Pentafluorure d'uranium

Le pentafluorure d'uranium, ou fluorure d'uranium(V), est un composé chimique de formule UF₅. Il se présente sous la forme d'un solide jaune pâle cristallisé dans le système tétragonal selon le groupe d'espace I42d (n^o 122) avec comme paramètres cristallins a = 1 150 pm et c = 519,8 pm^[3]. Ce polymorphe, dit β, est stable aux températures inférieures à 130 °C^[5], température à laquelle survient une transition de phase vers le polymorphe α, également tétragonal mais de groupe d'espace I4/m (n^o 87) et de paramètres cristallins a = 651,2 pm et c = 446,3 pm^[3].

Pentafluorure d'uranium
__ U5+     __ F− Structure cristalline du fluorure d'uranium(V) β
Identification
Nom UICPA	pentafluorouranium
Synonymes	fluorure d'uranium(V)
No CAS	13775-07-0
No ECHA	100.033.991
No CE	237-405-9
PubChem	83723
SMILES	F[U](F)(F)(F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/5FH.U/h5*1H;/q;;;;;+5/p-5 Std. InChIKey : JNVYCANIFQDNST-UHFFFAOYSA-I
Propriétés chimiques
Formule	F5U  [Isomères]UF5
Masse molaire[1]	333,020 93 ± 3,0E−5 g/mol F 28,52 %, U 71,48 %,
Propriétés physiques
T° fusion	348 °C[2]
Masse volumique	α : 5,81 g/cm3[2] β : 6,45 g/cm3[3]
Cristallographie
Système cristallin	tétragonal
Classe cristalline ou groupe d’espace	α : I4/m (no 87) [3] tétragonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle I~4/m\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle C_{4h}^{5}\,}$ β : I42d (no 122) [3] tétragonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle I\ {\bar {4}}\ 2\ d\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle D_{2d}^{12}\,}$
Paramètres de maille	a = 1 150 pm (β), c = 519,9 pm (β)[3]
Précautions
Composé radioactif
SGH[4]
Danger H300, H330, H373 et H411 H300 : Mortel en cas d'ingestion H330 : Mortel par inhalation H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H411 : Toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Production

Le pentafluorure d'uranium peut être obtenu en faisant réagir du pentachlorure d'uranium UCl₅ ou de l'hexachlorure d'uranium (en) UCl₆ avec du fluorure d'hydrogène HF anhydre^[3] :

UCl₅ + 5 HF ⟶ UF₅ + 5 HCl ;

2 UCl₆ (en) + 10 HF ⟶ 2 UF₅ + 10 HCl + Cl₂.

D'autres réactions sont possibles, comme la médiamutation du tétrafluorure d'uranium UF₄ et de l'hexafluorure d'uranium UF₆ ou la fluoration directe du tétrafluorure au fluor F₂^[3] :

UF₄ + UF₆ ⟶ 2 UF₅ ;

2 UF₄ + F₂ ⟶ 2 UF₅.

La réduction de l'hexafluorure par le monoxyde de carbone CO à haute température avec libération de fluorure de carbonyle COF₂ est également possible^[6] :

2 UF₆ + CO ⟶ 2 UF₅ + COF₂.

Il est également possible de réduire l'hexafluorure d'uranium en pentafluorure sous l'action de bromure d'hydrogène HBr^[3] ou de dioxyde de soufre SO₂ à 160 °C^[7].

Propriétés et applications

Le pentafluorure d'uranium peut être sublimé au-dessus de 500 °C, avec dismutation commençant à 150 °C^[3]. Il forme des cristaux bleu pâle et fond sous pression d'UF₆ à 348 °C. La substance se compose d'unités UF₅ et forme des chaînes linéaires à l'aide de ponts fluor^[8]. Le monomère a une géométrie fluctuante entre D_3h et C_4v^[9].

Le pentafluorure d'uranium étant associé à l'hexafluorure UF₆, il intervient dans l'enrichissement de l'uranium en isotope fissile ²³⁵U par séparation isotopique par laser sur vapeur atomique, procédé dans lequel une molécule de ²³⁵UF₆ est excitée sélectivement par un premier laser accordé pour permettre à un second laser de séparer un atome de fluor en formant le pentafluorure ²³⁵UF₅, qui précipite et peut donc facilement être filtré hors du gaz ; le ²³⁸UF₆ n'est pas clivé et reste donc dans le gaz, ce qui permet d'en extraire sélectivement l'uranium 235 en y laissant l'uranium 238. Ce procédé conceptuellement élégant s'avère cependant assez difficile à mettre en œuvre à l'échelle industrielle.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 89^e éd., CRC Press, 2008, p. 3-17. (ISBN 978-1420066791)
3. (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1203-1204. (ISBN 3-432-87813-3)
4. Entrée « Uranium compounds » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 1 janvier 2022 (JavaScript nécessaire)
5. (en) J. C. Taylor et A. B. Waugh, « Neutron diffraction study of β-uranium pentafluoride between 77 and 403 K », Journal of Solid State Chemistry, vol. 35, n^o 2,‎ 15 novembre 1980, p. 137-140 (DOI 10.1016/0022-4596(80)90485-5, Bibcode 1980JSSCh..35..137T, lire en ligne)
6. (en) Gordon W. Halstead, P. Gary Eller et Robert T. Paine, « 35. Uranium(V) Fluorides and Alkoxides », Inorganic Syntheses, vol. 21,‎ 1982 (DOI 10.1002/9780470132524.ch35, lire en ligne)
7. (en) P. Gary Eller, A. C. Larson, J. R. Peterson, D. D. Ensor et J. P. Young, « Crystal structures of α-UF₅ and U₂F₉ and spectral characterizationof U₂F₉ », Inorganica Chimica Acta, vol. 37,‎ 1979, p. 129-133 (DOI 10.1016/S0020-1693(00)95530-0, lire en ligne)
8. (en) C. J. Howard, J. C. Taylor et A. B. Waugh, « Crystallographic parameters in α-UF₅ and U₂F₉ by multiphase refinement of high-resolution neutron powder data », Journal of Solid State Chemistry, vol. 45, n^o 3,‎ décembre 1982, p. 396-398 (DOI 10.1016/0022-4596(82)90185-2, lire en ligne)
9. (en) J. Onoe, H. Nakamatsu, T. Mukoyama, R. Sekine, H. Adachi et K. Takeuchi, « Structure and Bond Nature of the UF₅ Monomer », Inorganic Chemistry, vol. 36, n^o 9,‎ 23 avril 1997, p. 1934-1938 (DOI 10.1021/ic961237s, lire en ligne)

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