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Hidruro de uranio
Nombre IUPAC
Hidruro de uranio
General
Otros nombres

Hidruro de uranio(III)[1]​

Uranio trihidruro[2]​[3]​
Fórmula molecular UH3
Identificadores
Número CAS 13598-56-6[4]​
ChEBI 27214 49936, 27214
ChemSpider 25935465
PubChem 23989
UNII 4OC371KSTK
InChI=InChI=1S/U
Key: JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Apariencia marrón grisáceo / marrón negruzco
Densidad 10 950 kg/m³; 10,95 g/cm³
Masa molar 241,05273 g/mol
Estructura cristalina cúbica, cP32 , cte de red: 664.3 pm[5]​
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
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El hidruro de uranio, también denominado trihidruro de uranio (UH3), es un compuesto inorgánico de uranio.

Propiedades

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El hidruro de uranio es un compuesto muy tóxico, de color marrón grisáceo a marrón negruzco, que es un polvo pirofórico o sólido frágil. Su densidad a 20 °C es 10.95 g cm−3, mucho menor que la del Uranio (19.1 g cm−3). Su conductividad es metálica, es levemente soluble en ácido clorhídrico y se descompone en ácido nítrico.

Existen dos formas cristalinas del hidruro de uranio, ambas cúbicas: una forma α que se obtiene a bajas temperaturas y una forma β que crece cuando la temperatura de formación se encuentra por encima de 250 °C.[6]​ Luego de crecer, ambas formas son metaestable a temperatura ambiente y temperaturas inferiores, pero la forma α lentamente se convierte en la forma β al calentarse a 100 °C.[3]​ Ambas formas α- y β-UH3 son ferromagnéticas a temperaturas inferiores a ~180 K. Por encima de 180 K, son paramagnéticas.[7]​

Formación del uranio metálico

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Reacción con el hidrógeno

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La exposición del metal al hidrógeno produce la fragilización inducida por hidrógeno. El hidrógeno se difunde por el metal y forma una red de hidruro frágil a lo largo de los bordes de grano. Se puede quitar el hidrógeno y recuperar la ductilidad mediante recocido en vacío.[8]​

El uranio metálico calentado entre 250 a 300 °C reacciona con el hidrógeno y forma hidruro de uranio. Si se calienta hasta alcanzar unos 500 °C el hidrógeno se desprenderá de manera reversible. Esta propiedad hace que los hidruros de uranio sean materiales iniciales convenientes para crear polvo reactivo de uranio además de varios compuestos de carburos, nitruros, y haluros de uranio.[6]​ La reacción reversible es la siguiente:[2]​

2 U + 3 H2 está en equilibrio con 2 UH3

El hidruro de uranio no es un compuesto intersticial, por lo que el metal se expande al formarse el hidruro. En su estructura cristalina, cada átomo de uranio queda rodeado por otros 6 átomos de uranio y 12 átomos de hidrógeno; cada átomo de hidrógeno ocupa un gran hueco tetrahédrico en la red.[9]​ La densidad del hidrógeno en el hidruro de uranio es aproximadamente la misma en el agua líquida o en hidrógeno líquido.[10]​ La estructura posee unión U-H-U mediante un átomo de hidrógeno.[11]​

Reacción con el agua

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El hidruro de uranio se forma cuando el uranio metálico (por ejemplo cuando el combustible Magnox con vaina oxidada) queda expuesto al agua; y se produce la siguiente reacción:

7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 UH3

El hidruro de uranio resultante es pirofórico; si el metal (por ejemplo una barra combustible dañada) es expuesto con posterioridad al aire, se puede producir una gran cantidad de calor y el cuerpo de uranio metálico puede prenderse fuego.[12]​ El hidruro de uranio contaminado puede ser pasivado si se lo expone a una mezcla de gases 98% helio con 2% oxígeno.[13]​ La humedad condensada sobre el uranio metálico promueve la formación de hidrógeno y de hidruro de uranio; una superficie piroforica formada en ausencia de oxígeno.[14]​ Ello representa un problema para el almacenamiento bajo agua de barras combustibles agotadas en las piletas de almacenamiento de barras combustibles agotadas. Dependiendo del tamaño y distribución de las partículas del hidruro, puede ocurrir auto ignición luego de haber sido expuesto por algún tiempo al aire.[15]​ Dicha exposición involucra un riesgo de auto ignición en los sitios de almacenamiento de residuos radioactivos.[16]​

El uranio metálico expuesto al vapor produce una mezcla de hidruro de uranio y dióxido de uranio.[9]​

El hidruro de uranio expuesto al agua desprende hidrógeno. En contacto con oxidantes fuertes ello puede producir un incendio y explosiones. Al contacto con elementos halocarbonados puede causar una reacción violenta.[17]​

Otras reacciones químicas

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El polvo de hidruro de uranio impregnado de poliestireno no es pirofórico y puede ser prensado, sin embargo su relación carbono-hidrógeno no es favorable. Por ello en 1944 se inventó el poliestireno hidrogenado.[18]​

Historia

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Se usaron trozos de hidruro de uranio en la serie de experimentos denominados "haciéndole cosquillas a la cola del dragón" para determinar la masa crítica del uranio.[19]​

Se han propuesto al hidruro de uranio y al deuteruro de uranio como materiales físiles para una bomba de hidruro de uranio. Sin embargo los ensayos con hidruro de uranio y deuteruro de uranio durante la Operation Upshot–Knothole no arrojaron buenos resultados. Durante las primeras etapas del Proyecto Manhattan, en 1943, se investigó el posible uso del hidruro de uranio como material para fabricar una bomba; pero la idea se descartó a comienzos de 1944 cuando se determinó que dicho diseño sería ineficiente.[20]​

Usos

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El hidrógeno, deuterio, y tritio pueden ser purificados mediante su reacción con uranio, y luego descomponer térmicamente el hidruro/deuterudo/trituro.[21]​ Durante décadas el hidrógeno ultrapuro ha sido preparado utilizando lechos de hidruro de uranio.[22]​ El calentamiento de hidruro de uranio es una forma conveniente de introducir hidrógeno en un sistema en vacío.[23]​

El hinchado y pulverización en la síntesis de hidruro de uranio se puede usar para preparar uranio metálico muy puro, si se descompone mediante temperatura al polvo de hidruro.

El hidruro de uranio se puede usar para separar isotópicamente el hidrógeno, prepararar polvo de uranio metálico, y como agente reductor.

Referencias

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  1. ↑ Carl L. Yaws (2008). Thermophysical properties of chemicals and hydrocarbons. William Andrew. pp. 307-. ISBN 978-0-8155-1596-8. Consultado el 11 de octubre de 2011. 
  2. ↑ a b Egon Wiberg; Nils Wiberg; Arnold Frederick Holleman (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. pp. 239-. ISBN 978-0-12-352651-9. Consultado el 11 de octubre de 2011. 
  3. ↑ a b Gerd Meyer; Lester R. Morss (1991). Synthesis of lanthanide and actinide compounds. Springer. pp. 44-. ISBN 978-0-7923-1018-1. Consultado el 11 de octubre de 2011. 
  4. ↑ Número CAS
  5. ↑ Bartscher W., Boeuf A., Caciuffo R., Fournier J.M., Kuhs W.F., Rebizant J., Rustichelli F (1985). «Neutron diffraction study of b-UD3 AND b-UH3». Solid State Commun 53: 423-426. doi:10.1016/0038-1098(85)91000-2. 
  6. ↑ a b Seaborg, Glenn T. (1968). «Uranium». The Encyclopedia of the Chemical Elements. Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. p. 782. LCCCN 68-29938. 
  7. ↑ K. H. J. Buschow (2005). Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials. Elsevier. pp. 901-. ISBN 978-0-08-044586-1. Consultado el 11 de octubre de 2011. 
  8. ↑ I. N. Toumanov (2003). Plasma and high frequency processes for obtaining and processing materials in the nuclear fuel cycle. Nova Publishers. p. 232. ISBN 1-59033-009-9. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  9. ↑ a b Amit Arora (2005). Text Book Of Inorganic Chemistry. Discovery Publishing House. p. 789. ISBN 81-8356-013-X. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  10. ↑ Peter Gevorkian (2009). Alternative Energy Systems in Building Design (GreenSource Books). McGraw Hill Professional. p. 393. ISBN 978-0-07-162147-2. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  11. ↑ G. Singh (2007). Environmental Pollution. Discovery Publishing House. ISBN 978-81-8356-241-6. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  12. ↑ «Rust never sleeps». Bulletin of the Atomic Scientists 50 (5): 49. 1994. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  13. ↑ «EMSP». Teton.if.uidaho.edu. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2009. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  14. ↑ OECD Nuclear Energy Agency (2006). Advanced nuclear fuel cycles and radioactive waste management. OECD Publishing. p. 176. ISBN 92-64-02485-9. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  15. ↑ Abir Al-Tabbaa; J. A. Stegemann (2005). Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation: Proceedings of the International Conference on Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation, 12–13 April 2005, Cambridge, UK. Taylor & Francis. p. 197. ISBN 0-415-37460-X. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  16. ↑ International Conference on Nuclear Decom 2001: ensuring safe, secure and successful decommissioning : 16–18 October 2001 Commonwealth Conference and Events Centre, London UK, Issue 8. John Wiley and Sons. 2001. p. 278. ISBN 1-86058-329-6. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  17. ↑ «Uranium & Insoluble Compounds». Osha.gov. Archivado desde el original el 22 de marzo de 2010. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  18. ↑ Lillian Hoddeson (2004). Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943–1945. Cambridge University Press. p. 211. ISBN 0-521-54117-4. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  19. ↑ «Photo – Tickling the Dragon's Tail». Mphpa.org. 3 de agosto de 2005. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2010. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  20. ↑ Moore, Mike (July 1994). «Lying well». Bulletin of the Atomic Scientists 50 (4): 2. Bibcode:1994BuAtS..50d...2M. doi:10.1080/00963402.1994.11456528. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  21. ↑ E. E. Shpil'rain (1987). Thermophysical properties of lithium hydride, deuteride, and tritide and of their solutions with lithium. Springer. p. 104. ISBN 0-88318-532-6. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  22. ↑ Yuda Yürüm (1995). Hydrogen energy system: production and utilization of hidrogen and future aspects. Springer. p. 264. ISBN 0-7923-3601-1. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
  23. ↑ Fred Rosebury (1992). Handbook of electron tube and vacuum techniques. Springer. p. 121. ISBN 1-56396-121-0. Consultado el 7 de febrero de 2010. 
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