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.