Химические свойства четырех и шести валентного урана.Уран - белый металл плотностью 18,3 г см, плавящийсяпри температуре 1133 градуса. Металл достаточно активен - при слабом нагреваниион загорается в присутствии воздуха.Он легко соединяется с серой и галогенами,вытесняет водород из разбавленных кислот, с образованием солейчетырехвалентного урана, а в очень измельченном виде вытесняет водород из воды. Урановый ангидрит имеет характер амфотерного окислакоторый при растворении в кислотах образует соли, где роль металла играет ион,а при растворении в щелочах образует кислотные остатки в виде комплексныхсоединений.
В химических соединениях уран может находится в четырех валентныхсостояниях 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 насоединения четырех- и шестивалентного урана.2UCl5 UCl4 UCl6В водных растворах U5 находят в видекомплексного иона UO2 . В щелочной среде устой чивостьиона возрастает.
Наиболее устойчивыми ионами в природных условияхявляются четырех- и шести валентный уран. Ионы четырехвалентного уранаустойчивы в востановительной обстановке. Они получаются путем потери двухэлектронов с s подуровня 7-го уровня d-подуровня 6-го уровня и f-подуровня 5-гоуровня при этом образуется ионы с внешним восьмиэлектронным уровнем аналогичнымс благородными газами что характерно для литофильных элементов.Это объясняетих высокую химическую активность по отношению к кислороду и сабуюполяризационную способность.В сильнощелочных растворах U4 можетпроявлять ангидридные свойства, но в нейтральных и слабокислых активнореагирует с ионами гидроксила, а гидроксил четырехвалентного урана плохорастворяется в воде. Для U OH 4 растворимость составляет 5,2 10-12моль л, что в 1000 раз ниже растворимости гидроксида алюминия.В отличии от четырехвалентного урана шестивалентныйуран принимает более активное участие в геологических процессах.
Для UО2 OH 2 растворимостьсоставляет 3,5 10-9 моль л. Константа диссоциации равна 2 10-22.В неитральной среде концентрация ионов уранила равна 10-8 моль л итолько 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 10-6моль л.Катион UO2 2 представляет собойлинейное образование в центре которого находится U4 , а атомыкислорода расположены на одинаковых растояниях.
По данным ионных радиусов былоустановлено, что связь атома урана с атомами кислорода носит ковалентныйхарактер. При ковалентной связи атомы имеют общие элкектроны, которые объясняютвысокую прочность соединения.
Низкую прочность соединений шестивалентного уранаобъясняется тем что весь заряд сосредоточен вокруг урана, а не вокруг кислорда.Ионный радиус этого катиона примерно равен 3 А, такой радиус значительнозатрудняет изоморфное вхождение в кристаллическую структуру.
Следовательносамостоятельные минералы шестивалентного урана могут образовываться в основномс крупными анионами. Большие размеры катиона U 6 объясняют егонакопление в мелкозернистых породах.Распространенность урана в земной коре.Несмотря на высокий атомный номер и возможностьраспада ядер, содержание урана в земной коре относительно высокое. В земнойкоре содержится около 2,5 10-4 урана.В коре содержаниеурана 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 вмагматических горных породах он практически не образует промышленныхконцентраций. Как уже отмечалось повышенные концентрации этого элементаотмечены в щелочных породах. В Ловозерском массиве установлена следующаяпримерная схема кристаллизации магмы полевые шпаты, нефелин, эгирин,лампрофиллит, эвдиалит, ферсманит, лопарит.По приведенной последовательностиможно предположить, что в щелочных расплавах первыми кристаллизуются минералысодержащие ионы с меньшими валентностями.
Причем чем выше концентрация щелочейотносительно концентрации высоковалентных катионов, тем сильнее влияние этихщелочей на роль высоковалентных кватионов в минералообразовании. Так появлениетитанн-цирконий-ниобий-силикато в определяет начало вовлечение урана вмагматическое минералообразование. На этом этапе повышаются содержания урана впородообразующих минералах.При повышеной щелочности относительно концентрацииAl3 , Fe3 , Ti4 , циркон и торит оразоватся немогут, в результате проявляются ангидридные свойства циркония и кристаллизуетсяэвдиалит Na,Ca 6Zr Si6O18 Cl,OH , это такжесправедливо и для урана.
По силе основности был составлен ряд определяющийвовлечение указаных элементов в состав породообразующих минералов.На основе изученных данных уран уличен вкорреляционной связи с относительным содержанием щелочей.Эта корреляция неимеет прямой зависимости ,а подчиняется пропорциональной связи со степеньюагпаитности пород, отражающей соотношения в магматическом расплаве оснований скислотными остатками.В ураноносных пегматитах концентрация редкоземельныхэлементов превышает в 50-80 раз соответствующие кларки.
Для пегматитовхарактерно разделение этих элементов на две группы - церия и иттрия. Уран чащесвязан с группой иттрия. До 98 урана сосредоточено в акцессорных и собственныхминералах. Концентрации урана достигают десятых долей процента от массыпегматитовой жилы.