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.
