достигнуто, то влага из кристаллогидрата будет отнимать
тепло от металла, образование пара вызовет реакцию со
вспышкой и брызгами. UF4 • 2.5H2O не может быть
обезвожен на воздухе (он будет реагировать с
кислородом, окисляясь в оксиды урана), так что
необходимо использовать вакуумную систему.
Я использую 2,75 дюймовый штуцер, связанный длинной
1,4 дюймовой медной трубкой с двухступенчатым
вакуумным насосом. Некоторое количество UF4 • 2.5H2O
запечатывается герметично в камеру, запускается насос и
камера сильно нагревается на газовой плите. Процесс
вакуумирования можно контролировать при помощи
безэлектродной газоразрядной трубки, установленной на выходе насоса и возбуждаемой
катушкой Тесла. Если разряд серо-фиолетовый – значит вода вся испарилась. У меня на это ушло
почти 3 часа.
Смешивание и воспламенение заряда: Безводный UF4 охлаждают, извлекают из вакуумной
камеры и смешивают с гранулированным кальцием.
Я приготовил 67 г UF4, в плотно закрытой пластиковой бутылке и смешал его с 21 г кальция
( 25% стехиометрического избытка). Затем смесь поместил 100 мл тигель из MgO, заполняя его
на 2/3 полного объема. Порошок очень «пушистый» и заполнять трудно.
Короткий кусок магниевой ленты вставляется в центр заряда.
И, наконец, сверху насыпается смесь из 5г. измельченного йода и чуть большим количеством
кальция, чтобы помочь инициировать реакцию, а CaI2 снизит температуру плавления шлака.
Тигель помещается в банку из-под краски и засыпается вокруг оксидом магния.
Зажигается просто: поджигается кончик магниевой ленты. Вылетит много дыма и паров йода, хорошо подумайте, что вы будете с этим делать.
Через три часа тигель остывает достаточно, чтобы
извлечь шлак.
Посидев около трех часов, тигель был достаточно
прохладно, чтобы восстановить шлака. В этом
эксперименте структура шлака варьирует в зависимости
от глубины в тигле: вверху присутствует некоторое
количество рыхлого и зернистого материала, который
минимально радиоактивен, а на дне находится плотный
коричнево-черный шлак, который довольно
радиоактивен. Сам тигель в процессе реакции
разрушается.
Я сохранил черный шлак с нижней части и изучил его свойства:
Плохая электропроводность
Высокая радиоактивность – 150 KCPM на поверхности датчика ГМ.
Огнеопасный. При поджигании порошка или скола начинают пробегать оранжевые искры
через всю массу вещества.
При реакции с соляной кислотой выделяет водород.
Не выделяет заметных количеств газа из уксуса.
Я измельчил шлак и попытался промыть его в ледяной уксусной кислоте, чтобы удалить
растворимые примеси оксида кальция, нитридов и йода, надеясь выделить чистый металлический
уран. Шлак в целом был очень устойчив к действию уксуса, но некоторые соли кальция видимо
всё же растворились, т.к. смешивание ацетона с декантатом уксуса привело к выпадению
характерного осадка. Конечно же, уксус не растворяет основной побочный продукт CaF2.
Выводы и резюме:
UF4(s) + 2Ca(s) → U(l) + 2CaF2(l)
Моё металлотермическое восстановление в 100 мл тигле действительно производит некоторое
количество металлического урана. Я делаю такой вывод, исходя из свойств полученного шлака: пирофорность, электропроводность, радиоактивность, растворение в соляной кислоте с
выделением водорода.
Вместе с тем, уран здесь прочно связан с твердым и химически неотделимым шлаком CaF2 и с
некоторыми другими примесями, которые вероятно, включают оксиды урана. Если провести эту
реакцию в большем масштабе, то можно получить более положительный результат – выделится
достаточное количество тепла, чтобы отделить расплавленный уран, который осядет на дно
сосуда, как у Дерби. Я считаю, что если у экспериментатора не получается выделить чистый
металл, то практическая цель и точка эксперимента не достигнута.
В будущем, вероятно, я изучу электролитический синтез металла. Shiokawa
Compounds 255 (1997) p. 98-101). Но этот процесс уже не для «кухонной химии», т.к включает в
себя растворение продукта в ртутном катоде, который затем нужно выпарить, чтобы изолировать
чистый U.
