二碳化鈾，為類似UC的金屬型化合物，銀色晶體，有毒，是很有前景的核燃料。呈金屬性，可導熱導電。密度11.7g/cm3。熔點2350～2400℃，沸點4370℃。在1514℃以上，能穩定存在，但在1765℃時發生α→β型的轉變。α-UC2屬CaC2型正方晶系，a=3.5241A，c=5.9962A，C/U=1.94，密度為11.68g/cm；β-UC2屬NaCl型立方晶系，a=5.49A，遇水分解，不溶於乙醇，在稀的無機酸中分解。主要有等腰三角形結構與 直線CUC結構。可由C還原UO2或氫化鈾與C反應製得。並主要套用於包覆型燃料顆粒。
基本介紹
- 中文名：二碳化鈾
- 外文名：Uranium dicarbide
- 密度：11.7g/cm3
- 熔點：2450℃±75℃
- 屬性：金屬性，可導熱導電
簡介,性質與穩定性,結構,合成方法,製法1,製法2,用途,計算化學數據,
簡介
鈾碳化合物因其理想的物理性質，如高熔點、高燃耗、高線性功率、高熱導性等，被視為是很有前景的下一代核燃料，並主要套用於包覆型燃料顆粒。以前的研究顯示鈾碳化合物能以 UC、UC2和 U2C3的形式存在，並且可以在它們用為核燃料的過程中發生氣化，隨後的實驗發現在其中，UC2是最豐富的氣態鈾碳分子。質譜分析也證實了氣態 UC2在固態鈾碳化合物上的存在。
性質與穩定性
二碳化鈾為類似UC的金屬型化合物，銀色晶體，有毒。密度11.7g/cm3。熔點2350～2400℃，沸點4370℃。在1514℃以上，能穩定存在，但在1765℃時發生α→β型的轉變。α-UC2屬CaC2型正方晶系，a=3.5241A，c=5.9962A，C/U=1.94，密度為11.68g/cm；β-UC2屬NaCl型立方晶系，a=5.49A，遇水分解，不溶於乙醇，在稀的無機酸中分解。常溫下，與水反應緩慢，加熱時反應變快。在空氣中慢慢分解。與氟一起稍微加熱就會爆炸。室溫下，與濃酸反應緩慢；鹼可分解它。鈾碳化物的製備可通過控制元素的比例和溫度，直接使元素化合而成。二碳化鈾在1765℃時會很緩慢的分解為三碳化二鈾和碳。二碳化鈾比一碳化鈾更活潑，它可與水蒸氣、氧氣、氮氣等激烈反應，所以有關它的操作必須在惰性氣體中進行。常溫下，與水反應緩慢，加熱時反應變快。在空氣中慢慢分解。與氟一起稍微加熱就會爆炸。
結構
UC2是最具有代表性的並且是在核反應堆中最可能吸附在石墨上的鈾碳化合物分子。儘管實驗中只發現了直線 CUC 結構（三重基態），等腰三角 UC2結構（五重基態）卻是第一性原理計算得到的最穩定的結構。另一方面，由於在等腰三角 UC2中，最高占據軌道是含有 U 的 7s 和 5f 特徵的 4 個單電子占據軌道，同時在鈾內嵌富勒烯系統中 7s 電子易於轉移到碳籠上，5f 軌道對與碳籠的共價作用有貢獻。因此可以預見，等腰三角 UC2和石墨烯間很可能會有 U 原子參與的強化學吸附作用。然而，直線 CUC 的前線軌道幾乎都局域在U-C 三重鍵上，它與石墨烯的相互作用仍需要進一步的研究。
合成方法
製法1
參照UC的製法1，但使C/UO2=4.0(摩爾比)，在同樣的條件和溫度下，其反應按下式進行：
UO2(s)+4C(s)→UC2(s)+2CO(g)
最後可製得UC2產品。
製法2
將化學計量比(摩爾比1∶2)的氫化鈾粉末與碳粉在惰性氣體中充分混合加壓製成片狀，參照三碳化二鈾的製法2，同樣在真空或精製的惰性氣體中加熱，待氫分解析出後，迅速升溫至1900～2000℃並保持數小時，即可製得UC2產品。
用途
（1）是常用於輕水堆、重水堆和快中子增殖堆的鈾燃料形式，它是一種穩定的陶瓷燃料。
（2）在鈾工藝中，二氧化鈾是一種重要的中間產物，是乾法生產四氟化鈾的原料。
（3）可通過用氫氣還原三氧化鈾或八氧化三鈾的方法來製備，也可通過三碳酸鈾醯銨(NH4)4[UO2(CO3)3]直接煅燒還原製得。
（4）它是動力反應堆中廣泛使用的核燃料，又是乾法製備四氟化鈾的重要原料。
計算化學數據
1.疏水參數計算參考值（XlogP）:2.6
2.氫鍵供體數量:3
3.氫鍵受體數量:9
4.可旋轉化學鍵數量:10
5.互變異構體數量:2
6.拓撲分子極性表面積155
7.重原子數量:33
8.表面電荷:0
9.複雜度:779
10.同位素原子數量:0
11.確定原子立構中心數量:1
12.不確定原子立構中心數量:0
13.確定化學鍵立構中心數量:0
14.不確定化學鍵立構中心數量:0
15.共價鍵單元數量:1
