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 шести- валентного 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.

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 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.

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%.

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.