Уран метал чи ні. Уранова руда

Уран є одним з важких металевих елементівтаблиці Менделєєва. Уран знаходить широке застосуванняв енергетичній та військовій промисловості. У таблиці Менделєєва його можна знайти під номером 92 і позначається латинською буквою U масовим числом 238.

Як було відкрито Уран

Взагалі такий хімічний елементяк уран був відомий дуже давно. Відомо, що ще до нашої ери природний окис урану використовувався для виготовлення жовтої глазурі для кераміки. Відкриття цього елемента сталося можна вважати 1789 року, коли німецький хімік, на ім'я Мартін Генріх Клапрот, відновив із руди чорний металоподібний матеріал. Цей матеріал Мартін вирішив назвати Ураном, щоб підтримати назву нової відкритої планетиз однойменною назвою (цього ж року було відкрито планету Уран). В 1840 було виявлено, що цей матеріал відкритий Клапротом, виявився оксидом Урану не дивлячись на характерний металевий блиск. Ежен Мелькіор Пеліго з оксиду синтезував атомарний Уран і визначив його атомну вагу рівну 120 а.е., а в 1874 Менделєєв подвоїв це значення, помістивши його в найдальшу клітину своєї таблиці. Лише через 12 років рішення Менделєєва про подвоєння маси було підтверджено дослідами німецького хіміка Циммермана.

Де і як добувають Уран

Уран є досить поширеним елементом, але він поширений як уранової руди. Щоб ви розуміли, зміст її в земної користановить 0.000-27% від загальної маси Землі. Уранова рудаяк правило входить до складу кислих мінеральних порід із високим вмістом кремнію. Основними видами уранових руд є настуран, карнотит, казоліт та самарскіт. Найбільші запасиУранових руд з урахуванням резервних родовищ є такі країни як Австралія, Росія і Казахстан, причому з усіх перерахованих Казахстан займає позицію, що лідирує. Видобуток урану є дуже не простою та дорогою процедурою. Не всі країни можуть дозволити собі добувати і синтезувати чистий уран. Технологія виробництва виглядає так: руда або мінерали видобуваються в шахтах, порівняно золоту або дорогоцінного каміння. Добуті породи дроблять і змішують із водою у тому, щоб відокремити уранову пил від інших. Уранова пил дуже важка і тому вона випадає в осад швидше за інших. Наступним кроком є ​​очищення уранового пилу від інших порід шляхом кислотного або лужного вилуговування. Процедура виглядає приблизно так: уранова суміш нагрівають до 150 °С і подають чистий кисень під тиском. В результаті утворюється сірчана кислотаяка очищає уран з інших домішок. Ну і на заключному етапівідбирають чисті частинки урану. Крім уранового пилу, там трапляються й інші корисні мінерали.

Небезпека радіоактивного випромінювання урану

Всі чудово знають таке поняття як радіоактивне випромінювання і те, що воно завдає непоправна шкодаздоров'ю, яке призводить до летального результату. Уран є одним із таких елементів, який за певних умов може випускати радіоактивне випромінювання. У вільній формі залежно від його різновиду він може випускати альфа та бета-промені. Альфа промені не становлять великої небезпеки для людини, якщо опромінення є зовнішнім так як у цього випромінювання мала проникаюча здатність, але при попаданні всередину організму вони завдають непоправної шкоди. Для стримування зовнішніх альфа променів вистачить навіть аркуша паперу. З бета випромінюванням справи серйозніше, але не набагато. Проникаюча здатність бета-випромінювання вище, ніж у альфа-випромінювання, але для стримування бета-випромінювання знадобиться 3-5 мм тканина. Ви скажете, як так? Уран є радіоактивним елементом, який використовується в ядерної зброї! Все вірно, він використовується в ядерній зброї, яка завдає колосальної шкоди всьому живому. Просто при детонуванні ядерної боєголовки, основну шкоду живим організмам завдають гамма випромінювання та потік нейтронів. Дані види випромінювань утворюються в результаті термоядерної реакції під час вибуху боєголовки, яка виводить частки урану зі стабільного стану та знищує все живе на землі.

Різновиди урану

Як говорилося вище, уран має кілька різновидів. Різновиди мають на увазі наявність ізотопів, щоб ви розуміли ізотопи мають на увазі собою однакові елементи, але з різними масовими числами.

Отже існують два види:

1. природний;
2. Штучний;

Як ви вже здогадалися природний котрий видобувають із землі, а штучні людистворюють самостійно. До природних відносять ізотопи урану з масовим числом 238, 235 і 234. Причому U-234 є дочірнім від U-238, тобто перший виходить від розпаду другого природних умов. Друга група ізотопів, яку створюють штучно, має масові числа від 217 до 242. Кожен із ізотопів має різні властивості і характеризується різною поведінкою за певних умов. Залежно від потреб, вчені ядерники намагаються знайти всілякі рішення проблем, адже кожен ізотоп має різну енергетичну цінність.

Періоди напіврозпаду

Як уже говорилося вище, кожен з ізотопів урану має різну енергетичну цінність і різними властивостями, одним із яких є напіврозпад. Для того щоб розуміти, що це таке потрібно почати з визначення. Періодом напіврозпаду називається час, за яке число радіоактивних атомів зменшується в двоє. Період напіврозпаду впливає на багато факторів, наприклад можна навести його енергетичну цінність або повне очищення. Якщо приклад взяти останнє то можна порахувати за який проміжок часу відбудеться повнаочищення від радіоактивного зараження землі. Напіврозпади ізотопів урану:

Як можна побачити з таблиці період напіврозпаду ізотопів варіюється від хвилин до сотень мільйонів років. Кожен з них знаходить собі застосування в різних областяхжиттєдіяльності людей.

Застосування

Застосування урану дуже широко у багатьох сферах діяльності, але найбільшу цінність представляє в енергетичній та військовій сфері. Найбільший інтереспредставляє ізотоп U-235. Його перевага в тому, що він здатний самостійно підтримувати ланцюгову ядерну реакцію, яка широко використовується у військовій справі для виготовлення ядерної зброї та як паливо в ядерних реакторах. Крім цього уран широко застосовується в геології для визначення віку мінералів та гірських порід, і навіть визначення протікання геологічних процесів. В автомобілебудуванні та літакобудуванні обідній уран використовується як противага та центрувальний елемент. Також застосування було знайдено в живописі, а конкретніше як фарба по порцеляні та для виготовлення керамічних глазурів та емалей. Ще одним цікавим моментомможна вважати застосування обіднього урану для захисту від радіоактивного випромінювання, як це дивно не звучить.

Уран – сьома планета в Сонячній системі та третій за рахунком газовий гігант. Планета є третьою за величиною та четвертою за масою, а свою назву отримала на честь отця римського бога Сатурна.

Саме Уранудостоївся честі бути першою планетою, відкритою в сучасної історії. Однак насправді його початкове відкриття його як планети фактично не відбувалося. У 1781 році астроном Вільям Гершельпри спостереженні зірок у сузір'ї Близнюків, помітив деяких дископодібний об'єкт, що він спочатку записав у розряд комет, що й повідомив Королівське наукова спільнотаАнглія. Однак пізніше самого Гершеля спантеличив той факт, що орбіта об'єкта виявилася практично круглою, а не еліптичною, як це буває у комет. І тільки коли це спостереження було підтверджено іншими астрономами, Гершель дійшов висновку, що насправді відкрив планету, а не комету, і відкриття нарешті здобуло широке визнання.

Після підтвердження даних про те, що виявлений об'єкт є планетою, Гершель отримав незвичайний привілей – дати їй свою назву. Не довго думаючи, астроном вибрав ім'я короля Англії Георга III і назвав планету Georgium Sidus, що означає «Зірка Георга». Проте назва так і не отримала наукового визнання та вчені, більшості своїй, дійшли висновку, що краще дотримуватися певної традиції у назві планет Сонячної системи, а саме називати їх на честь давньоримських богів. Так Уран отримав свою сучасну назву.

В даний час єдиною планетарною місією, якій вдалося зібрати відомості про Уран, є Voyager 2.

Ця зустріч, яка відбулася в 1986 році, дозволила вченим отримати досить велику кількість даних про планету та зробити безліч відкриттів. Космічний корабель передав тисячі фотографій Урана, його супутників та кілець. Незважаючи на те, що багато фотографій планети не відобразили практично нічого, крім синьо-зеленого кольору, який можна було спостерігати і з наземних телескопівІнші зображення показали наявність десяти раніше невідомих супутників і двох нових кілець. На найближче майбутнє жодних нових місій до Урану не заплановано.

Через темно-синій колір Урану атмосферну модель планети виявилося скласти набагато складніше, ніж моделі того ж чи навіть . На щастя, знімки, отримані з космічного телескопа «Хаббл», дозволили отримати більш широку виставу. Більше сучасні технологіївізуалізації телескопа дали можливість отримати набагато детальніші знімки, ніж у Voyager 2. Так завдяки фотографіям «Хаббл» вдалося з'ясувати, що на Урані існують широтні смуги, як і на інших газових гігантах. Крім того, швидкість вітрів на планеті може досягати понад 576 км/год.

Вважається, що причиною появи одноманітної атмосфери є склад її верхнього шару. Видимі шари хмар складаються в основному з метану, який поглинає ці довжини хвиль, що спостерігаються, відповідні червоному кольору. Таким чином, відбиті хвилі представлені у вигляді синього та зеленого кольорів.

Під цим зовнішнім шаром метану, атмосфера складається з приблизно 83% водню (H2) та 15% гелію, де присутній певну кількістьметану та ацетилену. Подібний склад аналогічний іншим газовим гігантам Сонячної системи. Проте атмосфера Урана різко відрізняється іншому плані. У той час як у атмосфери у Юпітера та Сатурна в основному газоподібні, атмосфера Урану містить набагато більше льоду. Свідченням є екстремально низькі температури на поверхні. Враховуючи той факт, що температура атмосфери Урану досягає -224 °С, її можна назвати найхолоднішою з атмосфер у Сонячній системі. Крім того, наявні дані вказують на те, що така вкрай низька температурає практично навколо всієї поверхні Урану, навіть на тій стороні, яка не освітлюється Сонцем.

Уран, на думку планетологів, складається з двох шарів: ядра та мантії. Сучасні моделідозволяють припустити, що ядро ​​в основному складається з каменю та льоду і приблизно в 55 разів перевищує масу. Мантія планети важить 8,01 х 10 ступенем 24 кг., або близько 13,4 мас Землі. Крім того, мантія складається з води, аміаку та інших летких елементів. Основною відмінністю мантії Урана від Юпітера та Сатурна є те, що вона крижана, хай і не в традиційному значенні цього слова. Справа в тому, що крига дуже гаряча і товста, а товщина мантії становить 5,111 км.

Що найдивовижніше у складі Урану і те, що відрізняє його від інших газових гігантів нашої зіркової системи, є те, що він не випромінює більше енергії, ніж отримує від Сонця. Враховуючи той факт, що навіть , який дуже близький за розміром до Урану, виробляє приблизно в 2,6 рази більше тепла, ніж отримує від Сонця, вчені сьогодні дуже заінтриговані в такій слабкій потужності енергії, що генерується Ураном. на НаразіІснує два пояснення цьому явищу. Перша вказує на те, що Уран зазнав впливу об'ємного космічного об'єктау минулому, що призвело до втрати більшої частини внутрішнього тепла планети (отриманої під час формування) у космічний простір. Друга теорія стверджує, що всередині планети існує бар'єр, який не дозволяє внутрішньому теплу планети вирватися на поверхню.

Орбіта та обертання Урану

Саме відкриття Урану дозволило вченим розширити радіус відомої Сонячної системи майже вдвічі. Це означає, що в середньому орбіта Урана складає близько 2,87 х 10 у 9 км. Причиною такої відстані є тривалість проходження сонячного випромінювання від Сонця до планети. Сонячному світлу необхідно близько двох годин і сорока хвилин, щоб досягти Урана, що майже в двадцять разів довше, ніж потрібно сонячному світлу для того, щоб досягти Землі. Величезна відстань впливає і на тривалість року на Урані, він триває майже 84 земні роки.

Ексцентриситет орбіти Урана становить 0.0473, що лише трохи менше, ніж у Юпітера - 0,0484. Цей фактор робить Уран четвертим із усіх планет Сонячної системи за показником кругової орбіти. Причиною такого невеликого ексцентриситету орбіти Урана є різниця між його перигелієм 2,74 х 10 ступенем 9 км і афелієм 3,01 х 109 км становить лише 2,71 х 10 ступенем 8 км.

Найцікавішим моментом у процесі обертання Урану є положення осі. Справа в тому, що вісь обертання для кожної планети, крім Урана, приблизно перпендикулярна до їх площини орбіти, проте вісь Урана нахилена майже на 98°, що фактично означає, що Уран обертається на боці. Результатом такого положення осі планети є те, що північний полюсУрана перебуває в Сонці половину планетарного року, іншу половину посідає Південний полюспланети. Іншими словами, денний час на одній півкулі Урану триває 42 земні роки, а нічний, на іншій півкулі стільки ж. Причиною, через яку Уран «повернувся на бік», вчені знову ж таки називають зіткнення з величезним космічним тілом.

Враховуючи той факт, що найпопулярнішими з кілець у нашій Сонячній системі тривалий часзалишалися обручки Сатурна, обручки Урана не вдавалося виявити аж до 1977 року. Однак причина не тільки в цьому, є ще дві причини такого пізнього виявлення: відстань планети від Землі та низька відбивна здатність самих кілець. У 1986 році космічний апарат Voyager 2 зміг визначити наявність у планети ще двох кілець, крім відомих на той час. 2005 року космічний телескоп «Хаббл» помітив ще два. На сьогоднішній день планетологам відомо 13 кілець Урану, найяскравішим з яких є кільце Епсілон.

Кільця Урану відрізняються від сатурніанських практично всім - від розмірів частинок до складу. По-перше, частинки, що становлять кільця Сатурна маленькі, трохи більше, ніж кілька метрів у діаметрі, тоді як кільця Урану містять безліч тіл до двадцяти метрів у діаметрі. По-друге, частки кілець Сатурна в основному складаються з льоду. Проте кільця Урану складаються з льоду і значного пилу і сміття.

Вільям Гершель відкрив Уран тільки 1781 року, оскільки планета була занадто тьмяна для того, щоб її могли помітити представники стародавніх цивілізацій. Сам Гершель спочатку вважав, що Уран - це комета, проте пізніше переглянув свою думку і наука підтвердила планетарний статус об'єкта. Так Уран став першою планетою, відкритою у сучасній історії. Оригінальна назва запропонована Гершелем була "Зірка Георга" - на честь короля Георга III, але наукова спільнота не прийняла його. Назва «Уран» була запропонована астрономом Йоганном Боді, на честь давньоримського бога Урана.
Уран робить оберт навколо своєї осі один раз за кожні 17 годин та 14 хвилин. Подібно до того, планета обертається в ретроградному напрямку, протилежному напрямку Землі та решті шести планет.
Вважається, що незвичайний нахил осі Урана могло спричинити грандіозне зіткнення з іншим космічним тілом. Теорія полягає в тому, що планета, розміри якої були імовірно з Землю різко зіткнулася з Ураном, що зрушило його вісь на 90 градусів.
Швидкість вітру на Урані може досягати 900 км на годину.
Маса Урану становить близько 14,5 разів мас Землі, що робить його найлегшим із чотирьох газових гігантів нашої Сонячної системи.
Уран часто згадується як «крижаний гігант». Крім водню та гелію у верхньому шарі (як у інших газових гігантів), Уран також має крижану мантію, що оточує його залізне ядро. Верхні шари атмосфери складаються з аміаку та кристалів крижаного метану, що дає Урану характерний блідо-блакитний колір.
Уран є другою найменш щільною планетою в Сонячній системі після Сатурна.

Зміст статті

УРАН, U (uranium), металевий хімічний елемент сімейства актиноїдів, які включають Ac, Th, Pa, U та трансуранові елементи(Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Уран набув популярності завдяки використанню його в ядерній зброї та атомній енергетиці. Оксиди урану застосовуються також для фарбування скла та кераміки.

Знаходження у природі.

Зміст урануу земній корі становить 0,003%, він зустрічається у поверхневому шарі землі у вигляді чотирьох видів відкладень. По-перше, це жили уранініту, або уранової смолки (діоксид урану UO 2), дуже багаті на уран, але рідко зустрічаються. Їм супроводжують відкладення радію, оскільки радій є прямим продуктом ізотопного розпаду урану. Такі жили зустрічаються в Заїрі, Канаді (Велике Ведмеже озеро), Чехії та Франції. Другим джерелом урану є конгломерати торієвої та уранової руди разом із рудами інших важливих мінералів. Конгломерати зазвичай містять достатні для отримання кількості золота і срібла, а супутніми елементами стають уран і торій. Великі родовища цих руд перебувають у Канаді, ПАР, же Росії та Австралії. Третім джерелом урану є осадові породи та пісковики, багаті мінералом карнотитом (ураніл-ванадат калію), який містить, крім урану, значну кількість ванадію та інших елементів. Такі руди трапляються у західних штатах США. Залізоранові сланці та фосфатні руди становлять четверте джерело відкладень. Багаті відкладення виявлено у глинистих сланцях Швеції. Деякі фосфатні руди Марокко та США містять значні кількості урану, а фосфатні поклади в Анголі та Центральноафриканській Республіці ще багатші на уран. Більшість лігнітів і деякі вугілля зазвичай містять домішки урану. Багаті ураном відкладення лігнітів виявлені в Північній та Південній Дакоті (США) та бітумному вугіллі Іспанії та Чехії.

Відкриття.

Уран був відкритий у 1789 році німецьким хіміком М.Клапротом, який привласнив ім'я елементу на честь відкриття за 8 років перед цим планети Уран. (Клапрот був провідним хіміком свого часу; він відкрив також інші елементи, у тому числі Ce, Ti та Zr.) Насправді речовина, отримана Клапротом, була не елементним ураном, але окисленою формою його, а елементний уран був вперше отриманий французьким хімікомЕ.Пеліго в 1841. З моменту відкриття та до 20 ст. Уран не мав того значення, яке він має зараз, хоча багато його фізичних властивостей, а також атомна маса і щільність були визначені. У 1896 А.Беккерель встановив, що солі урану мають випромінювання, яке засвічує фотопластинку в темряві. Це відкриття активізувало хіміків до досліджень в галузі радіоактивності і в 1898 французькі фізики дружини П.Кюрі та М.Склодовська-Кюрі виділили солі радіоактивних елементів полонію та радію, а Е.Резерфорд, Ф.Содді, К.Фаянс та інші вчені розробили теорію радіо розпаду, що заклало основи сучасної ядерної хімії та атомної енергетики.

Перші застосування урану.

Хоча радіоактивність солей урану була відома, його руди у першій третині нинішнього століття використовувалися лише для отримання супутнього радію, а уран вважався небажаним побічним продуктом. Його використання було зосереджено в основному в технології кераміки та в металургії; оксиди урану широко застосовували для фарбування скла кольору від блідо-жовтого до темнозеленого, що сприяло розвитку недорогих скляних виробництв. Сьогодні вироби цих виробництв ідентифікують як флуоресцентні під ультрафіолетовими променями. Під час Першої світової війни та невдовзі після неї уран у вигляді карбіду застосовували у виробництві інструментальних сталей, аналогічно Mo та W; 4–8% урану замінювали на вольфрам, виробництво якого на той час було обмежене. Для отримання інструментальних сталей у 1914–1926 щорічно виробляли по кілька тонн ферорурану, що містить до 30% (мас.) U. Однак таке застосування урану тривало недовго.

Сучасне застосування урану.

Промисловість урану почала складатися в 1939, коли було здійснено поділ ізотопу урану 235 U, що призвело до технічної реалізації контрольованих ланцюгових реакцій поділу урану в грудні 1942. Це було народження ери атома, коли уран з незначного елемента перетворився на один з найбільш важливих елементіву житті суспільства. Військове значення урану для виробництва атомної бомби та використання як паливо в ядерних реакторах викликали попит на уран, який зріс в астрономічних розмірах. Цікава хронологія зростання потреби в урані з історії відкладень у Великому Ведмежому озері (Канада). У 1930 році в цьому озері була виявлена ​​смоляна обманка - суміш оксидів урану, а в 1932 році на цій ділянці була налагоджена технологія очищення радію. З кожної тонни руди (смоляної обманки) отримували 1 г радію та близько половини тонни побічного продукту – уранового концентрату. Однак радію було мало і його видобуток було припинено. З 1940 по 1942 р. розробку відновили і почали відправку уранової руди до США. У 1949 аналогічне очищення урану з деякими удосконаленнями було застосовано для виробництва чистого UO 2 . Це виробництво зростало, і в даний час воно є одним із найбільших виробництв урану.

Властивості.

Уран - один з найбільш важких елементівзустрічаються в природі. Чистий метал дуже щільний, пластичний, електропозитивний з малою електропровідністю та високореакційний.

Уран має три алотропні модифікації: a-уран (орторомбічні кристалічні грати), існує в інтервалі від кімнатної температуридо 668 ° С; b-уран (складні кристалічні грати тетрагонального типу), стійкий в інтервалі 668-774 ° С; g-Уран (об'ємноцентровані кубічні кристалічні грати), стійкий від 774 ° С аж до температури плавлення (1132 ° С). Оскільки всі ізотопи урану нестабільні, всі його сполуки виявляють радіоактивність.

Ізотопи урану

238 U, 235 U, 234 U зустрічаються у природі у співвідношенні 99,3:0,7:0,0058, а 236 U – у слідових кількостях. Всі інші ізотопи урану від 226 до 242 U отримують штучно. Ізотоп 235 U має особливо важливе значення. Під дією повільних (теплових) нейтронів він ділиться зі звільненням величезної енергії. Повне розподіл 235 U призводить до виділення «теплового енергетичного еквівалента» 2Ч 107 кВтЧ год/кг. Поділ 235 U можна використовувати не тільки для отримання великої кількості енергії, але також для синтезу інших важливих актиноїдних елементів. Уран природного ізотопного складу можна використовувати в ядерних реакторах для виробництва нейтронів, що утворюються при розподілі 235 U, в той же час надлишкові нейтрони, які не потрібні ланцюговою реакцією, можуть захоплюватися іншим природним ізотопом, що призводить до отримання плутонію:

При бомбардуванні 238 U швидкими нейтронами протікають наступні реакції:

Згідно з цією схемою, найбільш поширений ізотоп 238 U може перетворюватися на плутоній-239, який, подібно до 235 U, також здатний ділитися під дією повільних нейтронів.

В даний час отримано велику кількість штучних ізотопів урану. Серед них 233 U особливо примітний тим, що він ділиться при взаємодії з повільними нейтронами.

Деякі інші штучні ізотопи урану часто застосовують як радіоактивні мітки (індикатори) в хімічних і фізичних дослідженнях; це перш за все b-випромінювач 237 U та a-випромінювач 232 U.

З'єднання.

Уран - високореакційний метал - має ступеня окислення від +3 до +6, близький берилію в ряду активності, взаємодіє з усіма неметалами і утворює інтерметалічні з'єднання з Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg, Mg, Ni, Pb, Sn та Zn. Тонкороздроблений уран особливо реакційноздатний і при температурах вище 500° часто входить у реакції, характерні для гідриду урану. Шматковий уран або стружка яскраво згоряє при 700-1000 ° С, а пари урану горять вже при 150-250 ° С, HF уран реагує при 200-400 ° С, утворюючи UF 4 і H 2 . Уран повільно розчиняється в концентрованій HF або H 2 SO 4 і 85%-ної H 3 PO 4 навіть при 90 ° С, але легко реагує з конц. HCl і менш активно з HBr або HI. Найбільш активно і швидко протікають реакції урану з розбавленою та концентрованою HNO 3 з утворенням нітрату уранілу ( див. нижче). У присутності HCl уран швидко розчиняється в органічних кислотах, утворюючи органічні солі U4+. Залежно від ступеня окислення уран утворює кілька типів солей (найважливіші серед них з U 4+ , ​​одна з них UCl 4 – сіль зеленого кольору, що легко окислюється); солі уранілу (радикалу UO 2 2+) типу UO 2 (NO 3) 2 мають жовте забарвлення і флуоресціюють зеленим кольором. Солі уранілу утворюються при розчиненні амфотерного оксиду UO 3 (жовте забарвлення) у кислому середовищі. У лужному середовищі UO 3 утворює уранати типу Na 2 UO 4 або Na 2 U 2 O 7 . Останнє з'єднання («жовтий ураніл») застосовують для виготовлення порцелянових глазурів та у виробництві флуоресцентного скла.

Галогеніди урану широко вивчалися в 1940-1950, оскільки на їх основі були розроблені методи поділу ізотопів урану для атомної бомби або ядерного реактора. Трифторид урану UF 3 був отриманий відновленням UF 4 воднем, а тетрафторид урану UF 4 отримують різними способамиза реакціями HF з оксидами типу UO 3 або U 3 O 8 або електролітичним відновленням сполук уранілу. Гексафторид урану UF 6 одержують фторуванням U або UF 4 елементним фтором або дією кисню на UF 4 . Гексафторид утворює прозорі кристали з високим коефіцієнтом заломлення при 64 ° С (1137 мм рт. Ст.); з'єднання летюче (в умовах нормального тиску виганяється при 56,54 ° С). Оксогалогеніди урану, наприклад, оксофториди, мають склад UO 2 F 2 (фторид уранілу), UOF 2 (оксид-дифторид урану).

Уран(стара назва Ураній) - Хімічний елемент з атомним номером 92 в періодичній системі, атомна маса 238,029; позначається символом U ( Uranium), відноситься до сімейства актиноїдів.

Історія

Ще в найдавніші часи (I століття до нашої ери) природний окис урану використовувався для виготовлення жовтої глазурі для кераміки. Дослідження урану розвивалися, подібно породжуваної ним ланцюгової реакції. Спочатку відомості про його властивості, як і перші імпульси ланцюгової реакції, надходили з великими перервами, час від часу. Перша важлива дата в історії урану - 1789, коли німецький натурфілософ і хімік Мартін Генріх Клапрот відновив витягнуту з саксонської смоляної руди золотисто-жовту «землю» до чорної металоподібної речовини. На честь найдальшої з відомих тоді планет (відкритої Гершелем вісім років тому) Клапрот, вважаючи нову речовину елементом, назвав його ураном.

П'ятдесят років уран Клапроту вважався металом. Тільки в 1841 р. Ежен Мелькіор Пеліго - французький хімік (1811-1890)] довів, що, незважаючи на характерний металевий блиск, уран Клапрота не елемент, а оксид UO 2. У 1840 р. Пеліго вдалося отримати справжній уран. важкий металсіро-стального кольору і визначити його атомну вагу. Наступний важливий крок у вивченні урану зробив у 1874 р. Д. І. Менделєєв. Спираючись на розроблену ним періодичну систему, він помістив уран у найдальшій клітині своєї таблиці. Насамперед атомну вагу урану вважали рівною 120. Великий хімік подвоїв це значення. Через 12 років передбачення Менделєєва було підтверджено дослідами німецького хіміка Циммермана.

Вивчення урану почалося з 1896 року: французький хімік Антуан Анрі Беккерель випадково відкрив Лучі Беккереля, які пізніше Марія Кюрі перейменувала на радіоактивність. У цей час французькому хіміку Анрі Муассану вдалося розробити спосіб отримання чистого металевого урану. У 1899 р. Резерфорд виявив, що випромінювання уранових препаратів неоднорідно, що є два види випромінювання - альфа-і бета-промені. Вони мають різний електричний заряд; далеко не однакові їх пробіг у речовині та іонізуюча здатність. Трохи згодом, у травні 1900 р., Поль Війар відкрив третій вид випромінювання — гамма-промені.

Ернест Резерфорд провів у 1907 р. перші досліди щодо визначення віку мінералів щодо радіоактивних урану і торію на основі створеної ним спільно з Фредеріком Содді (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелівська преміяз хімії, 1921) теорії радіоактивності. У 1913 р. Ф. Содді ввів поняття про ізотопах(від грец. ισος - "рівний", "однаковий", і τόπος - "місце"), а в 1920 р.передбачив, що ізотопи можна використовувати для визначення геологічного віку гірських порід. У 1928 р. Ніггот реалізував, а 1939 р. A.O.К.Нир (Nier,Alfred Otto Carl,1911 — 1994) створив перші рівняння до розрахунку віку і застосував мас-спектрометр поділу ізотопів.

У 1939 році Фредерік Жоліо-Кюрі і німецькі фізики Отто Фріш і Ліза Мейтнер відкрили невідоме явище, що відбувається з ядром урану при опроміненні його нейтронами. Відбувалося вибухове руйнування цього ядра з утворенням нових елементів набагато легших, ніж уран. Ця руйнація мала вибухоподібний характер, уламки продуктів розліталися в різні боки з величезними швидкостями. Таким чином, було відкрито явище, назване ядерною реакцією.

У 1939-1940 pp. Ю. Б. Харитон та Я. Б. Зельдович вперше теоретично показали, що при невеликому збагаченні природного урану ураном-235 можна створити умови для безперервного поділу атомних ядертобто надати процесу ланцюгового характеру.

Знаходження у природі

Уранінітова руда

Уран широко поширений у природі. Кларк урану становить 1 · 10 -3% (ваг.). Кількість урану в шарі літосфери завтовшки 20 км оцінюється в 1,3 10 14 т.

Основна маса урану знаходиться у кислих породах з високим вмістом кремнію. Значна маса урану сконцентрована в осадових породах, особливо збагачених органікою. У великих кількостяхяк домішка уран присутній у торієвих та рідкісноземельних мінералах (ортит, сфен CaTiO 3 , монацит (La,Ce)PO 4 , циркон ZrSiO 4 , ксенотим YPO4 та ін.). Найважливішими урановими рудами є настуран (уранова смолка), уранініт і карнотит. Основними мінералами - супутниками урану є молібденіт MoS 2 , галеніт PbS, кварц SiO 2 , кальцит CaCO 3 , гідромусковіт та ін.

Основними формами знаходження урану в природі є уранініт, настуран (уранова смолка) та уранові черні. Вони відрізняються лише формами знаходження; є вікова залежність: уранініт присутній переважно в древніх (докембрійських породах), настуран - вулканогенний і гідротермальний - переважно в палеозойських та молодших високо-і середньотемпературних утвореннях; уранові черні — в основному в молодих — кайнозойських та молодших утвореннях — переважно в низькотемпературних осадових породах.

Зміст урану у земної корі становить 0,003 %, він у поверхневому шарі землі як чотирьох видів відкладень. По-перше, це жили уранініту, або уранової смолки (діоксид урану UO2), дуже багаті на уран, але рідко зустрічаються. Їм супроводжують відкладення радію, оскільки радійє прямим продуктом ізотопного розпаду урану. Такі жили зустрічаються в Заїрі, Канаді (Велике Ведмеже озеро), Чехіїі Франції. Другим джерелом урану є конгломерати торієвої та уранової руди разом із рудами інших важливих мінералів. Конгломерати зазвичай містять достатні для отримання кількості золотаі срібла, а супутніми елементами стають уран і торій. Великі родовища цих руд знаходяться в Канаді, ПАР, Росії та Австралії. Третім джерелом урану є осадові породи та пісковики, багаті мінералом карнотитом (ураніл-ванадат калію), який містить, крім урану, значну кількість ванадіята інших елементів. Такі руди зустрічаються у західних штатах США. Залізоранові сланці та фосфатні руди становлять четверте джерело відкладень. Багаті відкладення виявлено у глинистих сланцях Швеції. Деякі фосфатні руди Марокко та США містять значні кількості урану, а фосфатні поклади Анголіі Центральноафриканській Республіці ще багаті ураном. Більшість лігнітів і деякі вугілля зазвичай містять домішки урану. Багаті ураном відкладення лігнітів виявлені в Північній та Південній Дакоті (США) та бітумному вугіллі Іспаніїі Чехії

Ізотопи урану

Природний уран складається із суміші трьох ізотопів: 238 U - 99,2739% (період напіврозпаду). T 1/2 = 4,468 × 109 років), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 = 7,038 × 10 8 років) і 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2,455 10 5 років). Останній ізотоп не є первинним, а радіогенним, він входить до складу радіоактивного ряду 238 U.

Радіоактивність природного урану обумовлена ​​переважно ізотопами 238 U і 234 U, у рівновазі їх питомі активності рівні. Питома активність ізотопу 235 U в природному урані у 21 разів менша за активність 238 U.

Відомо 11 штучних радіоактивних ізотопів урану з масовими числами від 227 до 240. Найбільш довгоживучий з них - 233 U ( T 1/2 = 1,62×10 5 років) виходить при опроміненні торію нейтронами і здатний до спонтанного поділу тепловими нейтронами.

Ізотопи урану 238 U та 235 U є родоначальниками двох радіоактивних рядів. Кінцевими елементами цих рядів є ізотопи свинцю 206 Pb та 207 Pb.

У природних умовах поширені переважно ізотопи 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Половина радіоактивності природного урану обумовлена ​​ізотопом 234 U. Ізотоп 234 Uутворюється за рахунок розпаду 238 U. Для двох останніх на відміну від інших пар ізотопів і незалежно від високої міграційної здатності урану характерна географічна сталість відношення. Розмір цього відношення залежить від віку урану. Численні натурні виміри показали його незначні коливання. Так, у ролах величина цього відношення щодо еталона змінюється в межах 0,9959 -1,0042, у солях - 0,996 - 1,005. У мінералах, що містять уран (настуран, уранова чернь, циртоліт, рідкоземельні руди) величина цього відношення коливається в межах 137,30 - 138,51; причому різницю між формами U IV і U VI не встановлено; у сфені - 138,4. В окремих метеоритах виявлено нестачу ізотопу 235 U. Найменша його концентрація у земних умовах знайдено у 1972 р. французьким дослідником Бужигесом у містечку Окло в Африці (родовище в Габоні). Так у нормальному урані міститься 0,7025 % урану 235 U, тоді як Окло воно зменшуються до 0,557 %. Це послужило підтвердженням гіпотези про наявність природного ядерного реактора, що веде до вигоряння ізотопу, передбаченої Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі та Марк Інгремом (Mark G. Inghram) з університету Чикаго і Полом Курода. Kuroda), хіміком з Університету Арканзасу, який ще в 1956 р. описав процес. Крім цього, у цих округах знайдено природні ядерні реактори: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) та ін. В даний час відомо близько 17 природних ядерних реакторів.

Отримання

Найперша стадія уранового виробництва - концентрування. Породу дроблять і змішують із водою. Тяжкі компоненти суспензії осаджуються швидше. Якщо порода містить первинні мінерали урану, всі вони осаджуються швидко: це важкі мінерали. Вторинні мінерали урану легші, у разі раніше осідає важка порожня порода. (Втім, далеко не завжди вона справді порожня; в ній можуть бути багато корисних елементів, у тому числі й уран).

Наступна стадія - вилуговування концентратів, переведення урану в розчин. Застосовують кислотне та лужне вилуговування. Перше – дешевше, оскільки для вилучення урану використовують сірчану кислоту. Але якщо у вихідній сировині, як, наприклад, в урановій смолке, Уран знаходиться в чотиривалентному стані, то цей спосіб не застосовується: чотиривалентний уран у сірчаній кислоті практично не розчиняється. У цьому випадку потрібно або вдатися до лужного вилуговування, або заздалегідь окислювати уран до шестивалентного стану.

Не застосовують кислотне вилуговування і в тих випадках, якщо урановий концентрат містить доломіт або магнезит, що реагують із сірчаною кислотою. У цих випадках користуються їдким натром (гідроксідом натрію).

Проблему вилуговування урану з руд вирішує кисневе продування. У нагріту до 150 °C суміш уранової руди з сульфідними мінералами подають потік кисню. При цьому із сірчистих мінералів утворюється сірчана кислота, яка і вимиває уран.

На наступному етапі отриманого розчину потрібно вибірково виділити уран. Сучасні методи- Екстракція та іонний обмін - дозволяють вирішити цю проблему.

Розчин містить не тільки уран, а й інші катіони. Деякі з них у певних умовповодяться так само, як уран: екстрагуються тими ж органічними розчинниками, осідають на тих же іонообмінних смолах, випадають в осад за тих самих умов. Тому для селективного виділення урану доводиться використовувати багато окислювально-відновних реакцій, щоб на кожній стадії позбавлятися того чи іншого небажаного попутника. На сучасних іонообмінних смолах уран виділяється дуже селективно.

Методи іонного обміну та екстракціїхороші ще й тим, що дозволяють досить повно витягувати уран із бідних розчинів (зміст урану - десяті частки грама на літр).

Після цих операцій уран переводять у твердий стан- в один з оксидів або тетрафторид UF 4 . Але цей уран ще треба очистити від домішок із великим перерізом захоплення теплових нейтронів. бору, кадмію, гафнію. Їх вміст у кінцевому продукті не повинен перевищувати стотисячних та мільйонних часток відсотка. Для видалення цих домішок технічно чисту сполуку урану розчиняють у азотній кислоті. При цьому утворюється уранілнітрат UO 2 (NO 3) 2 який при екстракції трибутил-фосфатом і деякими іншими речовинами додатково очищається до потрібних кондицій. Потім цю речовину кристалізують (або беруть в облогу пероксид UO 4 ·2H 2 O) і починають обережно прожарювати. В результаті цієї операції утворюється трикіс урану UO 3 , яку відновлюють воднем до UO 2 .

На діоксид урану UO 2 за температури від 430 до 600 °C впливають сухим фтористим воднем для отримання тетрафториду UF 4 . З цього з'єднання відновлюють металевий уран за допомогою кальціюабо магнію.

Фізичні властивості

Уран - дуже важкий, сріблясто-білий глянсуватий метал. У чистому виглядівін трохи м'якший стали, ковкий, гнучкий, має невеликі парамагнітні властивості. Уран має три алотропні форми: альфа (призматична, стабільна до 667,7 °C), бета (чотирикутна, стабільна від 667,7 °C до 774,8 °C), гама (з об'ємно центрованою кубічною структурою, що існує від 774, 8 °C до плавлення).

Радіоактивні властивості деяких ізотопів урану (виділено природні ізотопи):

Хімічні властивості

Уран може виявляти ступеня окиснення від +III до +VI. Сполуки урану(III) утворюють нестійкі розчини червоного кольору і є сильними відновниками:

4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2

З'єднання урану(IV) є найбільш стійкими та утворюють водні розчини зеленого кольору.

З'єднання урану(V) нестійкі та легко диспропорціонують у водному розчині:

2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2

Хімічно уран дуже активний метал. Швидко окислюючись на повітрі, він покривається райдужною плівкою оксиду. Дрібний порошок урану самозаймається повітрям, він запалюється при температурі 150—175 °C, утворюючи U 3 O 8 . При 1000 C уран з'єднується з азотом, утворюючи жовтий нітрид урану. Вода здатна роз'їдати метал, повільно за низької температури, і швидко за високої, і навіть при дрібному подрібненні порошку урану. Уран розчиняється в соляній, азотній та інших кислотах, утворюючи чотиривалентні солі, проте не взаємодіє з лугами. Уран витісняє воденьз неорганічних кислоті сольових розчинівтаких металів, як ртуть, срібло, мідь, олово, платинаізолото. При сильному струшуванні металеві частинки урану починають світитися. Уран має чотири ступені окислення - III-VI. Шестивалентні сполуки включають триокис урану (окис ураніла) UO 3 і уранілхлорид урану UO 2 Cl 2 . Тетрахлорид урану UCl 4 та діоксид урану UO 2 – приклади чотиривалентного урану. Речовини, що містять чотиривалентний уран, зазвичай нестабільні і звертаються до шестивалентних при тривалому перебуванні на повітрі. Уранілові солі, такі як уранілхлорид, розпадаються у присутності яскравого світла чи органіки.

Застосування

Ядерне паливо

Найбільше застосуваннямає ізотопурану 235 U, в якому можлива ланцюгова, що самопідтримується. ядерна реакція. Тому цей ізотоп використовується як паливо у ядерних реакторах, а також у ядерній зброї. Виділення ізотопу U 235 з природного урану – складна технологічна проблема, (Див. поділ ізотопів).

Ізотоп U 238 здатний ділитися під впливом бомбардування високоенергетичними нейтронами, цю його особливість використовують для збільшення потужності термоядерної зброї(використовуються нейтрони, породжені термоядерною реакцією).

В результаті захоплення нейтрону з наступним β-розпадом 238 U може перетворюватися на 239 Pu, який потім використовується як ядерне паливо.

Уран-233, штучно одержуваний в реакторах з торію (торій-232 захоплює нейтрон і перетворюється на торій-233, який розпадається на протактиній-233 і потім на уран-233), може в майбутньому стати поширеним ядерним паливом для атомних електростанцій(вже зараз існують реактори, які використовують цей нуклід як паливо, наприклад KAMINI в Індії) та виробництва атомних бомб(Критична маса близько 16 кг).

Уран-233 також є найперспективнішим паливом для газофазних ядерних ракетних двигунів.

Геологія

Основна галузь використання урану - визначення віку мінералів та гірських порід з метою з'ясування послідовності протікання геологічних процесів. Цим займаються Геохронологія та Теоретична геохронологія. Істотне значення має також вирішення задачі про змішування та джерела речовини.

В основі розв'язання задачі лежать рівняння радіоактивного розпаду, що описуються рівняннями.

де 238 U o, 235 U o- Сучасні концентрації ізотопів урану; ; - постійні розпаду атомів відповідно урану 238 Uі 235 U.

Дуже важливим є їхня комбінація:

У зв'язку з тим, що гірські породи містять різні концентрації урану, вони мають різну радіоактивність. Ця властивість використовується при виділенні гірських порід геофізичними методами. Найбільш широко цей метод застосовується в нафтовій геології при геофізичних дослідженнях свердловин, в цей комплекс входить, зокрема, - каротаж або нейтронний гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж і т. д. З їх допомогою відбувається виділення колекторів і флюїдоупорів.

Інші сфери застосування

Невелика добавка урану надає красиву жовто-зелену флуоресценцію склу (уранове скло).

Уранат натрію Na 2 U 2 O 7 використовувався як жовтий пігмент у живописі.

З'єднання урану застосовувалися як фарби для живопису за порцеляною та для керамічних глазурів та емалей (фарбують у кольори: жовтий, бурий, зелений та чорний, залежно від ступеня окислення).

Деякі сполуки урану світлочутливі.

На початку XX ст. уранілнітратшироко застосовувався для посилення негативів та фарбування (тонування) позитивів (фотографічних відбитків) у бурий колір.

Карбід урану-235 у сплаві з карбідом ніобію та карбідом цирконію застосовується як паливо для ядерних реактивних двигунів (робоче тіло — водень + гексан).

Сплави заліза та збідненого урану (уран-238) застосовуються як потужні магнітострикційні матеріали.

Збіднений уран

Збіднений уран

Після вилучення 235 U і 234 U з природного урану, матеріал (уран-238), що залишився, носить назву «збіднений уран», оскільки він збіднений 235-м ізотопом. За деякими даними, США зберігається близько 560 000 тонн збідненого гексафториду урану (UF 6).

Збіднений уран вдвічі менш радіоактивний, ніж природний уран, переважно рахунок видалення з нього 234 U. Через те, що основне використання урану — виробництво енергії, збіднений уран — малокорисний продукт із низькою економічною цінністю.

В основному його використання пов'язане з великою щільністюурану та відносно низькою його вартістю. Збіднений уран використовується для радіаційного захисту(як це не дивно) і як баластна маса в аерокосмічних застосуваннях, таких як кермові поверхні літальних апаратів. У кожному літаку «Боїнг-747» міститься 1500 кг збідненого урану для цього. Ще цей матеріал застосовується у високошвидкісних роторах гіроскопів, великих маховиках, як баласт у космічних апаратах, що спускаються, і гоночних яхтах, при бурінні нафтових свердловин.

Сердечники бронебійних снарядів

Наконечник (вкладиш) снаряда калібру 30 мм (гармати GAU-8 літака A-10) діаметром близько 20 мм із збідненого урану.

Найвідоміше застосування збідненого урану - як осердя для бронебійних снарядів. При сплавленні з 2 % Mo або 0,75 % Ti та термічній обробці (швидке загартування розігрітого до 850 °C металу у воді або маслі, подальше витримування при 450 °C 5 годин) металевий уран стає твердішим і міцнішим за сталі (міцність на розрив більше 1600 МПа, при тому що у чистого урану вона дорівнює 450 МПа). У поєднанні з великою щільністю це робить загартовану уранову болванку надзвичайно ефективним засобом для пробивання броні, аналогічним за ефективністю більш дорогому вольфраму. Тяжкий урановий наконечник також змінює розподіл мас у снаряді, покращуючи його аеродинамічну стійкість.

Подібні сплави типу «Стабілла» застосовуються в стрілоподібних оперних снарядах танкових та протитанкових артилерійських знарядь.

Процес руйнування броні супроводжується подрібненням у пил уранової болванки і займанням її повітря з іншого боку броні (див. Пірофорність). Близько 300 тонн збідненого урану залишилися на полі бою під час операції «Буря в Пустелі» (переважно це залишки снарядів 30-мм гармати GAU-8 штурмових літаків A-10, кожен снаряд містить 272 г уранового сплаву).

Такі снаряди були використані військами НАТО у бойових діях на території Югославії. Після їх застосування обговорювалася екологічна проблема радіаційного забрудненнятериторії країни.

Вперше уран як осердя для снарядів був застосований у Третьому рейху.

Збіднений уран використовують у сучасної танкової броні, наприклад, танка M-1 «Абрамс».

Фізіологічна дія

У мікрокількості (10 -5 -10 -8%) виявляється в тканинах рослин, тварин і людини. Найбільшою мірою накопичується деякими грибами та водоростями. З'єднання урану всмоктуються у шлунково-кишковому тракті (близько 1%), у легенях – 50%. Основні депо в організмі: селезінка, нирки, скелет, печінка, легкі та бронхолегеневі лімфатичні вузли. Вміст в органах та тканинах людини та тварин не перевищує 10 -7 р.

Уран та його сполуки токсичні. Особливо небезпечні аерозолі урану та його сполук. Для аерозолів розчинних у воді сполук урану ГДК у повітрі 0,015 мг/м³, для нерозчинних форм урану ГДК 0,075 мг/м³. При попаданні в організм уран діє на всі органи, будучи загальноклітинною отрутою. Молекулярний механізм дії урану пов'язаний із його здатністю пригнічувати активність ферментів. Насамперед уражаються нирки (з'являються білок і цукор у сечі, олігурія). При хронічній інтоксикації можливі порушення кровотворення та нервової системи.

Видобуток країнами в тоннах за вмістом U на 2005—2006 роки.

Видобуток по компаніях у 2006 р.:

Cameco - 8,1 тис. тонн

Rio Tinto - 7 тис. тонн

AREVA - 5 тис. тонн

Козатомпром - 3,8 тис.тонн

ВАТ ТВЕЛ - 3,5 тис. тонн

BHP Billiton - 3 тис. тонн

Навоійський ГМК - 2,1 тис. тонн ( Узбекистан, Навої)

Uranium One - 1 тис. тонн

Heathgate - 0,8 тис. тонн

Denison Mines - 0,5 тис. тонн

Видобуток у Росії

У СРСР основними уранорудними регіонами були Україна (родовище Желтореченське, Первомайське та ін.), Казахстан (Північний — Балкашинське рудне поле та ін.; Південний — Кизилсайське рудне поле та ін.; Східний; всі вони належать переважно вулканогенно-гідротермальному типу); Забайкалля (Антей, Стрільцівське та ін); Середня Азія, в основному Узбекистан з орудненнями у чорних сланцях з центром у м. Учкудук. Є маса дрібних рудопроявів та проявів. У Росії її основним урановорудным регіоном залишилося Забайкалля. На родовищі Читинської області (біля міста Краснокаменськ) видобувається близько 93 % російського урану. Видобуток здійснює шахтним способом «Пріаргунське виробниче гірничо-хімічне об'єднання» (ППДГЗ), що входить до складу ВАТ «Атомредметзолото» (Урановий холдинг).

Інші 7% отримують методом підземного вилуговування ЗАТ «Далур» (Курганська область) та ВАТ «Хіагда» (Бурятія).

Отримані руди та урановий концентрат переробляються на Чепецькому механічному заводі.

Видобуток у Казахстані

У Казахстані зосереджена приблизно п'ята частина світових запасів урану (21% та 2 місце у світі). Загальні ресурсиурану близько 1,5 млн. тонн, їх близько 1,1 млн. тонн можна видобувати методом підземного вилуговування.

У 2009 році Казахстан вийшов на перше місце у світі з видобутку урану.

Видобуток в Україні

Основне підприємство - Східний гірничо-збагачувальний комбінат у місті Жовті Води.

Вартість

Незважаючи на існуючі легенди про десятки тисяч доларів за кілограмові або навіть грамові кількості урану, реальна його ціна на ринку не дуже висока — незбагачений окис урану U 3 O 8 коштує менше 100 американських доларів за кілограм. Пов'язано це з тим, що для запуску атомного реактора на незбагаченому урані потрібні десятки або навіть сотні тонн палива, а для виготовлення ядерної зброї слід збагатити велику кількість урану для отримання придатних для створення бомби концентрацій

УРАН (хімічний елемент) УРАН (хімічний елемент)

Уран (лат. Uranium), U (читається «уран»), радіоактивний хімічний елемент з атомним номером 92, атомна маса 238,0289. Актиноїд. Природний уран складається із суміші трьох ізотопів: 238 U, 99,2739%, з періодом напіврозпаду Т 1/2 = 4,51 · 10 9 років, 235 U, 0,7024%, з періодом напіврозпаду Т 1/2 = 7,13 · 10 8 років, 234 U, 0,0057%, з періодом напіврозпаду Т 1/2 = 2,45 · 10 5 років. 238 U (уран-I, UI) та 235 U (актиноуран, АсU) є родоначальниками радіоактивних рядів. З 11 штучно отриманих радіонуклідів з масовими числами 227-240 довгоживучий 233 U ( Т 1/2 = 1,62 · 10 5 років), він виходить при нейтронному опроміненні торію (див.ТОРІЙ).
Конфігурація трьох зовнішніх електронних шарів 5 s 2 p 6 d 10 f 3 6s 2 p 6 d 1 7 s 2 , уран відноситься до f-Елементів. Розташований у IIIB групі у 7 періоді періодичної системиелементів. У сполуках виявляє ступені окислення +2, +3, +4, +5 та +6, валентності II, III, IV, V та VI.
Радіус нейтрального атомаурану 0,156 нм, радіус іонів: U 3 + - 0,1024 нм, U 4 + - 0,089 нм, U 5 + - 0,088 нм та U 6+ - 0,083 нм. Енергії послідовної іонізації атома 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 еВ. Електронегативність по Полінгу (див.ПОЛІНГ Лайнус) 1,22.
Історія відкриття
Уран було відкрито 1789 німецьким хіміком М. Р. Клапротом (див.КЛАПРОТ Мартін Генріх)для дослідження мінералу «смоляної обманки». Названий їм на честь планети Уран, відкритої У. Гершелем (див.ГЕРШЕЛЬ)у 1781. У металевому стані уран отримано у 1841 французьким хіміком Е. Пеліго (див.ПЕЛІГО Ежен Мелькьор)при відновленні UCl 4 металевим калієм. Радіоактивні властивості урану виявив у 1896 році француз А. Беккерель (див.БЕККЕРЕЛЬ Антуан Анрі).
Спочатку урану приписували атомну масу 116, але у 1871 Д. І. Менделєєв (див.Менделєєв Дмитро Іванович)дійшов висновку, що її треба подвоїти. Після відкриття елементів із атомними номерами від 90 до 103 американський хімік Г. Сіборг (див.СІБОРГ Глен Теодор)дійшов висновку, що ці елементи (актиноїди) (див.АКТИНОЇДИ)правильніше розташовувати в періодичній системі однієї клітині з елементом №89 актинієм. Таке розташування пов'язане з тим, що у актиноїдів відбувається добудова 5 f-електоронного підрівня.
Знаходження у природі
Уран - характерний елемент для гранітного шару та осадової оболонки земної кори. Зміст у земній корі 2,5 · 10 -4% за масою. У морській водіконцентрація урану менше 10 -9 г/л, всього в морській воді міститься від 109 до 1010 тонн урану. У вільному вигляді уран у земній корі не зустрічається. Відомо близько 100 мінералів урану, найважливіші з них настуран U 3 O 8 , уранініт (див.УРАНІНІТ)(U,Th)O 2 , уранова смоляна руда (містить оксиди урану змінного складу) і тюямуніт Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2 ]·8H 2 O.
Отримання
Уран одержують із уранових руд, що містять 0,05-0,5% U. Вилучення урану починається з отримання концентрату. Руди вилуговують розчинами сірчаної, азотної кислот або лугом. В отриманому розчині завжди містяться домішки інших металів. При відділенні від них урану використовують відмінності в їх окислювально-відновних властивостях. Окисно-відновні процеси поєднують з процесами іонного обміну та екстракції.
З отриманого розчину уран вилучають у вигляді оксиду або тетрафториду UF 4 методом металотермії:
UF 4 + 2Mg = 2MgF 2 + U
Уран, що утворився, містить у незначних кількостях домішки бор. (див.БІР (хімічний елемент)), кадмій (див.Кадмій)та деяких інших елементів, так званих реакторних отрут. Поглинаючи нейтрони, що утворюються при роботі ядерного реактора, вони роблять уран непридатним для використання в якості ядерного пального.
Щоб позбутися домішок, металевий уран розчиняють в азотній кислоті, одержуючи уранілнітрат UO 2 (NO 3) 2 . Уранілнітрат екстрагують з водного розчину трибутилфосфатом. Продукт очищення з екстракту знову переводять в оксид урану або тетрафторид, з яких знову отримують метал.
Частину урану отримують регенерацією ядерного пального, що відпрацював у реакторі. Усі операції з регенерації урану проводять дистанційно.
Фізичні та хімічні властивості
Уран – сріблясто-білий блискучий метал. Металевий уран існує у трьох алотропічних (див.АЛОТРОПІЯ)модифікації. До 669°C стійка a-модифікація з орторомбічними гратами, параметри а= 0,2854нм, в= 0,5869 нм та з= 0,4956 нм, густина 19,12 кг/дм 3 . Від 669°C до 776°C стійка b-модифікація з тетрагональними гратами (параметри а= 1,0758 нм, з= 0,5656 нм). До температури плавлення 1135°C стійка g-модифікація з об'ємно-центрованими кубічними гратами ( а= 0,3525 нм). Температура кипіння становить 4200°C.
Хімічна активність металевого урану висока. На повітрі покривається плівкою оксиду. Порошкоподібний уран пірофорен, при згорянні урану та термічному розкладаннібагатьох його сполук на повітрі утворюється оксид урану U 3 O 8 . Якщо цей оксид нагрівати в атмосфері водню (див.ВОДОРОД)при температурі вище 500°C утворюється діоксид урану UO 2:
U 3 O 8 + Н 2 = 3UO 2 + 2Н 2 О
Якщо уранілнітрат UO 2 (NO 3) 2 нагріти при 500°C, розкладаючись, він утворює триоксид урану UO 3 . Крім оксидів урану стехіометричного складу UO 2 , UO 3 і U 3 Про 8 відомий оксид урану складу U 4 O 9 і кілька метастабільних оксидів і оксидів змінного складу.
При сплавленні оксидів урану з оксидами інших металів утворюються уранати: До 2 UO 4 (уранат калію), СаUO 4 (уранат кальцію), Na 2 U 2 O 7 (діуранат натрію).
Взаємодіючи з галогенами (див.ГАЛОГЕНИ), Уран дає галогеніди урану. Серед них гексафторид UF 6 є жовтим. кристалічна речовина, що легко сублімується навіть при слабкому нагріванні (40-60°C) і так само легко гідролізується водою. Найважливіше практичне значеннямає гексафторид урану UF 6 . Отримують його взаємодією металевого урану, оксидів урану або UF 4 з фтором або фторуючими агентами BrF 3 , СCl 3 F (фреон-11) або ССl 2 F 2 (фреон-12):
U 3 O 8 + 6CCl 2 F 2 = UF 4 + 3COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
UF 4 + F 2 = UF 6
або
U 3 O 8 + 9F 2 = 3UF 6 + 4O 2
Відомі фториди та хлориди, що відповідають ступеням окислення урану +3, +4, +5 та +6. Отримано броміди урану UBr 3 , UBr 4 та UBr 5 , а також іодиди урану UI 3 та UI 4 . Синтезовано такі оксигалогеніди урану, як UO 2 Cl 2 UOCl 2 та інші.
При взаємодії урану з воднем утворюється гідрид урану UH 3 , що має високу хімічну активність. При нагріванні гідрид розкладається, утворюючи водень та порошкоподібний уран. При спіканні урану з бором виникають, залежно від молярного відношення реагентів та умов проведення процесу, бориди UB 2 , UB 4 та UB 12 .
З вуглецем (див.УГЛЕРОД)уран утворює три карбіди UC, U 2 C 3 і UC 2 .
Взаємодія урану з кремнієм (див.КРЕМНІЙ)отримані силіциди U 3 Si, U 3 Si 2 , USi, U 3 Si 5 , USi 2 і U 3 Si 2 .
Отримано нітриди урану (UN, UN 2 , U 2 N 3) та фосфіди урану (UP, U 3 P 4 , UP 2). Із сірою (див.СІРА)уран утворює ряд сульфідів: U 3 S 5 , US, US 2 , US 3 і U 2 S 3 .
Металевий уран розчиняється в HCl та HNO 3 , повільно реагує з H 2 SO 4 та H 3 PO 4 . Виникають солі, що містять катіон уранілу UO 2 2+ .
У водних розчинахіснують сполуки урану в ступенях окиснення від +3 до +6. Стандартний окислювальний потенціал пари U(IV)/U(III) - 0,52 B, пари U(V)/U(IV) 0,38 B, пари U(VI)/U(V) 0,17 B, пари U(VI)/U(IV) 0,27. Іон U 3+ в розчині нестійкий, іон U 4+ стабільний без повітря. Катіон UO 2 + нестабільний і в розчині диспропорціонує на U 4+ та UO 2 2+ . Іони U 3+ мають характерне червоне забарвлення, іони U 4+ - зелене, іони UO 2 2+ - жовте.
У розчинах найбільш стійкі сполуки урану у ступені окислення +6. Всі сполуки урану в розчинах схильні до гідролізу та комплексоутворення, найбільш сильно - катіони U 4+ та UO 2 2+ .
Застосування
Металевий уран та його сполуки використовуються в основному як ядерне паливо в ядерних реакторах. Малозбагачена суміш ізотопів урану застосовується у стаціонарних реакторах атомних електростанцій. Продукт високого ступеня збагачення – у ядерних реакторах, що працюють на швидких нейтронах. 235 U є джерелом ядерної енергіїу ядерній зброї. 238 U є джерелом вторинного ядерного пального - плутонію.
Фізіологічна дія
У мікрокількостях (10 -5 -10 -8 %) виявляється у тканинах рослин, тварин та людини. Найбільшою мірою накопичується деякими грибами та водоростями. З'єднання урану всмоктуються у шлунково-кишковому тракті (близько 1%), у легенях – 50%. Основні депо в організмі: селезінка, нирки, скелет, печінка, легкі та бронхо-легеневі лімфатичні вузли. Зміст в органах та тканинах людини та тварин не перевищує 10 -7 мм.
Уран та його сполуки високотоксичні. Особливо небезпечні аерозолі урану та його сполук. Для аерозолів розчинних у воді сполук урану ГДК у повітрі 0,015 мг/м 3 для нерозчинних форм урану ГДК 0,075 мг/м 3 . При попаданні в організм уран діє на всі органи, будучи загальноклітинною отрутою. Молекулярний механізм дії урану пов'язаний із його здатністю пригнічувати активність ферментів. Насамперед уражаються нирки (з'являються білок і цукор у сечі, олігурія). При хронічній інтоксикації можливі порушення кровотворення та нервової системи.

Енциклопедичний словник . 2009 .

Дивитись що таке "УРАН (хімічний елемент)" в інших словниках:

U (Uran, uranium; при О = 16 атомн. вага U = 240) елемент з найбільшою атомною вагою; всі елементи, атомної ваги, поміщаються між воднем та ураном. Це найважчий член металевої підгрупи VI групи періодичної системи (див. Хром, … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Уран (U) Атомний номер 92 Зовнішній вигляд простої речовини Властивості атома Атомна маса ( молярна маса) 238.0289 а. е. м. (г/моль) … Вікіпедія

Уран (лат. Uranium), U, радіоактивний хімічний елемент IIIгрупи періодичної системи Менделєєва, відноситься до сімейства актиноїдів, атомний номер 92, атомна маса 238,029; метал. Природний У. складається із суміші трьох ізотопів: 238U √ 99,2739%… … Велика Радянська Енциклопедія

Уран (хімічний елемент)- Уран (Uranium), U, радіоактивний хімічний елемент III групи періодичної системи, атомний номер 92, атомна маса 238,0289; відноситься до актиноїдів; метал, tпл 1135°C. Уран головний елементатомної енергетики (ядерне паливо), використовується в… Ілюстрований енциклопедичний словник Вікіпедія

- (Греч. uranos небо). 1) бог неба, батько Сатурна, найстаріший із богів, за грец. міфол. 2) рідкісний метал, що має в чистому стані вигляд сріблястих листочків. 3) велика планета, відкрита Гершелем 1781 р. Словник іноземних слів, що увійшли до… … Словник іноземних слів російської мови

Уран: Уран (міфологія) давньогрецький бог. Син Геї * Уран (планета) планета Сонячної системи * Уран ( музичний інструмент) давньотюркський та казахський музичний духовий інструмент * Уран (елемент) хімічний елемент * Операція… … Вікіпедія

- (Uranium), U, радіоактивний хімічний елемент ІІІ групи періодичної системи, атомний номер 92, атомна маса 238,0289; відноситься до актиноїдів; метал, tпл 1135шC. Уран є головним елементом атомної енергетики (ядерне паливо), використовується в… Сучасна енциклопедія