Уран

Химические свойства четырех и шести валентного урана.

Уран - белый металл плотностью 18,3 г/см, плавящийся при температуре

1133 градуса. Металл достаточно активен - при слабом нагревании он

загорается в присутствии воздуха. Он легко соединяется с серой и

галогенами, вытесняет водород из разбавленных кислот, с образованием солей

четырехвалентного урана, а в очень измельченном виде вытесняет водород из

воды.

Урановый ангидрит имеет характер амфотерного окисла который при

растворении в кислотах образует соли, где роль металла играет ион, а при

растворении в щелочах образует кислотные остатки в виде комплексных

соединений. В химических соединениях уран может находится в четырех

валентных состояниях U3+, U4+, U5+, U6+. U3+ в природных условиях не

существует и может быть получен только в лаборатории. Соединения

пятивалентного урана в основном не устойчивы и легко разлагаются на

соединения четырех- и шестивалентного 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 являются четырех- и

шести валентный уран. Ионы четырехвалентного урана устойчивы в

востановительной обстановке. Они получаются путем потери двух электронов с

s подуровня 7-го уровня d-подуровня 6-го уровня и f-подуровня 5-го уровня

при этом образуется ионы с внешним восьмиэлектронным уровнем аналогичным с

благородными газами что характерно для литофильных элементов. Это объясняет

их высокую химическую активность по отношению к кислороду и с

абуюполяризационную способность.

В сильнощелочных растворах U4+ может проявлять ангидридные свойства,

но в нейтральных и слабокислых активно реагирует с ионами гидроксила, а

гидроксил четырехвалентного урана плохо растворяется в воде. Для U(OH)4

растворимость составляет 5,2*10-12 моль/л, что в 1000 раз ниже

растворимости гидроксида алюминия.

В отличии от четырехвалентного урана шестивалентный уран принимает

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 концентрация ионов уранила

равна 10-8 моль/л и только в кислых растворах рН=4 она повышается до 10-2

моль/л. Учитывая, что в растворе могут присутствовать, как продукты

гидролиза, ионы UO2(OH)+, общая концентрация ионов урана в нейтральной

среде не опускается ниже 10-6 моль/л.

Катион UO2+2 представляет собой линейное образование в центре которого

находится U4+, а атомы кислорода расположены на одинаковых растояниях. По

данным ионных радиусов было установлено, что связь атома урана с атомами

кислорода носит ковалентный характер. При ковалентной связи атомы имеют

общие элкектроны, которые объясняют высокую прочность соединения. Низкую

прочность соединений шестивалентного урана объясняется тем что весь заряд

сосредоточен вокруг урана, а не вокруг кислорда. Ионный радиус этого

катиона примерно равен 3 А, такой радиус значительно затрудняет изоморфное

вхождение в кристаллическую структуру. Следовательно самостоятельные

минералы шестивалентного урана могут образовываться в основном с крупными

анионами. Большие размеры катиона U+6 объясняют его накопление в

мелкозернистых породах.

Распространенность урана в земной коре.

Несмотря на высокий атомный номер и возможность распада ядер,

содержание урана в земной коре относительно высокое. В земной коре

содержится около 2,5*10-4% урана. В коре содержание урана достигает 4*10-

4%, в мантии 1,2*10-6% и ядре 3*10-7%.

Уран в различных геологических процессах.

Не смотря на сравнительно высокое содержание урана в магматических

горных породах он практически не образует промышленных концентраций. Как

уже отмечалось повышенные концентрации этого элемента отмечены в щелочных

породах. В Ловозерском массиве установлена следующая примерная схема

кристаллизации магмы: полевые шпаты, нефелин, эгирин, лампрофиллит,

эвдиалит, ферсманит, лопарит. По приведенной последовательности можно

предположить, что в щелочных расплавах первыми кристаллизуются минералы

содержащие ионы с меньшими валентностями. Причем чем выше концентрация

щелочей относительно концентрации высоковалентных катионов, тем сильнее

влияние этих щелочей на роль высоковалентных кватионов в

минералообразовании. Так появление титанн-цирконий-ниобий-силикатов

определяет начало вовлечение урана в магматическое минералообразование. На

этом этапе повышаются содержания урана в породообразующих минералах. При

повышеной щелочности относительно концентрации Al3+, Fe3+, Ti4+, циркон и

торит оразоватся не могут, в результате проявляются ангидридные свойства

циркония и кристаллизуется эвдиалит (Na,Ca)6Zr[Si6O18](Cl,OH), это также

справедливо и для урана. По силе основности был составлен ряд определяющий

вовлечение указаных элементов в состав породообразующих минералов.

На основе изученных данных уран уличен в корреляционной связи с

относительным содержанием щелочей. Эта корреляция не имеет прямой

зависимости ,а подчиняется пропорциональной связи со степенью агпаитности

пород, отражающей соотношения в магматическом расплаве оснований с

кислотными остатками.

В ураноносных пегматитах концентрация редкоземельных элементов

превышает в 50-80 раз соответствующие кларки. Для пегматитов характерно

разделение этих элементов на две группы - церия и иттрия. Уран чаще связан

с группой иттрия. До 98% урана сосредоточено в акцессорных и собственных

минералах. Концентрации урана достигают десятых долей процента от массы

пегматитовой жилы.