1344-57-6

Dioxyde d'uranium

Dioxyde d'uranium
CaF2 polyhedra.png
__ U4+     __ O2-
Structure du dioxyde d'uranium
Général
Nom IUPAC Dioxyde d'uranium
No CAS 1344-57-6
No EINECS 215-700-3
SMILES
InChI
Apparence cristaux noirs à bruns ou poudre noire à brune.[1]
Propriétés chimiques
Formule brute O2UUO2
Masse molaire 270,0277 gmol-1
O 11,85 %, U 88,15 %,
Propriétés physiques
T° fusion 2 865 °C[1]
Solubilité dans l'eau : nulle[1]
Masse volumique (eau = 1) : 11.0[1]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde d'uranium est l'oxyde d'uranium de formule UO2. C'est un solide noir dont la maille cristalline est constituée d'atomes d'uranium en sous-réseau cubique à faces centrées et d'atomes d'oxygènes en sous-réseau cubique.

Production et propriétés chimiques

C'est le constituant naturel de la pechblende, qui est le principal minerai d'uranium. On le prépare industriellement à partir du trioxyde d'uranium UO3 lors des processus d'enrichissement de l'uranium et de retraitement des déchets nucléaires :

UO3 + H2 → UO2 + H2O à 450 °C

Le dioxyde d'uranium a la même structure cristalline que la fluorine CaF2, qui est également celle des dioxydes de neptunium et de plutonium. Il s'oxyde en octaoxyde de triuranium U3O8 par chauffage au contact de l'oxygène de l'air :

3 UO2 + O2U3O8 à 700 °C

L'une des propriétés remarquables du dioxyde d'uranium est sa très faible conducivité thermique, qui peut engendrer des surchauffes locales au coeur du combustible nucléaire.

Conductivité thermique du dioxyde d'uranium comparée à celle du zirconium en fonction de la température


Utilisations

Le dioxyde d'uranium est essentiellement utilisé dans les barres de combustible nucléaire, principalement sous forme UO2 ou mélangé au dioxyde de plutonium PuO2 pour donner du combustible MOX.

Il peut également être employé comme catalyseur, notamment dans la dégradation des composés organiques volatiles en phase gazeuse, l'oxydation du méthane en méthanol et la désulfuration des pétroles. Dans cet usage, il se montre plus efficace et plus stable que les catalyseurs du marché employés dans le retraitement des COV, tels que les métaux précieux, le rutile TiO2 et l'oxyde de cobalt(II,III) CoO•Co2O3.

A partir d'uranium appauvri, il peut être utilisé à des fins de radioprotection, notamment en entrant dans la composition de bétons où il sert de grave.

Le dioxyde d'uranium est un matériau semiconducteur aux propriétés particulièrement intéressantes[2] :

  • Son coefficient Seebeck à température ambiante est de l'ordre de 750 µV/K, près du triple de celui de la plupart des matériaux étudiés pour les applications thermoélectriques.
  • Tout comme l'octaoxyde de triuranium U3O8, le dioxyde d'uranium UO2 est une céramique résistante aux températures élevées, jusqu'à pas moins de 2 300 °C, ce qui le rend apte à servir pour des applications à haute température.

Les propriétés électriques du dioxyde d'uranium sont très sensibles à sa stœchiométrie. Ainsi, la conductivité électrique du UO1,994 est inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle du UO2,001. Ceci, avec la difficulté à maîtriser le dopage de ce matériau, constitue un obstacle au développement du dioxyde d'uranium comme matériau semiconducteur.

Notes et références

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