氢化铀

氢化铀
别名	氢化铀(III); 三氢化铀
识别
CAS号	13598-56-6
ChemSpider	25935465
SMILES	[UH3];
性质
化学式	UH; 3
摩尔质量	241.05273 g·mol⁻¹
密度	10.95 g cm−3
溶解性（水）	反应
结构
晶体结构	立方晶系，cP32
空间群	Pm3n, No. 223
晶格常数	a = 664.3 pm
危险性
MSDS	ibilabs.com
闪点	自燃
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

氢化铀，又称三氢化铀( ${\ce {UH3}}$ )，为铀的氢化物。

性质

氢化铀是一种剧毒的棕褐色至棕黑色，可自燃粉末或脆性固体。它在 20°C 下的密度是 10.95 g cm⁻³，大大低于铀的密度 (19.1 g cm⁻³)。它具有金属导电性，在盐酸中微溶，在硝酸中分解。

一共存在氢化铀的两种晶体，均为立方晶体：在低温下获得的α形式和在温度高于250℃时产生的β形式。^[5] 两种形式在室温及低于室温的温度下都是亚稳态的，但加热至100°C时，α形式会缓慢转变为β形式。^[3] ${\ce {\alpha - UH3}}$ 和 ${\ce {\beta - UH3}}$ 在低于180K的温度下均为铁磁性，高于180K时為顺磁性的。^[6]

以铀金属为原料制备

和氢气的反应

铀金属暴露于氢气中会导致氢脆。氢在金属中扩散并在晶粒边界形成脆性氢化物的网络。通过真空中的退火可以除去其中的氢并恢复延展性。^[7]

金属铀加热到 250 至300 °C (482 至572 °F) 会和氢气反应，形成氢化铀。加热到 500°C 则会释放氢气。此特性使氢化铀成为各种铀的碳化物、氮化物和卤化物的理想原料，可用于制备反应性铀粉末。^[5] 这个可逆反应如下：^[2]

{\ce {2U + 3H2 -> 2UH3}}

氢化铀不是间隙化合物（英语：Interstitial compound），导致金属在形成氢化物时膨胀。在其晶格中，每个铀原子被另外6个铀原子和12个氢原子包围；每个氢原子在晶格中占据一个大的四面体孔。^[8] 氢化铀中的氢密度与液态水或液态氢中的氢密度大致相同。^[9] 通过氢原子的U-H-U桥键存在于结构中。^[10]

和水的反应

当铀金属暴露在水蒸气中时，会形成氢化铀。反应进行如下：

{\ce {7U + 6 H2O -> 3UO2 + 4UH3}}

这时产生的氢化铀是可自燃的；如果此后将金属（例如 : 损坏的燃料棒）暴露在空气中，则可能会产生过多的热量，并且铀金属本身也会燃烧。^[11] 通过暴露于98％氦与2％氧的气体混合物中，可以将被氢化物污染的铀钝化。^[12] 铀金属上的冷凝水促进了氢和氢化铀的形成；在没有氧的情况下可以形成可自燃表面。^[13] 这给乏核燃料池（英语：Spent fuel pool）中的乏核燃料的水下储存带来了问题。根据氢化物颗粒的大小和分布，在不确定的暴露时间后会发生自燃。^[14] 这样的暴露带来放射性废物储存库中燃料碎片自燃的风险。^[15]

暴露于蒸汽中的铀金属产生氢化铀和二氧化铀的混合物。^[8]

氢化铀与水接触会生成氢气。它与强氧化剂接触，可能会引起火灾和爆炸。它与卤代烃接触可能引起剧烈反应。^[16]

应用

氢、氘和氚可通过与铀反应，然后用热分解生成的氢化物/氘化物/氚化物来纯化。 ^[17] 数十年来，人们已经从氢化铀中制备了极其纯净的氢气。 ^[18] 加热氢化铀是将氢引入真空系统的便捷方法。 ^[19]

如果粉末状的氢化铀发生热分解，则氢化铀合成时的溶胀和粉碎可用于制备非常细的铀金属。

氢化铀可用于氢的同位素分离，制备铀金属粉末，并用作还原剂。

参考文献

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