Uraanihydridi

Uraanihydridi tai uraanitrihydridi (UH3) on uraanin ja vedyn muodostama hydridi. Uraanihydridi on myrkyllistä ja radioaktiivista, ruskehtavan harmaata tai mustaa pyroforista jauhetta tai haurasta kiinteää ainetta.

Fysikaalisia ominaisuuksia 

Uraanihydridin tiheys on noin 11 g/cm3, mikä on paljon pienempi kuin uraanin 19,1 g/cm3. Se johtaa sähköä. Se on hieman liukoisa suolahappoon ja hajoaa typpihappoon. Uraanihydridillä on kaksi erilaista kiderakenteen muotoa, molemmat ovat kuutiollisia (α-muodon hilavakio a = 416 pm ja β-muodon 664,4 pm). α-muodon UH3-hydridiä voidaan valmistaa ainoastaan matalissa lämpötiloissa, alle noin –80 °C. β-muotoa taas syntyy silloin kun kiteytyminen tapahtuu yli 250 °C:n lämpötilassa. α-muoto muuttuu hitaasti β-muotoon jo huoneenlämmössä, mutta etenkin kun sitä kuumennetaan yli 100 °C:n lämpötilaan. Sekä α- että β-UH3 ovat ferromagneettisia alle noin –93 °C (180 K) lämpötilassa, sen yläpuolella ne ovat paramagneettisia.

Ydintekniikassa uraanihydridi toimii neutronimoderaattorina.

Kemiallisia ominaisuuksia 

Kun uraanimetallia kuumennetaan 250–300 °C, se reagoi vedyn kanssa muodostaen uraanihydridiä. Kun kuumennusta jatketaan noin 500 °C:n lämpötilaan saakka, vety poistuu palautuvalla reaktiolla. Tätä ominaisuutta hyväksi käyttäen voidaan tehdä hienojakoista uraanijauhetta ja uraanin yhdisteitä kuten uraanikarbidia, uraaninitridia ja halideja. Reaktio on seuraava:

2 U + 3 H2 ⇌ 2 UH3

Myös uraanin reaktio veden kanssa tuottaa uraanihydridiä:

7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 UH3

Kun UH3 kuumennetaan diboraanin kanssa, muodostuu uraaniboridia. Kuumennettaessa bromin kanssa 300 °C:n lämpötilassa, saadaan uraani(IV)bromidia. Kloorin kanssa 250 °C saadaan uraani(IV)kloridia. Vetyfluoridin kanssa 20 °C saadaan uraani(IV)fluoridia. Vetykloridin kanssa 300 °C tuotetaan uraani(III)kloridia. Vetybromidin kanssa 300 °C tuotetaan uraani(III)bromidia. Vetyjodidin kanssa 300 °C saadaan uraani(III)jodidia. Ammoniakin kanssa 250 °C saadaan uraani(III)nitridia. Vetysulfidin kanssa 400  °C tuotetaan uraani(IV)sulfidia. Hapen kanssa jo 20 °C:n lämpötilassa saadaan triuraanioktaoksidia ja veden kanssa 350 °C saadaan uraanidioksidia.

Käyttö 
Uraanizirkoniumhydridi (UZrH), yhdistelmä uraanihydridiä ja zirkonium(II)hydridiä, toimii ydinpolttoaineena ja neutronimoderaattorina TRIGA-luokan ydinreaktoreissa.

Uraanihydridiä voidaan käyttää vedyn isotooppierotteluun, erittäin puhtaan vedyn valmistamiseen, hienojakoisen uraanimetallipulverin valmistukseen ja pelkistimenä.

Uraanideuteridi ja käyttö ydinaseissa 
Uraanideuteridi (UD3), eli uraanihydridi jossa vety on deuteriumina tavallisen luonnossa esiintyvän vetyisotoopin (protiumin) sijasta, on aine josta voidaan käyttää neutroni initiaattorien valmistamiseen ydinaseen sytytysmekanismissa.

Uraanihydridiä ja uraanideuteridia ehdotettiin uraanihydridipommin fissiiliksi materiaaliksi. Tätä tutkittiin Manhattan-projektin varhaisessa vaiheessa, mutta ajatuksesta luovuttiin keväällä 1944 kun opittiin että tällaisesta ydinpommista tulisi sangen tehoton. Ydinkokeet, joissa näitä aineita testattiin Operaatio Upshot-Knotholen kahdessa koeräjäytyksessä, osoittautuivat pettymyksiksi.

Katso myös 
 Köyhdytetty uraani

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 
 PubChem: Uranium hydride 

Hydridit
Uraaniyhdisteet
Ydinasemateriaalit