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Il mwbqdiossido di uranio, conosciuto anche come mwbgossido di uranio(IV), è un mwbwossido dell'mwcauranio con mwcqformula UOmwcg2, presente in natura nel minerale mwcwuraninite. Viene utilizzato come mwdacombustibile nucleare sia sotto forma di UOmwdq2 che di una miscela con mwdgdiossido di plutonio (PuOmwdw2) chiamata mweacombustibile ossido misto. Prima del 1960 era anche utilizzato come mweqpigmento per colorare mwegceramiche e mwewvetri.

Il composto si presenta sotto forma di mwfqcristalli o polvere scura (con colorazione dal nero al marrone) ed è molto tossico e pericoloso per l'ambiente.

• Produzione

• Chimica

• Struttura

• Ossidazione

• Carbonizzazione

• Usi

• Combustibile nucleare

• Colore per smalto vetroceramica

• Altro uso

• Proprietà dei semiconduttori

• Tossicità

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Il diossido di uranio viene prodotto mwgqriducendo il mwggtriossido di uranio con l'mwgwidrogeno.

mwhg UO 3 + H 2 ⟶ ⟶ UO 2 + H 2 O {\displaystyle {\ce {UO3\ +\ H2->UO2\ +\ H2O\,\,\,\,\,}}} a 700 °C (973 K).

Questa reazione svolge un ruolo importante nella creazione di combustibile nucleare attraverso il mwiaritrattamento nucleare e l'mwiqarricchimento dell'uranio.

Il solido è mwjqisostrutturale con (ha la stessa struttura di) mwjgfluorite (mwjwfluoruro di calcio), dove ogni atomo di uranio è circondato da otto atomi di ossigeno vicini più prossimi in una disposizione cubica. Inoltre, il diossido di cerio, il mwkqdiossido di torio, e quelli di mwkgplutonio e nettunio hanno le stesse strutture. Nessun altro biossido elementare ha la struttura della fluorite. Alla fusione, la mwlacoordinazione U-O media misurata si riduce da 8 nel solido cristallino (cubi UOmwlq8), fino a 6,7±0,5 (a 3270 K) nella massa fusacite-ref-skinner2014-1-0[1]. I modelli coerenti con queste misurazioni mostrano che il fuso consiste principalmente di unità poliedriche UOmwmg6 e UOmwmw7, dove circa mwna 2 3 {\displaystyle {\frac {2}{3}}} delle connessioni tra i poliedri sono la condivisione degli angoli e mwnq 1 3 {\displaystyle {\frac {1}{3}}} sono la condivisione dei bordicite-ref-skinner2014-1-1[1].

Il diossido di uranio viene ossidato a contatto con l'ossigeno all'mwsgoctaossido di triuranio:

mwtq 3 UO 2 + O 2 ⟶ ⟶ U 3 O 8 {\displaystyle {\ce {3UO2\ +\ O2->U3O8\,\,\,\,\,}}} a 700 °C (970 K).

L'mwtwelettrochimica del diossido di uranio è stata studiata in dettaglio poiché la corrosione galvanica del diossido di uranio controlla la velocità con cui si dissolve il combustibile nucleare utilizzato. L'mwuaacqua inoltre aumenta il tasso di ossidazione del plutonio e dei metalli dell'uraniocite-ref-2[2]cite-ref-3[3].

Il diossido di uranio viene carbonizzato a contatto con il mwwwcarbonio, formando carburo di uranio e mwxamonossido di carbonio:

mwxw UO 2 + 4 C ⟶ ⟶ UC 2 + 2 CO {\displaystyle {\ce {UO2 \ + \ 4C -> UC2 \ + \ 2CO}}} .

Questo processo deve essere eseguito sotto un mwyqgas inerte poiché il carburo di uranio viene facilmente ossidato nuovamente in mwygossido di uranio.

Il diossido di uranio viene utilizzato principalmente come combustibile nucleare, in particolare come UOmwzg2 puro o come miscela di UOmwzw2 e PuOmwaa2 (diossido di plutonio) chiamato ossido misto (combustibile mwaqMOX), sotto forma di barre di combustibile nei mwagreattori nucleari.

Si noti che la mwbaconducibilità termica del diossido di uranio è molto bassa rispetto all'uranio, al nitruro di uranio, al carburo di uranio e al materiale di rivestimento di mwbqzirconio. Questa bassa conducibilità termica può provocare un surriscaldamento localizzato nei centri dei pellet di combustibile. Il grafico seguente mostra i diversi gradienti di temperatura in diversi composti di carburante. Per questi combustibili, la densità di potenza termica è la stessa e il diametro di tutti i pellet è lo stesso

L'ossido di uranio era usato per colorare il vetro e la ceramica prima della mwjaseconda guerra mondiale e fino a quando non furono scoperte le applicazioni della mwjqradioattività questo era il suo uso principale. Nel 1958 i militari sia negli mwjgStati Uniti che in mwjwEuropa ne permisero nuovamente l'uso commerciale come mwkauranio impoverito, e il suo uso riprese su scala più limitata. Gli smalti ceramici a base di ossido di uranio sono di colore verde scuro o nero se cotti in riduzione o quando si utilizza UOmwkq2; più comunemente viene utilizzato nell'ossidazione per produrre smalti luminosi di colore giallo, arancio e rossocite-ref-4[4]. Il mwlgvetro all'uranio va dal verde pallido al giallo e spesso ha forti proprietà mwlwfluorescenti. L'ossido di uranio è stato utilizzato anche nelle formulazioni di smalto e porcellana. È possibile determinare con un mwmacontatore Geiger se uno smalto o un vetro prodotto prima del 1958 contiene uranio.

Prima della scoperta della nocività delle radiazioni, l'uranio era incluso nei denti finti e nelle protesi, poiché la sua leggera fluorescenza faceva apparire le protesi più simili a denti veri in una varietà di condizioni di illuminazione.

Il diossido di uranio impoverito (DUOmwna2) può essere utilizzato come materiale per la mwnqschermatura dalle radiazioni. Ad esempio, il DUCRETE è un materiale "calcestruzzo pesante" in cui la ghiaia viene sostituita con aggregati di diossido di uranio; questo materiale è studiato per l'utilizzo in botti per scorie radioattive. Le botti possono anche essere realizzate in acciaio DUO2 cermet, un materiale composito costituito da un aggregato di diossido di uranio che funge da schermatura alle radiazioni, mwnggrafite e/o mwnwcarburo di silicio che funge da assorbitore e moderatore di radiazioni di neutroni e acciaio come matrice, la cui elevata conducibilità termica consente una facile rimozione del calore di decadimento.

Il diossido di uranio impoverito può essere utilizzato anche come catalizzatore, ad esempio per la degradazione dei mwowcomposti organici volatili (COV) in fase gassosa, l'ossidazione del mwpametano a mwpqmetanolo e la rimozione dello mwpgzolfo dal mwpwpetrolio. Ha un'elevata efficienza e stabilità a lungo termine quando viene utilizzato per distruggere i COV rispetto ad alcuni dei catalizzatori commerciali, come i mwqametalli preziosi, i catalizzatori biossido di titanio (TiOmwqq2) e mwqgossido di cobalto(II,III) (Comwqw3Omwra4). Si stanno facendo molte ricerche in questo settore, poiché l'uranio impoverito è favorito per la componente dell'uranio a causa della sua bassa radioattivitàcite-ref-5[5].

Viene studiato anche l'uso del diossido di uranio come materiale per le mwsgbatterie ricaricabili. Le batterie potrebbero avere un'elevata densità di mwswpotenza e un potenziale di 4,7 V per cella. Un'altra applicazione studiata è nelle mwtacelle fotoelettrochimiche per la produzione di idrogeno assistita da energia solare in cui l'UOmwtq2 viene utilizzata come fotoanodo. In passato, il diossido di uranio veniva utilizzato anche come conduttore di calore per la limitazione della corrente, che fu il primo utilizzo delle sue proprietà di mwtgsemiconduttore.

Il diossido di uranio è anche il più forte piezomagnetico conosciuto nello stato mwuaantiferromagnetico osservato a temperature criogeniche inferiori a 30 mwuqkelvin. L'UOmwug2 mostra una magnetostrizione lineare che cambia segno con il segno del mwuwcampo magnetico applicato e commutazione di memoria magnetoelastica a campi magnetici vicini a 180.000 mwvaOecite-ref-6[6].

La mwwwbanda proibita del diossido di uranio è paragonabile a quella del mwxasilicio e dell'mwxqarseniuro di gallio, suggerendo il suo possibile utilizzo per celle solari molto efficienti basate sulla struttura del mwxgdiodo Schottky; assorbe anche a cinque diverse mwxwlunghezze d'onda, incluso l'mwyainfrarosso, migliorando ulteriormente la sua efficienza. La sua conduttività intrinseca a temperatura ambiente è circa la stessa del silicio monocristallinocite-ref-7[7].

La mwzgcostante dielettrica del diossido di uranio è circa 22, che è quasi il doppio di quella del silicio (11.2) e del GaAs (14.1). Questo è un vantaggio rispetto al silicio e all'mwzwarseniuro di gallio nella costruzione di mw0acircuiti integrati, in quanto può consentire un'integrazione a densità più elevata con mw0qtensioni di rottura più elevate e con una minore suscettibilità alla rottura del tunneling mw0gCMOS.

Il mw1acoefficiente di Seebeck del diossido di uranio a temperatura ambiente è di circa 750 µV/K, valore significativamente superiore ai 270 µV/K del tellururo di tallio stagno (Tlmw1q2SnTemw1g5) e del tellururo di tallio germanio (Tlmw1w2GeTemw2a5) e delle leghe mw2qbismuto-mw2gtellurio, altri materiali promettenti per applicazioni di generazione di energia termoelettrica ed elementi Peltier.

La mw3astechiometria del materiale influenza notevolmente le sue proprietà elettriche. Ad esempio, la mw3qconduttività elettrica di UOmw3g1,994 è di ordini di grandezza inferiore a temperature più elevate rispetto alla conduttività di UOmw3w2,001.

Il diossido di uranio, come l'octaossido di triuranio, è un materiale ceramico in grado di resistere a temperature elevate (circa 2300 °C, contro un massimo di 200 °C per silicio o GaAs), rendendolo adatto per applicazioni ad alta temperatura come i dispositivi termofotovoltaici.

Il diossido di uranio è anche resistente ai danni da radiazioni, il che lo rende utile per i dispositivi rad-hard per applicazioni militari e aerospaziali speciali.

Un diodo Schottky in octaossido di triuranio e un mw5qtransistor p-n-p di diossido di uranio sono stati fabbricati con successo in laboratoriocite-ref-8[8].

È noto che il diossido di uranio viene assorbito dalla mw7afagocitosi nei polmonicite-ref-9[9].

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• mwawsUranio

• mwaw0Ossido di uranio

• mwaw8Vetro all'uranio

• mwaxeCleveite

Altri progetti

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• citerefbritannica-com(EN) uranium dioxide, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.