Tetracloruro di uranio

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Tetracloruro di uranio
Campione di tetracloruro di uranio
Struttura cristallina del tetracloruro di uranio
Nomi alternativi
cloruro di uranio(IV)
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare UCl4
Massa molecolare (u) 379,84
Aspetto solido cristallino verde scuro
Numero CAS [10026-10-5]
Numero EINECS 233-057-7
PubChem 66210
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 4,87
Solubilità in acqua solubile
Temperatura di fusione 590 °C (863 K)
Temperatura di ebollizione 791 °C (1064 K)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
tossicità acuta tossico a lungo termine pericoloso per l'ambiente
Frasi H 330, 300, 373, 411
Frasi S 20/21, 45, 61

Il tetracloruro di uranio è il composto inorganico di formula UCl4. In condizioni normali è un solido cristallino verde scuro, radioattivo, solubile in acqua. In questo composto l'uranio è nello stato di ossidazione +4. È uno dei principali precursori per la sintesi di altri composti di uranio. In passato fu usato nel processo di separazione isotopica elettromagnetica (EMIS) per ottenere uranio arricchito.

Cenni storici[modifica | modifica wikitesto]

Il tetracloruro di uranio fu descritto per la prima volta nel 1842 da Peligot,[1] che lo ottenne facendo reagire ad alta temperatura cloro con una miscela di ossido di uranio e carbone. Riducendo il tetracloruro di uranio con potassio, Péligot fu anche il primo a ottenere uranio metallico.

Sintesi[modifica | modifica wikitesto]

UCl4 può essere preparato in vari modi;[2] il metodo preferito è la reazione tra UO3 e esacloropropene.[3]

Proprietà fisiche[modifica | modifica wikitesto]

UCl4 è un solido verde scuro, molto igroscopico, che sublima sotto vuoto a circa 500 °C. Nel solido cristallino l'atomo di uranio è attorniato da otto atomi di cloro, quattro distanti 264 pm e quattro distanti 287 pm.[4]

Reattività[modifica | modifica wikitesto]

La molecola UCl4 è un acido di Lewis e si scioglie in solventi aprotici che possano agire da basi di Lewis, come tetraidrofurano, acetonitrile e dimetilformammide. La soluzione in solventi protici è un processo più complicato. In acqua si forma l'aquoione:

UCl4 + xH2O → [U(H2O)x]4+ + 4Cl-    (x = 8 o 9)[5]

L'aquoione [U(H2O)x]4+ è fortemente idrolizzato:

[U(H2O)x]4+ ⇄ [U(H2O)x-1(OH)]3+ + H+

Il pKa di questa reazione è circa 1,6,[6] e quindi l'idrolisi è assente solo in soluzioni molto acide (pH < 0). Ulteriori reazioni di idrolisi sono presenti a pH > 3. L'aquoione può anche formare cloro complessi. Per la formazione di [UCl]3+(aq) si stimano valori di log K compresi tra –0,5 e +3; la misura è difficile per la simultanea presenza delle reazioni di idrolisi.[6]

Con alcoli si può avere parziale solvolisi:

UCl4 + xROH ⇄ UCl4-x(OR)x + xH+

In solventi aprotici si formano specie solvatate tipo UCl4Sx che possono essere isolate. Il solvente deve essere perfettamente anidro, altrimenti si ha idrolisi e il solvente viene protonato:

UCl4 +H2O + S ⇄ UCl3(OH) + SH+ +Cl-

UCl4 può funzionare da acido di Lewis anche nei confronti di altri leganti presenti in soluzione. Ad esempio:

UCl4 + 2Cl- → [UCl6]2-.

Le soluzioni di UCl4 si ossidano all'aria con formazione di complessi dello ione uranile, [UO2]2+.

Usi[modifica | modifica wikitesto]

UCl4 è uno dei principali precursori per la sintesi di altri composti di uranio, ed è importante anche nel riprocessamento del combustibile nucleare.

A partire dal 1944 fu usato nel processo di separazione isotopica elettromagnetica (EMIS) per ottenere uranio arricchito al Y-12 National Security Complex di Oak Ridge (Tennessee). UCl4 aveva il vantaggio di essere meno corrosivo di UF6. Questa tecnologia è stata abbandonata negli anni cinquanta.

Indicazioni di sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

Il tetracloruro di uranio non è disponibile in commercio. Il composto non è classificato esplicitamente nella Direttiva 67/548/CE, ma come composto dell'uranio va considerato molto tossico e pericoloso per l'ambiente, nonché radioattivo.[7]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Péligot 1842
  2. ^ Brauer 1965, p. 1436
  3. ^ Keogh 2006
  4. ^ Taylor e Wilson 1973
  5. ^ David 1986
  6. ^ a b Academic Software, The IUPAC Stability Constants Database, SC-Database. URL consultato il 1º marzo 2012.
  7. ^ Composti dell'uranio nella banca dati GESTIS. URL consultato il 9 dicembre 2011.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • G. Brauer (a cura di), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, vol. 2, New York, Academic Press, 1965.
  • F. David, Thermodynamic properties of lanthanide and actinide ions in aqueous solution in J. Less Common Metals, vol. 121, 1986, pp. 27–42, DOI:10.1016/0022-5088(86)90511-4.
  • (EN) D. W. Keogh, Actinides: Inorganic & Coordination Chemistry in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2006, DOI:10.1002/0470862106.ia001, ISBN 978-0-470-86210-0.
  • E. Péligot, Recherches sur l'uranium in Ann. Chim. Phys., S. 3, T. 5, 1842, pp. 5–47. URL consultato il 1º marzo 2012.
  • J. C. Taylor e P. W. Wilson, A neutron-diffraction study of anhydrous uranium tetrachloride in Acta Cryst., B29, 1973, pp. 1942-1944, DOI:10.1107/S0567740873005790.
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