铀五氟化物 | 13775-07-0

• 分子结构分类: 无机化合物 - 混合金属/非金属化合物 - 锕系盐类
• 中文名称: 铀五氟化物
• 中文别名: 五氟化铀
• 英文名称: β-uranium(V) fluoride
• 英文别名: uranium pentafluoride；pentafluorouranium
• CAS: 13775-07-0
• 化学式: F₅U
• 分子量: 333.021
• InChiKey: JNVYCANIFQDNST-UHFFFAOYSA-I

物化性质

• 熔点：
  348°C
• 密度：
  5.810
• 溶解度：
  溶于H2O
• 稳定性/保质期：
  已知UF5有两种存在形式，即α-UF5和β-UF5。其中，α-UF5属于四方晶系结构，其a1＝（6.512±0.001）kX，a3＝（4.463±0.001）kX；而β-UF5同样为四方晶系结构，但其a1＝（11.450±0.002）kX，a3＝（5.198±0.001）kX。值得注意的是，β-UF5的颜色除了常见的黄绿或蓝绿色外，还有其他报道显示存在不同颜色，这可能是因为产品表面轻微水解造成的。 UF5具有一定的挥发性和腐蚀性，并且易溶于甲基氰，容易吸潮并发生歧化反应。α-UF5的熔点为348℃，在室温下其密度为5.81g/cm³。而在365～420℃温度范围内，UF5的密度降低至4.50g/cm³，并且可以通过方程式计算比电导率：\[ k(\Omega^{-1}·cm^{-1})=2.63\exp(-2.84/RT) \]（其中R为气体常数，单位为kcal/mol，相当于4.1868kJ；T为绝对温度，单位为K）。此外，其黏度可以通过方程式表达为：\[ \eta(cp)=(1.60×10^{-2})\exp(7.03/RT) \]（R、T的意义和单位与上述相同）。

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  2.1
• 重原子数：
  6
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  0.0
• 拓扑面积：
  0
• 氢给体数：
  0
• 氢受体数：
  5

ADMET

毒理性

• 副作用

Nephrotoxin - The chemical is potentially toxic to the kidneys in the occupational setting. 肾毒素 - 该化学品在职业环境中可能对肾脏有毒。

Nephrotoxin - The chemical is potentially toxic to the kidneys in the occupational setting.

来源:Haz-Map, Information on Hazardous Chemicals and Occupational Diseases

制备方法与用途

合成制备方法

五氟化铀早期通过卤原子交换反应获得，例如使用HF和UCl₅或UCl₆之间的反应，或者在升高温度下使UF₆和UF₄按化学计量比发生反应。另一种方法是在无水氟化氢(AHF)介质中用F₂控制氧化具有较大表面积的UF₄来制得。后来又发展了其他多种制备方法，如使用H₂、HBr、Si和CO还原溶解在AHF中的UF₆来制备UF₅等，这些过程中均需使用高腐蚀性物质，因此对设备要求较高且操作复杂。

相比之下，还有一种较为简单的方法可用于获得高纯度的UF₅。该方法是在低温(-78℃)条件下用PF₃还原UF₆得到UF₅，并适用于制备20g以上的量。这种方法具有较高的可行性和实用性。

详细制法

在Monel真空系统中（基于Argonne National Laboratory的设计），采用一个简单的不锈钢管线作为反应装置，该管线由Whitey阀和Swagelok连接件组装而成。取44.5g UF₆(126mmol) 和107mmol的PF₃，在-196℃条件下冷凝到一厚壁不锈钢反应容器中，并在-78℃下放置两天，然后缓慢升温至室温。在这个温度范围内，反应并不完全，产物包括未反应的UF₆、PF₃和UF₅。分别将这些物质冷凝收集于-78℃和-196℃的阱中后，再进行系统抽真空两小时。最终，在-78℃下回收到17.5g(49.7mmol)未反应的UF₆，并从高效套箱中的反应容器中获得24.8g非挥发性产品，经X射线衍射确认为β-UF₅。该物质呈现浅黄绿或蓝绿色。

在制备少量UF₅时，将0.22g(0.62mmol) UF₆溶解于约3mL带有聚四氟乙烯磁搅拌棒的Kel-F管中的AHF中，并冷却至-196℃。随后冷凝过量的PF₃(5.7mmol)到固体AHF上，将混合物缓慢升温至室温并搅拌约2小时，去除所有挥发性物质后，获得亮蓝绿色的β-UF₅沉淀产品。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  铀五氟化物 在 铂 氢气 作用下， 以 melt 、 further solvent(s) 为溶剂， 生成 四氟化铀
  参考文献：
  名称：

  Method for converting UF5 to UF4 in a molten fluoride salt

  摘要：

  在熔融氟盐中，通过通入氢气将UF.sub.5还原为UF.sub.4，反应会被金属铂催化。铂合金化的反应设备也能够催化这个反应。

  公开号：

  US04005178A1
• 作为产物：
  描述：

  铀(VI)氟化物 在 Ni 作用下， 以 neat (no solvent, solid phase) 为溶剂， 生成 铀五氟化物
  参考文献：
  名称：

  Preparation and Characterization of U₂O₂F₇

  摘要：

  UO2F2 与 UF5 在 400 ℃、UF6 压力为 3 atm 的条件下发生反应，然后蒸发掉过量的 UF5，得到了一种绿白色残留物。它的 X 射线衍射图样和红外光谱非常独特，足以证明这种材料是一种真正的化合物。根据化学分析和热分解的结果，它的化学式为 U2O2F7。氧含量是根据样品与 BrF5 的燃烧情况，通过 18O 同位素稀释法直接测定的。

  DOI：

  10.1246/bcsj.60.3189

文献信息

• Formation and characterization of HUF and DUF in solid argon
  作者：Thomas Vent-Schmidt、Rodney Dale Hunt、Lester Andrews、Sebastian Riedel

  DOI：10.1039/c3cc41379a

  日期：——

  Reactions of laser-ablated U atoms with HF and DF in condensing and solid rare gas produce HUF and DUF as the major new products based on close agreement between observed and calculated vibrational frequencies and deuterium shifts for U–H and U–F stretching modes at 1383 and 544 cm−1, respectively.

  激光剥蚀的铀(U)原子与氟化氢(HF)和氟化氘(DF)在浓缩和固态稀有气体中反应，主要生成新的产物氢氟化铀(HUF)和氘氟化铀(DUF)，这一结论基于观察到的振动频率与计算值之间以及铀-氢(U–H)和铀-氟(U–F)伸缩模式的氘位移在1383和544 cm−1处分别的高度一致性。
• Reductive photo-chemical separation of the hexafluorides of uranium and molybdenum
  作者：Riane E. Stene、Tobias Chemnitz、Winfried Petry、Florian Kraus

  DOI：10.1016/j.jfluchem.2020.109655

  日期：2020.12

  molybdenum hexafluoride (MoF6) from uranium hexafluoride (UF6). Both separation techniques utilize the differences displayed by the hexafluorides in their ability to absorb light in the near UV region. Because UF6 absorbs light in the near UV region and MoF6 does not, this observation was used to selectively reduce UF6 to uranium pentafluoride (UF5) through irradiation with 395 nm light in the presence of

  两个新的技术被用于六氟化钼的（MOF分离描述6）从六氟化铀（UF 6）。两种分离技术都利用了六氟化物在吸收近紫外线区域的光的能力方面表现出的差异。因为UF 6吸收近紫外区域的光而MoF 6不吸收，所以该观察结果用于在合适的还原剂存在下通过395 nm的光照射将UF 6选择性地还原为五氟化铀（UF 5）。本研究选择了两种还原剂：气态，液态或超临界一氧化碳（CO）和液态二氧化硫（SO 2）。从MoF 6开始在这里描述的反应条件下，如果没有还原铀，则可以在将UF 6完全还原成固体UF 5之后通过蒸馏从含铀的样品中将其除去。使用微波等离子体原子发射光谱法（MP-AES）通过元素分析测量了含钼和铀的样品的纯度。元素分析表明，已从含U的样品中去除了超过98.8％的Mo。通过X射线粉末衍射和IR光谱对样品进行进一步分析。
• Synthesis of pentafluorides
  申请人：UNITED STATES OF AMERICA, DEPARTMENT OF ENERGY

  公开号：US03929601A1

  公开（公告）日：1975-12-30

  The reactions of uranium, molybdenum, rhenium, osmium and iridium hexafluorides with hydrogen gas in the presence of ultraviolet radiation or with silicon powder in an anhydrous HF slurry provide especially useful, high yield syntheses of pure pentafluorides.

  铀、钼、铼、锇和铱六氟化物在紫外辐射的作用下或与硅粉在无水氢氟酸浆中反应产生特别有用的、高产率的纯五氟化物合成。
• Interaction between uranium pentafluoride and the pentafluorides of vanadium, arsenic, niobium, tantalum, and bismuth, and the tetrafluoride of sulphur
  作者：John H. Holloway、Garry M. Staunton、Klaus Rediess、Roland Bougon、David Brown

  DOI：10.1039/dt9840002163

  日期：——

  The interaction of UF5 with SF4, SF4O, and some Lewis-acid pentafluorides of various strengths has been studied. In anhydrous HF solutions, SF4 was shown to yield an adduct of composition 3UF5·SF4 in which both ionic and fluorine-bridged species are present. The pentafluorides of arsenic, tantalum, and niobium combine with UF5 to give adducts of composition 1.5 UF5·AsF5, UF5·2TaF5, and UF5·2NbF5, respectively

  已经研究了UF 5与SF 4，SF 4 O和一些不同强度的路易斯酸五氟化物的相互作用。在无水HF溶液中，显示SF 4可以生成组成3UF 5 ·SF 4的加合物，其中同时存在离子和氟桥联物质。砷，钽和铌的五氟化物与UF 5结合，分别得到组成为1.5 UF 5 ·AsF 5，UF 5 ·2TaF 5和UF 5 ·2NbF 5的加合物。砷衍生物只有在AsF 5的压力下才能在室温下稳定，而钽和铌加合物在较高温度下分解，分别形成UF 5 ·TaF 5和UF 5 ·NbF 5。UF 5的五氟化物加合物的振动光谱研究表明，它们由共价的氟桥连物种组成。五氟化铀在室温下通过VF 5和BiF 5在无水HF中进行氟化。
• Thermochemistry of uranium compounds XII. Standard enthalpies of formation of the α and β modifications of uranium pentafluoride The enthalpy of the β-to-α transition at 298.15 K
  作者：P.A.G. O'Hare、John G. Malm、P. Gary Eller

  DOI：10.1016/0021-9614(82)90050-7

  日期：1982.4

  Auxiliary measurements were made of the enthalpies of reaction of UO2, γ-UO3, and HF(aq). From these results are calculated the standard enthalpies of formation ΔHfo(298.15 K) of β-UF5, −(2083.0 ± 6.3) kJ·mol−1 and of α-UF5, −(2075.5 ± 6.7) kJ·mol−1. The enthalpy of the (β-to-α) transition is (7.5 ± 2.1) kJ·mol−1 at 298.15 K. Suggested ΔHfo values are also given for U4F17 and U2F9.

  描述了 UF5 的 α 和 β 变体与 Ce(SO4)2 + H2SO4 反应焓的溶液量热法测定。辅助测量了 UO2、γ-UO3 和 HF(aq) 的反应焓。从这些结果计算出β-UF5 的标准生成焓ΔHfo(298.15 K)，-(2083.0 ± 6.3) kJ·mol-1 和α-UF5，-(2075.5 ± 6.7) kJ·mol-1。(β-to-α) 跃迁的焓在 298.15 K 时为 (7.5 ± 2.1) kJ·mol-1。还给出了 U4F17 和 U2F9 的建议 ΔHfo 值。