Hexafluorure d'uranium 1576680 31216343 2008-07-02T07:34:46Z Utilisateur 65872 65872 {| class="toccolours" border="1" style="float: right; clear: right; margin: 0 0 1em 1em; border-collapse: collapse;" ! {{chembox header}} | Hexafluorure d'uranium |- | align="center" colspan="2" bgcolor="#ffffff" | [[Image:Uranium-hexafluoride-2D.png|125px]] [[Image:Uranium-hexafluoride-3D-vdW.png|150px]] |- ! {{chembox header}} | Général |- | [[Nomenclature IUPAC|Nom systématique]] | Hexafluorure d'uranium<br/>Fluorure d'uranium (VI) |- | [[Formule chimique]] | UF<sub>6</sub> |- | [[Masse molaire]] | 352,02 g/mol |- | Aspect | solide incolore |- | [[Numéro CAS]] | [7783-81-5] {{Chimiebox PubChem|24560}} {{Chimiebox SMILES|<nowiki>F[U](F)(F)(F)(F)F</nowiki>}} {{Chimiebox InChI|1/6FH.U/h6*1H;/q;;;;;;+6/p-6/f6F.U/h6*1h;/q6*-1;m/rF6U/c1-7(2,3,4,5)6}} |- ! {{chembox header}} | Propriétés |- | [[Densité]] et [[Phase (matière)|phase]] | 5,09 , solide |- | [[Solubilité]] dans l' [[Eau (molécule)|eau]] | Se décompose |- | [[Température de fusion]] | 64,8°C (338,0 K) |- | [[Température de vaporisation]] | 56,5°C (329,7 K) (sublimation) |- | [[Point triple]] | 64°C (337 K), 150 [[kilopascal|kPa]] |- | [[Pression de vapeur]] | 16,7 kPa à 25°C |- ! {{chembox header}} | Structure |- | [[Hybridation (chimie)#Forme des molécules|Forme de la molécule]] | [[Octaèdre]] |- | [[Coordinence]] | Pseudo-octaèdrale |- | [[Structure cristalline]] <!-- omit if not a solid --> | [[Système cristallin|Hexagonal]] [[Empilement compact|compact]] (HC) |- | [[Moment dipolaire]] | nul |- ! {{chembox header}} | Données thermodynamiques |- | [[Enthalpie standard de formation]] Δ<sub>f</sub>''H''°<sub>solid</sub> | -2317 kJ/mol |- | [[Entropie molaire standard]]<br/>''S''°<sub>solide</sub> | 228 J.K<sup>−1</sup>.mol<sup>−1</sup> |- ! {{chembox header}} | '''Risques''' |- | colspan=2 align="center" | ''RADIOACTIF'' |- | [[Directive 67/548/EEC|Directive européenne]] | non répertorié |- | [[NFPA 704]] | <!-- [[Image:nfpa_h4.png]][[Image:nfpa_f4_ox.png]][[Image:nfpa_r4.png]] --> |- ! {{chembox header}} | Composés apparentés |- | Autres [[Ion|anions]] | [[Chlorure d'uranium (VI)]] |- | Autres [[Ion|cations]] | [[Fluorure de thorium (IV)]]<br/>[[Fluorure de protactinium (V)]]<br/>[[Fluorure de neptunium (VI)]]<br/>[[Fluorure de plutonium (VI)]] |- | Composés apparentés | [[Trifluorure d'uranium]]<br/>[[Tétrafluorure d'uranium]]<br/>[[Pentafluorure d'uranium]] |- | {{chembox header}} | Unités du [[Système international|SI]] & [[conditions normales de température et de pression|CNTP]], sauf indication contraire. |- |} L''''hexafluorure d'uranium''' (UF<sub>6</sub>) est un composé de l'[[uranium]]. Son utilisation industrielle est liée au [[cycle du combustible nucléaire]] (procédé qui produit du combustible pour les [[réacteur nucléaire|réacteurs nucléaires]] et les [[arme nucléaire|armes nucléaires]]). Sa [[synthèse]] chimique, qui intervient après l'[[extraction de l'uranium]], fournit ensuite l'entrée au procédé d'[[Séparation isotopique|enrichissement]]. == Propriétés == La structure du solide a été décrite parJ.H. Levy, J.C Taylor et A.B Waugh.<ref>{{cite journal| author= J.H. Levy, J.C Taylor and A.B Waugh | title=Neutron powder structural studies of UF<sub>6</sub>, MoF<sub>6</sub> and WF<sub>6</sub> at 77 K| journal= Journal of Fluorine Chemistry| year= 1983| pages=29-36| volume=23|doi=10.1016/S0022-1139(00)81276-2 }}</ref> Dans cet article, la [[diffraction neutronique]] a été utilisée pour déterminer la structure de UF<sub>6</sub>, MoF<sub>6</sub> et WF<sub>6</sub> à 77 K. [[Image:Uranium-hexafluoride-crystal-3D-vdW.png|thumb|left|Structure cristalline de l'hexafluorure d'uranium.]] === Propriétés === <!-- [[Image:Uranium hexafluoride phase diagram.gif|thumb|left|250px|[[Diagramme de phase]] de l'UF<sub>6</sub>.]]--> L'UF<sub>6</sub> est solide à température ambiante, gazeux à pression normale et {{unité|56.4|°C}} et liquide sous {{unité|1.5|atmosphères}} et à {{unité|64|°C}}. Il possède un [[point triple]] à 64°C (147°F, 337 K) et à une pression légèrement plus élevée que la pression atmosphérique. Il forme des cristaux solides gris dans les [[conditions normales de température et de pression]] (CNTP). Outre sa radioactivité due à l'uranium, c'est un produit hautement toxique, qui réagit violemment avec l'eau. En atmosphère humide ou en présence d'eau, il se transforme en fluorure d'uranyle (UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub>) et acide fluorhydrique (HF). La transformation est immédiate et violente et s'accompagne d'émission d'abondantes fumées opaques, irritantes et suffocantes de HF. Le produit est corrosif pour la plupart des métaux. Il réagit faiblement avec l'[[aluminium]], formant une fine couche de AlF<sub>3</sub> qui résiste ensuite à la corrosion ([[passivation]]). === Caractéristiques chimiques === Il a été montré que l'hexafluorure d'uranium est un [[oxydant]] et un [[acide de Lewis]] qui peut se lier à un [[fluorure]], par exemple la réaction du fluorure de [[cuivre]] avec l'hexafluorure d'uranium dans l'[[acétonitrile]] est réputée former Cu[UF<sub>7</sub>]<sub>2</sub>.5MeCN.<ref>{{cite journal| author= Berry JA, Poole RT, Prescott A, Sharp DWA, Winfield JM| title= The oxidising and fluoride ion acceptor properties of uranium hexafluoride in acetonitrile| journal= J. Chem. Soc. Dalton Trans.| year= 1976| pages=272|doi=10.1039/DT9760000272}} x</ref> Il est intéressant de noter que les fluorures d'uranium(VI) [[polymère]]s contenant des [[cation]]s organiques ont été isolés et caractérisés par [[diffraction de rayons X]].<ref>{{cite journal| author= Walker SM, Halasyamani PS, Allen S, O'Hare D| title= From Molecules to Frameworks: Variable Dimensionality in the UO<sub>2</sub>(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>•2H<sub>2</sub>O/HF(aq)/Piperazine System. Syntheses, Structures, and Characterization of Zero-Dimensional (C<sub>4</sub>N<sub>2</sub>H<sub>12</sub>)UO<sub>2</sub>F<sub>4</sub>•3H<sub>2</sub>O, One-Dimensional (C<sub>4</sub>N<sub>2</sub>H<sub>12</sub>)<sub>2</sub>U<sub>2</sub>F<sub>12</sub>•H<sub>2</sub>O, Two-Dimensional (C<sub>4</sub>N<sub>2</sub>H<sub>12</sub>)<sub>2</sub>(U<sub>2</sub>O<sub>4</sub>F<sub>5</sub>)<sub>4</sub>•11H<sub>2</sub>O, and Three-Dimensional (C<sub>4</sub>N<sub>2</sub>H<sub>12</sub>)U<sub>2</sub>O<sub>4</sub>F<sub>6</sub>| journal=[[J. Am. Chem. Soc.]]| year= 1999| pages= 10513| volume= 121|doi=10.1021/ja992145f}} x</ref> === Autres fluorures d'uranium === Le pentafluorure d'uranium (UF<sub>5</sub>) et le nonafluorure de diuranium (U<sub>2</sub>F<sub>9</sub>) ont été caractérisés par C.J. Howard, J.C Taylor et A.B. Waugh.<ref>{{cite journal| author= Howard CJ, Taylor JC, Waugh AB | title= Crystallographic parameters in α-UF<sub>5</sub> and U<sub>2</sub>F<sub>9</sub> by multiphase refinement of high-resolution neutron powder data| journal=Journal of Solid State Chemistry | year=1982| pages=396-398| volume=45|doi=10.1016/0022-4596(82)90185-2}} x</ref> Le trifluorure d'uranium a été caractérisé par J. Laveissiere.<ref>{{cite journal| author= Laveissiere J| title=| journal= Bulletin de la Société française de minéralogie et de cristallographie | year= 1967| pages= 304-307| volume=90}}</ref> La structure de UOF<sub>4</sub> a été décrite par J.H. Levy, J.C. Taylor et P.W. Wilson.<ref>{{cite journal| author= Levy JH, Taylor JC, Wilson PW | title= Structure of fluorides .17. NEUTRON-DIFFRACTION STUDY OF ALPHA-URANIUM OXIDE TETRAFLUORIDE| journal=Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry| year=1977| pages=1989-1991| volume=39}}</ref> Tous les autres fluorures d'uranium sont des solides non volatils qui sont des [[Polymère de coordination|polymères de coordination]]. == Application industrielle == === Procédé de synthèse === Deux étapes sont nécessaires à la synthèse : * le raffinage : *# Le minerai d'uranium pulvérisé — U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>, ou « [[yellowcake]] » — est dissous dans l'[[acide nitrique]], fournissant une solution de [[nitrate d'uranyle]] UO<sub>2</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>. *# éventuellement [[filtration]], *# Le nitrate d'uranyle pur est obtenu par [[extraction]] par solvant, avec une solution de TBP. Cette étape permet d'obtenir un nitrate d'uranyle UO<sub>2</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> de grande pureté (>{{unité|99.95|%}}). * la conversion en elle-même : *# précipitation du nitrate d'uranyle par l'[[ammoniac]] gazeux pour obtenir du [[diuranate d'ammonium]] (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>U<sub>2</sub>O<sub>7</sub> (DUA), *# calcination du diuranate d'ammonium, vers {{unité|400|°C}}, pour produire l'UO<sub>3</sub>, *# réduction de l'UO<sub>3</sub> par l'[[hydrogène]] pour obtenir de l'UO<sub>2</sub>, *# hydrofluoration d'UO<sub>2</sub> par l'[[acide fluorhydrique]] HF dans un four pour produire du [[tétrafluorure d'uranium]] UF<sub>4</sub>, *# L'oxydation par le [[fluor]] de l'UF<sub>4</sub> dans un réacteur à flamme conduit finalement à obtenir de l'UF<sub>6</sub>. <gallery> Image:ConversionU1.jpg|[[Yellowcake]] + nitrate d'uranyle Image:ConversionU2.jpg|+ Diuranate Image:ConversionU3.jpg|+ Dioxyde d'uranium Image:ConversionU4.jpg|+ UF<sub>4</sub> </gallery> === Application dans le cycle du combustible nucléaire === L'hexafluorure d'uranium est utilisé dans les deux principales méthodes d'enrichissement de l'uranium, la [[enrichissement de l'uranium|diffusion gazeuse]] et l'[[ultracentrifugation]], car il possède un [[point triple]] à 64°C (147°F, 337 K) et à une pression légèrement plus élevée que la pression atmosphérique. De plus, le [[fluor]] possède un seul isotope naturel stable (<sup>19</sup>F), par conséquent les [[masse moléculaire|poids moléculaires]] des [[isotopomère]]s de l'UF<sub>6</sub> différent uniquement par l'[[isotope]] d'uranium présent<ref>[http://www.usec.com/v2001_02/HTML/Aboutusec_enrichment.aspUranium Enrichment and the Gaseous Diffusion Process]</ref>. En plus de son usage dans l'[[enrichissement de l'uranium|enrichissement]], l'hexafluorure d'uranium a été utilisé dans un procédé de retraitement avancé développé en [[République tchèque]]. Dans ce procédé, le [[combustible nucléaire]] [[oxyde d'uranium|oxyde]] usagé est traité avec du fluor pour former un mélange de fluorures. Ce dernier est ensuite distillé pour séparer les différents types de matériaux. === Conversion en oxyde d'uranium === Après enrichissement, l'hexafluorure d'uranium est converti en [[oxyde d'uranium]] (UO<sub>2</sub>) pour ses applications nucléaires. La conversion en UO<sub>2</sub> peut se faire par voie sèche (le plus fréquemment) ou par voie humide. ;Voie sèche * L'UF<sub>6</sub> est vaporisé par chauffage dans une étuve et mis en présence de vapeur d'eau surchauffée. * L'UF<sub>6</sub> s'hydrolyse en UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub> entre 250-300°C : UF<sub>6</sub> + 2H<sub>2</sub>O –––> UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub> + 4HF Dr - 113 kJ/mole * Le composé UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub> est ensuite réduit vers 700-800°C par l'hydrogène, produisant l'UO<sub>2</sub> sous forme de poudre : UO<sub>2</sub>F <sub>2</sub>+ H<sub>2</sub> –––> UO<sub>2</sub> + 2HF + 14,2 kJ/mole Le rendement est supérieur à 99,5 %. ; Voie humide Ce procédé présente l'inconvénient de produire plus d'effluents que la voie sèche, ce qui a un impact environnemental plus important. Plus flexible, en revanche, il est souvent utilisé pour la récupération des matières fissiles dans les rebuts et les déchets. Les étapes consistent en un traitement de l'UF<sub>6</sub> à la vapeur d'eau et en l'obtention, successivement, d'UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub>, sels d'uranium, diuranate d'ammonium, UO<sub>3</sub> et UF<sub>4</sub>. Ce procédé enchaîne dissolution en milieu nitrique, purification par solvant en colonne pulsée, précipitation ammoniacale et réduction sous hydrogène. === Entreposage et stockage === ; États-Unis [[Image:DUF6 cylinder leak.gif|255px|left]] Aux États-Unis, environ 95% de l'uranium appauvri produit jusqu'à présent est stocké sous forme d'hexafluorure d'uranium UF<sub>6</sub> dans des réservoirs en acier sur des parcs en plein air à proximité des usines d'enrichissement. Chaque réservoir contient jusqu'à 12,7 tonnes d'UF<sub>6</sub>. L'hexafluorure d'uranium est introduit sous forme liquide dans le réservoir. Après refroidissement, la majeure partie du liquide se solidifie pour occuper environ 60% du réservoir tandis que le reste de l'espace est occupé par de l'hexafluorure sous forme gazeuse. Ce gaz réagit avec l'acier de la surface interne du réservoir et forme une couche protectrice vis-à-vis de la corrosion. 560000 tonnes d'UF<sub>6</sub> appauvri étaient stockés en 1993 et 686500 tonnes en 2005 dans 57122 réservoirs de stockage situés à [[Portsmouth (Ohio)|Portsmouth]] dans l'[[Ohio]], [[Oak Ridge (Tennessee)|Oak Ridge]] dans le [[Tennessee]] et Paducah dans le [[Kentucky]]<ref>[http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/storage/faq16.cfm FAQ 16-How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>{{,}}<ref>[http://web.ead.anl.gov/uranium/documents/index.cfm Documents<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. Cet entreposage présente des risques environnementaux, sanitaires et de sûreté à cause de son instabilité chimique. Quand l'UF<sub>6</sub> est en contact avec de l'air humide, il réagit avec l'eau contenue dans l'air pour produire UO<sub>2</sub>F<sub>2</sub> (fluorure d'uranyle) et HF (fluorure d'hydrogène) qui sont tous deux très solubles et toxiques. Les réservoirs de stockage doivent être régulièrement inspectés pour rechercher des traces de corrosion ou des fuites. La durée de vie estimée d'un réservoir en acier se mesure en décennies<ref>[http://www.ieer.org/sdafiles/vol_5/5-2/deararj.html IEER: Science for Democratic Action Vol. 5 No. 2<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. Le gouvernement des Etats-Unis a commencé à convertir le UF<sub>6</sub> en oxyde d'uranium solide pour un stockage à long terme<ref>[http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/storage/faq22.cfm FAQ 22-What is going to happen to the uranium hexafluoride stored in the United States?<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. Un tel stockage de l'ensemble du stock de DUF<sub>6</sub> pourrait coûter entre 15 millions et 450 millions de [[dollar US|dollars]]<ref>[http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/mgmt/faq27.cfm FAQ 27-Are there any currently-operating disposal facilities that can accept all of the depleted uranium oxide that would be generated from conversion of DOE's depleted UF6 inventory?<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref>. === Risques industriels === Il y a eu plusieurs accidents impliquant le fluorure d'uranium aux États-Unis. Ces accidents ont causé 2 morts en 1944 et un mort en 1986<ref>[http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/health/faq30.cfm FAQ 30-Have there been accidents involving uranium hexafluoride?]</ref>{{,}}<ref>{{en}} ''Uranium Hexafluoride (UF<sub>6</sub>) Tailings, Characteristics,Transport and Storage at the Siberian Chemical Combine (Sibkhimkombinat) Tomsk'', novembre 2005 - Rapport du cabinet d'étude antinucléaire Large & Associates pour [[Greenpeace]] International</ref>. == Notes et références == === Notes === <references /> === Liens internes === * [[Uranium]] * [[Cycle du combustible nucléaire]] == Références == *{{cite journal| author= Levy JH | title= Structure of fluorides. Part XII. Single-crystal neutron diffraction study of uranium hexafluoride at 293 K| journal= J. Chem. Soc. Dalton Trans.| year= 1976| pages= 219| doi=10.1039/DT9760000219}}x (xstal structure) *{{cite journal| author= Olah GH, Welch J | title= Synthetic methods and reactions. 46. Oxidation of organic compounds with uranium hexafluoride in haloalkane solutions| journal=[[J. Am. Chem. Soc.]] | year= 1978| pages= 5396| volume= 100|doi=10.1021/ja00485a024}} x (selective oxidant of CFCs) === Lien externe === *{{en}} [http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/44.html National Pollutant Inventory - Fluoride and compounds fact sheet] * [http://www.106.us/f/uranium/index.htm Memento sur la chimie de l'uranium] {{Portail|chimie|physique}} [[Catégorie:Composé de l'uranium]] [[Catégorie:Matériau nucléaire]] [[Catégorie:Fluorure]] [[Catégorie:Halogénure de métal]] [[de:Uranhexafluorid]] [[en:Uranium hexafluoride]] [[es:Hexafluoruro de uranio]] [[fa:هگزافلوراید اورانیوم]] [[fi:Uraaniheksafluoridi]] [[it:Esafluoruro di uranio]] [[ja:六フッ化ウラン]] [[nl:Uraniumhexafluoride]] [[pl:Fluorek uranu(VI)]] [[pt:Hexafluoreto de urânio]] [[ru:Фторид урана(VI)]] [[sv:Uranhexafluorid]] [[zh:六氟化鈾]]