Urani(IV) chloride

Urani(IV) chloride
Cấu trúc của urani(IV) chloride
Danh pháp IUPAC	Uranium(IV) chloride
Tên khác	Tetrachlorouranium Urani tetrachloride Uranơ chloride
Nhận dạng
Số CAS	10026-10-5
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	[U+2].[U+2].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-]
InChI	1/4ClH.2U/h4*1H;;/q;;;;2*+2/p-4
Thuộc tính
Công thức phân tử	UCl4
Khối lượng mol	379,8388 g/mol (khan) 523,96104 g/mol (8 nước) 541,97632 g/mol (9 nước)
Bề ngoài	tinh thể màu lục
Khối lượng riêng	4,87 g/cm³
Điểm nóng chảy	590 °C (1.094 °F; 863 K)
Điểm sôi	791 °C (1.456 °F; 1.064 K)
Độ hòa tan trong nước	tan, phân hủy (khan) tan (ngậm nước)
Độ hòa tan	tạo phức với amonia, hydrazin
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	bát diện
Các hợp chất liên quan

Urani(IV) chloride (công thức hóa học: UCl₄) là một hợp chất vô cơ của urani trong trạng thái oxy hóa +4. Nó được sử dụng trong quá trình tách đồng vị điện từ (EMIS) làm giàu urani. Đây là một trong những vật liệu chính bắt đầu cho hóa học hữu cơ. 

Tổng hợp

Urani(IV) chloride được tổng hợp thông qua phản ứng của urani(VI) oxit (UO₃) và hexacloropropene. Dung môi UCl₄ có thể được hình thành bằng một phản ứng đơn giản của UI₄ với hydro chloride trong dung môi hữu cơ.

Tính chất hóa học

Mẫu UCl₄

Urani(IV) chloride là một chất rắn màu xanh lá cây đậm, hút ẩm. Cấu trúc tinh thể cho thấy urani được bao quanh bởi tám nguyên tử clo, bốn ở 264 pm và bốn còn lại ở 287 pm.^[1] Phân tử UCl₄ là một axit Lewis và tan trong các dung môi có thể hoạt động như các base phi protic Lewis. 

Sự tan trong các dung môi phức tạp hơn

Khi UCl₄ được thêm vào nước, ion urani(IV) hydrat được hình thành.

UCl₄ + xH₂O → [U(H₂O)_x]⁴⁺ + 4Cl⁻

(Các ion nước [U(H₂O)_x]⁴⁺, x là 8 hoặc 9)^[2] sau đó bị thủy phân mạnh.

[U(H₂O)_x]⁴⁺ ⇌ [U(H₂O)_{x − 1}(OH)]³⁺ + H⁺

PK_a cho phản ứng này là ≈ 1,6^[3], do đó thủy phân chỉ thiếu trong các dung dịch có độ axit 1 mol dm⁻³ hoặc mạnh hơn (pH < 0). Quá trình thủy phân xảy ra ở pH > 3. Các hợp chất clo của ion aqua có thể được hình thành. Ước lượng giá trị log K cho sự hình thành [UCl]³⁺ (dd) dao động từ -0,5 đến +3 do khó khăn trong việc xử lý thủy phân đồng thời. 

UCl₄ + xROH ⇌ UCl_{4 − x}(OR)_x + xHCl

Urani(IV) chloride hòa tan trong các dung môi như tetrahydrofuran, acetonitrile, dimethyl formamide… có thể hoạt động như các base Lewis. Các dung dịch có công thức UCl₄L_x được hình thành có thể được cô lập. Dung môi phải hoàn toàn không có nước hòa tan, hoặc thủy phân sẽ xảy ra, với dung môi, proton được giải phóng. 

UCl₄ + H₂O + S ⇌ UCl₃(OH) + SH⁺ +Cl⁻

Các phân tử dung môi có thể được thay thế bằng các phối tử khác trong một phản ứng như:

UCl₄ + 2Cl⁻ → [UCl₆]²⁻

Dung môi không xuất hiện, cũng giống như khi các phức của các ion kim loại khác được hình thành trong dung dịch nước.

Các dung dịch của UCl₄ dễ bị oxy hóa bằng không khí, kết quả là tạo ra phức hợp ion uranyl.

Hợp chất khác

UCl₄ còn tạo một số hợp chất với NH₃, như UCl₄·2NH₃ là chất rắn màu nâu đen^[4], UCl₄·8NH₃ là chất rắn màu lục^[5], UCl₄·11NH₃ là tinh thể màu lục^[6] hay UCl₄·12NH₃ là chất rắn màu xám nhạt-trắng với vết màu lục nhạt, D_{18 ℃} = 2,149 g/cm³. Phức 8 và 12NH₃ bị phân hủy bởi nước, tạo ra urani(IV) hydroxide.^[5]

UCl₄ còn tạo một số hợp chất với N₂H₄, như UCl₄·xN₂H₄ (x = 6 hoặc 7) là chất rắn màu xám nhạt.^[7]

Tham khảo

1. . doi:10.1107/S0567740873005790. |title= trống hay bị thiếu (trợ giúp)
2. . doi:10.1016/0022-5088(86)90511-4. |title= trống hay bị thiếu (trợ giúp)
3. IUPAC SC-Database^{[liên kết hỏng]} A comprehensive database of published data on equilibrium constants of metal complexes and ligands
4. The interaction of uranium tetrachloride with hydrazine, ammonia and amines. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 7 (1–2): 55–65. doi:10.1016/0022-1902(58)80027-5.
5. ^ Gmelin's Handbook of Inorganic Chemistry, System Number 55 (Uranium and Isotopes). (Leopold Gmelin; Technical Information Branch, AEC, 1949 - 242 trang), trang 148. Truy cập 18 tháng 4 năm 2021.
6. Stefan S. Rudel, Sebastian A. Baer, Patrick Woidy, Thomas G. Müller, H.-Lars Deubner, Benjamin Scheibe, Florian Kraus – Recent advances in the chemistry of uranium halides in anhydrous ammonia. Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, 233, 12, tr. 817–844 (ngày 14 tháng 2 năm 2018). doi:10.1515/zkri-2018-2066.
7. Coordination Compounds (Karl-Christian Buschbeck; Springer Berlin Heidelberg, 19 thg 7, 1979), trang 27. Truy cập 20 tháng 4 năm 2021.