Uranyum dioksit

Uranyum dioksit
U4+ O2−
Adlandırmalar
	IUPAC adı Uranyum dioksit; Uranyum(IV) oksit
Tanımlayıcılar
CAS numarası	1344-57-6 ;
3D model (JSmol)	Etkileşimli görüntü;
ChemSpider	10454 ;
ECHA InfoCard	100.014.273
EC Numarası	215-700-3;
PubChem CID	10916;
RTECS numarası	YR4705000;
UNII	L70487KUZO ;
CompTox Bilgi Panosu (EPA)	DTXSID8061682 ;
	InChI InChI=1S/2O.U Key: FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N;
	SMILES O=[U]=O;
Özellikler
Molekül formülü	UO2
Molekül kütlesi	270.03 g/mol
Görünüm	siyah veya koyu kahverengi toz
Yoğunluk	10.97 g/cm3
Erime noktası	2,840-2,865 °C
Çözünürlük (su içinde)	Suda Çözünmez
Yapı
Kristal yapı	Florit (kübik), cF12
Koordinasyon geometrisi	Tetrahedral (O2−); kübik (UIV)
Termokimya
Standart molar entropi (S⦵298)	78 J·mol−1·K−1
Standart formasyon entalpisi (ΔfH⦵298)	−1084 kJ·mol−1
Tehlikeler
	GHS etiketleme sistemi:
Piktogramlar
İşaret sözcüğü	Tehlike
Tehlike ifadeleri	H300, H330, H373, H410, H411
Önlem ifadeleri	P260, P264, P270, P271, P273, P284, P301+P310, P304+P340, P310, P314, P320, P321, P330, P391, P403+P233, P405, P501
NFPA 704; (yangın karosu)	4 0 0 OX
Güvenlik bilgi formu (SDS)	ICSC 1251
	Aksi belirtilmediği sürece madde verileri, Standart sıcaklık ve basınç koşullarında belirtilir (25 °C [77 °F], 100 kPa).

Uranyum Dioksit, diğer adıyla uranya kimyasal formülü UO₂ olan maddedir. Neredeyse siyah renkli veya koyu kahverengi, radyoaktif ve kristal yapıda olan bir madde olup doğal olarak uraninit ve kleveyit minerallerinde bulunmaktadır. Nükleer santrallerde plütonyum ve uranyum dioksit karışımı yakıt çubuklarında kullanılmaktadır. Sarı ve siyah renkli seramiklerde 1960 yılına kadar kullanılmışlardır. Stoksiyometrik özelliklerine bağlı olarak erime sıcaklığı değişkendir.^[2]

Üretim

Uranyum trioksitin, hidrojen ile redoks reaksiyonu ile elde edilmektedir.

UO₃ + H₂ → UO₂ + H₂O 700 °C (973 K)

Bu reaksiyon nükleer maddenin yeniden işlenmesi ve uranyum zenginleştirme ile nükleer yakıt yapımında önemli bir rol oynar.

Özellikler

Uranyum dioksit bazik özellikler göstermesine rağmen su ve su buharı ile tepkimeye 300 °C'ye kadar girmemektedir, bir vakum altında ısıtıldığında termodinamik olarak stabil haldedir.

Kimyası

Yapısı florit (kalsiyum florür) ile aynıdır, her uranyum atomu sekiz oksijen atomu ile kübik bir yapı ile çevrelenmiştir. Ayrica seryum, toryum, neptünyum dioksitleride aynı yapılara sahiptir.^[3]

Uranyum dioksit
Şekillendirilmiş uranyum dioksit

Oksidasyon

Uranyum dioksit oksijen ile triuranyum oktaoksit'e oksidize olacaktır.

3 UO₂ + O₂ → U₃O₈ 700 °C (970 K)^[4]^[5]

Karbonizasyon

Uranyum dioksit karbon ile teması halinde uranyum karbür ve karbon monoksit ortaya çıkarır.

${\ce {UO2 + 4C -> UC2 + 2CO}}$

Bu işlem inert bir gaz altında yapılmalıdır zira uranyum karbür kolayca uranyum dioksite oksidize olmaktadır.

Kullanım Alanları

Nükleer Yakıt

UO₂ çoğunlukla nükleer yakıt olarak kullanılmaktadır tek başına kullanılabileceği gibi plütonyum dioksit ile karıştırılarakta kullanılabilmektedir.

Uranyum dioksit zirkonyum, niobyum, paslanmaz çelik ile yüksek sıcaklıklarda etkileşime girmez bundan dolayı nükleer reaktörlerde kullanıma uygundur.

Uranyum dioksit nükleer yakıt üretiminde çubuk, tüp, pelet vb. gibi şekillerde üretilebilmektedir. Seramik üretim teknolojileri ile üretilmektedir, sıcak seramikler çok kırılgandırlar.

Uranyum Dioksitin termal iletkenliği uranyum, uranyum nitrit ve uranyum karbüre göre çok düşüktür bunun sonucu olarak lokalize olarak aşırı ısınma gerçekleşebilir.

Seramik Katkısı

(kendin yap kiti halinde) Geiger Sayacı turuncu renkli bir Fiestaware parçasına karşılık sesli bir şekilde ötmektedir.

Uranyum dioksit (Uranya) 2. dünya savaşı ve ana kullanımı nükleer yakıt olana kadar cam ve seramikleri renklendirmek için kullanılmıştır. 1958 yılında tekrar uranyumun zayıflatılmış uranyum olarak ticari kullanımına sınırlı olarak izin verilmiştir. Uranya bazlı seramikler normalde siyah veya yeşil olmalarına rağmen çeşitli işlemlerden sonra sarı veya turuncu renklere çevirilmektedirler. Turuncu Fiestaware bu tarz ürünlerin iyi bilinen örneklerinden biridir.

Diğer Kullanımları

Radyasyonun zararları bilinmeden önce takma diş ve diş dolgularında kullanılmaktaydı zira düşük ışık koşullarında hafif bir parlama göstermekteydi ve ışığın bu maddeye karşı olan etkisi gerçek dişe görünüm olarak yakındı.

Zayıflatılmış Uranyum dioksit katalizör olarak kullanılmaktadır örneğin gaz halindeki organik bileşiklerin yapılarını bozup dejenere etmektedir, metan gazını metanole oksidize edebilmektedir ayrıca petrolden sülfürü ayırmak içinde kullanılmaktadır.

Uranyum dioksit ile şarj edilebilir pil üretimi hakkında araştırma yapılmıştır, bu piller yüksek güç yoğunluğuna ve potansiyel hücre başına 4,7v enerji kapasitesine sahip olması muhtemeldi.

Uranyum dioksit antiferromanyetik durumda güçlü piezomanyetizma göstermektedir.^[6]

Uranyum dioksit diğer uranyum oksitler gibi diğer uranyum bileşiklerinin sentezlenmesi için kullanılabilir özellikle Uranyum florür'ün sentezlenmesi için kullanılmaktadır. Uranyum oksitler genelde saf uranyuma göre daha stabil olduğundan uranyumun depolanmasına kullanılmaktadır.

Yarı iletken özellikleri

Uranyum dioksitin bant aralığı silisyum ve galyum arsenitle (bu maddeler optimum verimlilik ve güneş ışığı için uygun bant aralığında bulunmaktadır) karşılaştırılabilecek seviyededir, bu verilere göre uranyum dioksit schottky diyotu yapısında verimli güneş panellerinde kullanılabilir. 5 ayrı dalga boyunu kızıl ötesi dahil olmak üzere emebilmektedir.^[7]

Uranyum izotopları ²³⁵U ve ²³⁸U'nın radyoaktif bozunmasının uranyum dioksit'in yarı iletken özelliklerine etkileri 2005 itibarı ile araştırılmamıştır.^[]

Uranyum dioksitten bir adet pnp transistör ve U₃O₈ 'dan bir adet schottky diyotu üretilmiştir.^[8]

Zehirlilik

Uranyum dioksitin akciğerdeki fagositozlar tarafından emildiği bilinmektedir.

Kaynakça

^ ^a ^b Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. s. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
^ проф.И. Н. Бекман (2009). Уран. Учебное пособие (PDF). {{ru:М}}. 22 Mart 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 21 Ağustos 2022.
^ Petit, L.; Svane, A.; Szotek, Z.; Temmerman, W. M.; Stocks, G. M. (7 Ocak 2010). "Electronic structure and ionicity of actinide oxides from first principles". Physical Review B. 81 (4): 045108. arXiv:0908.1806 $2. Bibcode:2010PhRvB..81d5108P. doi:10.1103/PhysRevB.81.045108.
^ Haschke, John M; Allen, Thomas H; Morales, Luis A (1999). "Reactions of Plutonium Dioxide with Water and Oxygen-Hydrogen Mixtures: Mechanisms for Corrosion of Uranium and Plutonium" (PDF). doi:10.2172/756904. 24 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 6 Haziran 2009.
^ Haschke, John M; Allen, Thomas H; Morales, Luis A (2001). "Reactions of plutonium dioxide with water and hydrogen–oxygen mixtures: Mechanisms for corrosion of uranium and plutonium". Journal of Alloys and Compounds. 314 (1–2). ss. 78-91. doi:10.1016/S0925-8388(00)01222-6.
^ Jaime, Marcelo; Saul, Andres; Salamon, Myron B.; Zapf, Vivien; Harrison, Neil; Durakiewicz, Tomasz; Lashley, Jason C.; Andersson, David A.; Stanek, Christopher R.; Smith, James L.; Gofryk, Krysztof (2017). "Piezomagnetism and magnetoelastic memory in uranium dioxide". Nature Communications. 8 (1). s. 99. Bibcode:2017NatCo...8...99J. doi:10.1038/s41467-017-00096-4. PMC 5524652 $2. PMID 28740123.
^ An, Yong Q.; Taylor, Antoinette J.; Conradson, Steven D.; Trugman, Stuart A.; Durakiewicz, Tomasz; Rodriguez, George (2011). "Ultrafast Hopping Dynamics of 5f Electrons in the Mott Insulator UO₂ Studied by Femtosecond Pump-Probe Spectroscopy". Physical Review Letters. 106 (20). s. 207402. Bibcode:2011PhRvL.106t7402A. doi:10.1103/PhysRevLett.106.207402. PMID 21668262.
^ Meek, Thomas T.; von Roedern, B. (2008). "Semiconductor devices fabricated from actinide oxides". Vacuum. 83 (1). ss. 226-8. Bibcode:2008Vacuu..83..226M. doi:10.1016/j.vacuum.2008.04.005.

[b1-1] Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. s. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.

[Бекман-2] проф.И. Н. Бекман (2009). Уран. Учебное пособие (PDF). {{ru:М}}. 22 Mart 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 21 Ağustos 2022.

[3] Petit, L.; Svane, A.; Szotek, Z.; Temmerman, W. M.; Stocks, G. M. (7 Ocak 2010). "Electronic structure and ionicity of actinide oxides from first principles". Physical Review B. 81 (4): 045108. arXiv:0908.1806 $2. Bibcode:2010PhRvB..81d5108P. doi:10.1103/PhysRevB.81.045108.

[4] Haschke, John M; Allen, Thomas H; Morales, Luis A (1999). "Reactions of Plutonium Dioxide with Water and Oxygen-Hydrogen Mixtures: Mechanisms for Corrosion of Uranium and Plutonium" (PDF). doi:10.2172/756904. 24 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 6 Haziran 2009.

[5] Haschke, John M; Allen, Thomas H; Morales, Luis A (2001). "Reactions of plutonium dioxide with water and hydrogen–oxygen mixtures: Mechanisms for corrosion of uranium and plutonium". Journal of Alloys and Compounds. 314 (1–2). ss. 78-91. doi:10.1016/S0925-8388(00)01222-6.

[6] Jaime, Marcelo; Saul, Andres; Salamon, Myron B.; Zapf, Vivien; Harrison, Neil; Durakiewicz, Tomasz; Lashley, Jason C.; Andersson, David A.; Stanek, Christopher R.; Smith, James L.; Gofryk, Krysztof (2017). "Piezomagnetism and magnetoelastic memory in uranium dioxide". Nature Communications. 8 (1). s. 99. Bibcode:2017NatCo...8...99J. doi:10.1038/s41467-017-00096-4. PMC 5524652 $2. PMID 28740123.

[7] An, Yong Q.; Taylor, Antoinette J.; Conradson, Steven D.; Trugman, Stuart A.; Durakiewicz, Tomasz; Rodriguez, George (2011). "Ultrafast Hopping Dynamics of 5f Electrons in the Mott Insulator UO₂ Studied by Femtosecond Pump-Probe Spectroscopy". Physical Review Letters. 106 (20). s. 207402. Bibcode:2011PhRvL.106t7402A. doi:10.1103/PhysRevLett.106.207402. PMID 21668262.

[8] Meek, Thomas T.; von Roedern, B. (2008). "Semiconductor devices fabricated from actinide oxides". Vacuum. 83 (1). ss. 226-8. Bibcode:2008Vacuu..83..226M. doi:10.1016/j.vacuum.2008.04.005.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]