Общие характеристики и свойства урана как элемента

Уран очень тяжелый, серебристо-белый глянцевый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Наиболее распространенными методами получения урана в металлическом состоянии является восстановление их фторидов щелочными или щелочноземельными металлами или электролиз расплавов их солей.

Основные физические свойства урана: температура плавления 1132.2°C; температура кипения 3818°C; плотность 19.12 г/ см3

Конфигурация внешних электронов атома урана в основном состоянии 5f36d17s2. Особенности структуры электронных оболочек атома урана (наличие 6 электронов) и некоторые его физико-химические свойства служат основанием для отнесения урана к переходному ряду актинидов. Однако несомненна также химическая аналогия урана с элементами шестой побочной группы периодической системы (Cr, Mo, W). Уран отличается высокой химической активностью и реагирует со всеми элементами за исключением благородных газов. Как известно, в соответствии с электронной структурой валентной оболочки (5f36d17s2) уран способен проявлять степени окисления + 2,+3,+4,+5 и +6. Последняя из них является наиболее устойчивой и реализуется в многочисленных соединениях, обычно содержащих практически линейные и равноплечные катионы UO22+ (ионы уранила) [1-3].

Уранильная группа характеризуется тем, что расстояние между ураном и двумя атомами кислородами составляет (1.7-2.0 Å) это расстояние меньше, чем расстояние между ураном и другими элементами, входящими в состав соединений иона уранила. Это происходит в результате того, что уран взаимодействуя с атомами кислорода в аксиальной плоскости образует с ними более прочные двойные связи.

Кроме того группа уранила, имеющая линейную структуру, отличается исключительной химической устойчивостью и как правило при реакциях проводимых в обычных условиях входит целиком в состав соединений.

Такая повышенная прочность связана с тем, что в расположении атомов урана имеется большое число 6d - и 5f - орбиталей, часть которых остается свободной и после образования обычных ковалентных связей между ураном и кислородом. Наличие незанятых орбиталей урана, а также возможность дополнительного взаимодействия двух не поделенных пар электронов самого кислорода приводят к возникновению дополнительных кратных связей [4].

При образовании двухкратных связей с атомами кислорода, уран U (VI) не исчерпывают свои валентные возможности и способны образовать еще от 3 до 6 дополнительных координационных связей с атомами разных по составу и строению неорганических или органических лигандов. Независимо от количества и природы атомов лигандов все они располагаются примерно в одной плоскости, которая перпендикулярна линейной группе UO2 и проходит через атом урана. В стереохимии U (VI) эта плоскость называется экваториальной. С учетом экваториальных лигандов координационные полиэдры атома урана имеют форму соответственно тригональной (кч (U) =5), тетрагональной (кч (U) =6), пентагональной (кч (U) =7) и гексагональной (кч (U) =8) бипирамиды, сжатой вдоль главной оси, так как длина связи (уран−лиганд) как правило значительно превышает длину связей U=O в ионе уранила (Рис.1).

а б в г

Рис. 1. Схематическое строение координационных полиэдров UO2X n при n=3 (a), 4 (б), 5 (в) и 6 (г) в структуре соединений уранила.

Во всех случаях черные кружки - атомы U (VI), светлые - атомы кислорода линейной группы UO2+, а маленькие светлые - атомы Х, находящиеся в экваториальной плоскости. Пунктирные линии - координационные связи U-X, штриховкой выделена экваториальная плоскость, перпендикулярная линии O=U=O [5].

В зависимости от кристаллохимической роли экваториальных атомов кислорода соединения U (VI) можно разделит на две основные группы. В одной из них атомы кислорода можно рассматривать как изолированные ионы O2-, которые связаны только с атомами металлов, в том числе и U (VI). В другой группе, представляющей собой комплексные и координационные соединения уранила, координированные ураном атомы кислорода образуют ковалентные связи с атомами неметаллов и входят в состав многоатомных ацидо - (CO32-, NO3-,OH-) и других лигандов.