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.
