UF₄ + 3 H₂O

2. Электролитическое восстановление уранил-ионов в расплаве фторидов․

2․2 Физические характеристики

• Внешний вид: зелёный порошок;
• Температура плавления: 1036 °C;
• Плотность: 6,70 г/см³;
• Кристаллическая структура: моноклинная (тип ZrF₄);
• Теплопроводность (твёрдое состояние, 25 °C): 0,30 Вт/(м·К);
• Теплоёмкость: 0,31 Дж/(г·К) при 298 К․

Пентафторид урана UF₅

Изучен менее полно, поскольку быстро диспропорционирует:

• 2 UF₅ ⇌ UF₄ + UF₆

3․1 Краткие физические данные

• Цвет: тёмно-серый;
• Температура разложения: ≈ 150 °C;
• Структура: полимерная цепочка [U-F]_n․

Гексафторид урана UF₆

4․1 Получение

• Вариант 1: фторирование металлического урана или UF₄ элементным фтором при 300–400 °С․
  UF₄ + F₂ → UF₆
• Вариант 2: окислительное фторирование UF₄ кислородом при 800 °С․
  2 UF₄ + O₂ → UF₆ + UO₂F₂

4․2 Физические характеристики

Общие особенности фторидов урана

• Ковалентность: связь U–F носит ковалентный характер, особенно в UF₆․
• Радиоактивность: источником радиации служат только изотопы урана (²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁸U); фтор является моноизотопным (¹⁹F) и стабилен․
• Гигроскопичность: UF₆ чрезвычайно гигроскопичен, быстро гидролизуется с образованием UO₂F₂ и HF․
• Токсичность: пары UF₆ крайне токсичны из-за высвобождения HF при контакте с влагой․

Фториды урана образуют уникальную группу соединений, где изменение степени окисления урана от +3 до +6 приводит к резкому увеличению летучести и плотности паров․ Это делает UF₆ ключевым соединением в технологии разделения изотопов урана, тогда как UF₄ и UF₃ используются как промежуточные продукты в ядерном топливном цикле․ Несмотря на интенсивное применение, высокая токсичность и радиоактивность требуют строгих мер защиты персонала и окружающей среды․