1. 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 (UO^), 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 абую поляризационную способность.

Известно что кислотные или щелочные свойства элементов зависят от отношения валентности к ионному радиусу. Оценку кислотных свойств удобно производить по диаграмме Картледжа. Здесь же можно также оценить элементы способные производить изоморфные замещения при условии сходной электронной структуры. Из схемы видно, что в сильнощелочных растворах U4+ может проявлять ангид- ридные 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.

2. 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%.

2.1 Магматические горные породы.

Кларк урана сильно меняется в зависимости от состава магматических горных пород. Наибольшее значение КК=14 в щелочных и ультращелочных горных породах. Кларк урана прямопропорционально зависит от агпаитности горных пород. Так самые высокие содержания отмечаются в агпаитовых нефелиновых сиенитах Ловозерского массива. Причем уран больше концентрируется в акцессорных мине- ралах инрузивных пород. При щелочно-кремнистом метасоматозе гранитных интрузий часто происходит диффузионное перераспределение урана с извлечением его из кристаллической решетки акцессорных минералов. В эффузивных породах до 90% урана находится в стекловидной массе.

На сегодняшний день магматические рудопроявления промышленного значения не имеют.

2.2 Метаморфические горные породы.

В метаморфических породах содержание урана обычно ниже кларка. Наиболее высокими содержаниями урана характеризуются углеродисто-кремнистые сланцы и богатые калием различные гнейсы.

При метаморфизме полевошпат-кварцевых пород происходит миграция урана от центра к периферии толщи.

Существенное изменение содержания урана вызывают процессы ультраметаморфизма и гранитизации. Особенно значительное обогащение ураном происходит при щелочно-кремнистом метасоматозе.

2.3 Осадочные породы.

Накопление урана в осадочных породах безусловно происходит очень не равномерно, из-за чего выделяют ряд геохимических комплексов.

Для грубых терригенных осадков кларки концентрации близки к единице. В мелкозернистых породах кларки урана значительно повышаются. Сильно влияет на содержание урана в осадочных породах органическое вещество, однако четкой связи не наблюдается. Низкое содержание урана характерно для известняков и мергелей, исключение составляют битуминозные разновидности этих пород. Самые низкие содержания урана отмечены в ангидритах и каменных солях.

Изучение геохимии живого вещества показывает, что организмы не концентрируют уран. Однако отжившие свой срок организмы на различных стадиях диагенеза способны накапливать радиоактивный элемент до промышленных концентраций. Что они и делают при наличии вод с окислительной обстановкой, которая способствует миграции урана. В данных породах накопление урана связано с наложенными процессами.

Вместе с тем распространены предположительно первично ураноносные углеродисто-кремнистые и углеродо-глинистые сланцы. Максимальные содержания урана достигают 0.03%. Обогащенные прослои сложены углеродистыми сланцами обогащенные пиритом и фосфоритами. В не метаморфизованых углистых сланцах первичных урановых минералов не обнаружено. В качестве обогащаемых ураном выделяют фосфориты, в которых содержание урана возрастает с повышением содержания фосфора. Фосфаты часто представлены франколитом (Са5(PO4,CO3)3F.
Предположительно четырехвалентный уран изоморфно замещает в нем кальций.
Однако имеются экспериментальные данные говорящее о значительной сорбции, видимо уранила, фосфатным веществом.

3. Изоморфизм.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки