铀酰

铀酰，是含有铀酰 (VI) 离子 (UO2) 和/或铀酰 (V) 离子 (UO2) 的化合物。 铀酰离子是铀化合物中最常见的形式。 实心酀通常呈黄色，也有红色、橙色或绿色成分。 已知的连接是例如乙酸双氧铀和硝酸双氧铀。 它们是水溶性铀盐，可在市场上买到。 所有铂酸都具有（化学）剧毒，并且 - 根据同位素组成和外来混合物 - 具有中度至高度放射性。

铀在自然界中主要以铀矿床氧化部分中的铀酰矿物形式存在。 常见的铀酰矿物包括：

• 琉璃石，Ca(UO2)2V2O8·8H2O
• 褐钙石，Ca(UO2)2(PO4)2·8-12 H2O
• 碳钙钛矿，Cu(UO2)2(PO4) 8–12 H2O
• 铀铅矿，Ba(UO2)2(PO4)2·12 H2O
• 铀矿, (H3O)2Ca(UO2)2(SiO4) 3 H2O

含有 +4 氧化态铀的铀酰矿物有助于了解铀矿床的形成以及水与发生在富铀矿床边缘的相应矿石共生作用之间的相互作用。

铀化合物在空气中的氧化可生成铀酰化合物。 在用铀弹药发射的练习靶上和周围发现了铀酰离子污染。 六氟化铀水解成氟化铀等，并与土壤中所含的成分形成各种不同成分的进一步酰。 UF6 是迄今为止铀浓缩中最常用的物质，特别是贫化铀（U 含量增加或 U 含量减少的铀）通常以这种形式储存。 转化为氧化物陶瓷，就像燃料元件所做的那样，是不经济的，并且使得任何再浓缩以使用剩余的 U 含量变得更加困难，有时情况取决于铀的价格。

UO2 离子的几何结构是线性的。 有了这些反式氧代基团，铀酰 (VI) 阳离子因此与 VI 组氧代阳离子、钼基 (MoO2) 和钨基 (WO2) 根本不同，后者的氧原子处于顺式构型，角度，面对面。

由于 UO2 阳离子的线性几何结构，其他配体 (L) 只能排列在赤道面上。 在天然铀酰矿物中，它们通常位于约 240 pm 的距离，因此与铀原子的距离比铀氧原子的距离要远得多。 如右图所示，这也排除了第三个氧化氧原子的附着。 因此，这种反式排列导致配合物中铀酰离子的配位几何结构为三角双锥、方形双锥（八面体）、五角双锥或六角双锥。 这种配位几何结构的自然例子是矿物褐黄铜矿（八面体）、乌尔钠铁矿（五角双锥）和三菱锰矿（六角双锥）。

铀化学传统上与铀离子的液体化学有关，并且与分子化学有关。 铀化学在二氧化铀的生产中具有重要优势，二氧化铀以燃料芯块的形式用于轻水反应堆。 易裂变材料在用完之前通常会发生化学分解。

铀的水溶液化学由带双正电荷的铀酰 (VI) 离子 UO2 决定； 铀酰(V)离子UO2在水溶液中不稳定，分解为铀酰(VI)和铀(IV)离子，可配制如下：

→ + 4 H + (n − 4) H2O

该反应的驱动力是铀原子上电荷密度的降低。 这也反映在赤道配位配体的数量和类型上。 理论研究显示了铀酰 (VI) 配合物中电荷密度和键长之间的依赖性。 随着赤道位较强路易斯碱的配位，铀原子上的正电荷密度降低，U的键长减小ranatoms 向轴向铀氧原子变长。 赤道结合配体的稳定性按以下顺序增加：H2O＜； cl < F < 哦 CO3 < 氧气 对于配体水 (H2O)、四氟 (F)4、四氯 (Cl)4 和四羟基 (OH)4，潜在的物理相互作用具有静电性质，而过氧 (O2) 和碳酸盐 (CO3) 显示出明显的共价成分。铀酰 (VI) 离子上赤道结合水分子的数量通常为五个。 进一步水解会降低电荷密度，例如，当 H2O 配体提供质子并变成 OH 配体时：

→ + H; pKa = 约 4.2

因此，在水溶液中，铀酰 (VI) 离子可以描述为弱酸。

随着 pH 值的增加，更多具有化学计量的聚合物离子在氢氧化铀沉淀之前形成。

铀酰 (VI) 离子可以在水性介质中通过合适的还原剂还原为绿色铀 (IV) 离子 U。 可以通过用锌汞齐还原铀 (IV) 离子来进一步还原为铀 (III) 离子 U； 但在水溶液中极易氧化，仅在完全无氧溶液中稳定。

根据 HSAB 概念，铀酰 (VI) 离子表现为硬酸，与较弱的配体（例如氮碱）形成的键比与硬配体如氟化物 (F) 或含氧碱如氧化物 (O) 形成的键更弱，氢氧化物 (OH)、碳酸盐 (CO3)、硝酸盐 (NO3)、硫酸盐 (SO4)、磷酸盐 (PO4) 或羧酸盐 (R–COO)。由于一些碳酸双氧铀配合物具有良好的溶解性，因此可以分离铀酰离子与其他伴随的重金属离子可以很好地分离，而磷酸双氧铀复合物则微溶。 因此，磷酸双氧铀 (VI) 也构成了一组重要的铀矿物（例如褐铀矿、斜铀矿、铀铀矿等）。 其他铀矿由砷酸铀酰复合物（例如锌铀矿）和更复杂的氢氧化铀酰磷酸盐复合物（例如榴钠石）组成。 还值得一提的是重要的矿物钾钙钛矿，它由钾的钒酸双氧铀络合物组成。

水溶液中碱性双氧铀 (VI) 络合物的示例：

• UO2(OH)2
• 二氧化铀(CO3)2
• UO2(CO3)3
• UO2(OH)4 分离为 23 x H2O

铀酸在生物化学中也有作用。 例如，X 射线粉末衍射法用于显示真菌黑曲霉和爪哇拟青霉在含有有机磷酸盐源（此处为甘油-2-磷酸 (G2P)）的培养基上生长并产生磷酸双铀偏镁石、铀镁石（ NH4UO2PO4 3 H2O)、水合磷酸双氧铀、水合磷酸双氧铀钾(KUO2PO4 3 H2O)和钙镁石。 同样，嗜酸性真菌 Coniochaeta fodinicola 能够以铀酰 (VI) 离子的形式结合铀矿水中的铀。

铀酰 (VI) 双阳离子 (UO2) 的单电子还原导致铀酰 (V) 单阳离子 (UO2) 的形成。 这在水溶液中不稳定并且与 U 和 UO2 不成比例：

UO2 + 4H → U + UO2 + 2H2O

因此，铀酰 (V) 配合物的合成制备在很长一段时间内是不可能的。 铀酰 (V) 离子与铀酰 (VI) 的不同之处在于其较长的 U-O 键和由于铀原子上较低的电荷密度而导致的铀酰氧原子的路易斯碱度较高。 因此其电子构型为 5f，即 也就是说，它有一个 f 电子，因此是顺磁性的。 从那时起，已经测试了各种配体系统，在这些系统中，可以在没有大气氧气和水分的情况下以有针对性的方式制备铀酰 (V) 络合物。