Uran (U), pierwiastek promieniotwórczy z serii aktynoidów układu okresowego pierwiastków, liczba atomowa 92. Jest ważnym paliwem jądrowym.
pierwiastek aktynoidowy
członkowie grupy, w tym uran (najbardziej znany), występują naturalnie, większość jest spowodowana przez człowieka. Zastosowano zarówno uran, jak i pluton
Uran stanowi około dwóch części skorupy ziemskiej na milion. Niektóre ważne minerały uranu to pitchblende (nieczyste U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotyt (wanadan uranu potasu), autunit (fosforan uranu wapnia) i torbernit (fosforan miedzi uranu). Te i inne wydobywalne rudy uranu, jako źródła paliw jądrowych, zawierają wiele razy więcej energii niż wszystkie znane wydobywalne złoża paliw kopalnych. Jeden funt uranu daje tyle samo energii, co 1,4 miliona kilogramów (3 miliony funtów) węgla.
Aby uzyskać dodatkowe informacje na temat złóż rudy uranu, a także pokrycia technik wydobycia, rafinacji i odzyskiwania, zobacz przetwarzanie uranu. Porównawcze dane statystyczne dotyczące produkcji uranu, patrz tabela.
Uran
| kraj | produkcja górnicza 2013 (tony metryczne) | % światowej produkcji górniczej |
|---|---|---|
| *Oszacowanie. | ||
| Źródło: World Nuclear Association, World Uranium Mining Production (2014). | ||
| Kazachstan | 22,574 | 37,9 |
| Kanada | 9332 | 15,6 |
| Australia | 6350 | 10,6 |
| Niger * | 4,528 | 7.6 |
| Namibia | 4315 | 7.2 |
| Rosja | 3,135 | 5.3 |
| Uzbekistan* | 2400 | 4.0 |
| Stany Zjednoczone | 1835 | 3.1 |
| Chiny* | 1,450 | 2.4 |
| Malawi | 1,132 | 1.9 |
| Ukraina | 1,075 | 1.9 |
| Afryka Południowa | 540 | 0,9 |
| Indie* | 400 | 0,7 |
| Republika Czeska | 225 | 0,4 |
| Brazylia | 198 | 0,3 |
| Rumunia* | 80 | 0,1 |
| Pakistan* | 41 | 0,1 |
| Niemcy | 27 | 0,0 |
| świat ogółem | 59 637 | 100 |
Uran jest gęstym, twardym metalicznym pierwiastkiem o srebrzystobiałym kolorze. Jest plastyczny, plastyczny i może przyjmować wysoki połysk. W powietrzu metalowe matowieje, a po drobnym rozdrobnieniu pęka w płomieniach. Jest to stosunkowo słaby przewodnik prądu. Chociaż został odkryty (1789) przez niemieckiego chemika Martina Heinricha Klaprotha, który nazwał go na cześć niedawno odkrytej planety Uran, sam metal został po raz pierwszy wyizolowany (1841) przez francuskiego chemika Eugène-Melchiora Péligota poprzez redukcję tetrachlorku uranu (UCl 4) za pomocą potas.
Sformułowanie układu okresowego przez rosyjskiego chemika Dmitrija Mendelejewa w 1869 r. Skupiło uwagę na uranu jako najcięższym pierwiastku chemicznym, który utrzymywał do momentu odkrycia pierwszego neptunu z pierwiastkiem transurytowym w 1940 r. W 1896 r. Francuski fizyk Henri Becquerel odkrył w uranie zjawisko radioaktywności, termin po raz pierwszy użyty w 1898 r. przez francuskich fizyków Marie i Pierre Curie. Ta właściwość została później znaleziona w wielu innych elementach. Obecnie wiadomo, że uran, radioaktywny we wszystkich swoich izotopach, składa się naturalnie z mieszaniny uranu-238 (99,27 procent, 4 510 000 000-letni okres półtrwania), uran-235 (0,72 procent, 713 000 000-letni okres półtrwania) i uran-234 (0,006 procent, 247 000-letni okres półtrwania). Te długie okresy półtrwania umożliwiają określenie wieku Ziemi poprzez pomiar ilości ołowiu, ostatecznego produktu rozpadu uranu, w niektórych skałach zawierających uran. Uran-238 jest matką, a uran-234 jedną z córek z serii rozpadu radioaktywnego uranu; uran-235 jest rodzicem serii rozpadu aktynu. Zobacz także element actinoid.
Uran pierwiastkowy stał się przedmiotem intensywnych badań i szerokiego zainteresowania po tym, jak niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Strassmann odkryli pod koniec 1938 r. Zjawisko rozszczepienia jądrowego w uranu bombardowanym powolnymi neutronami. Urodzony we Włoszech amerykański fizyk Enrico Fermi zasugerował (na początku 1939 r.), Że neutrony mogą znajdować się wśród produktów rozszczepienia, a zatem mogą kontynuować rozszczepienie jako reakcję łańcuchową. Urodzony na Węgrzech amerykański fizyk Leo Szilard, amerykański fizyk Herbert L. Anderson, francuski chemik Frédéric Joliot-Curie i ich współpracownicy potwierdzili (1939) tę prognozę; późniejszego badania wykazały, że średnia z 2 1 / 2 neutronów na atomie są uwalniane podczas rozszczepienia. Odkrycia te doprowadziły do pierwszej samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej nuklearnej (2 grudnia 1942 r.), Pierwszego testu bomby atomowej (16 lipca 1945 r.), Pierwszej bomby atomowej zrzuconej podczas wojny (6 sierpnia 1945 r.), Pierwszej napędzanej energią atomową okręt podwodny (1955) i pierwszy pełnoskalowy generator elektryczny napędzany energią jądrową (1957).
Rozszczepienie zachodzi przy powolnych neutronach w stosunkowo rzadkim izotopie uranu-235 (jedynym naturalnie występującym materiale rozszczepialnym), który należy oddzielić od obfitego izotopu uranu-238 do różnych zastosowań. Jednak uran-238 po wchłonięciu neutronów i przejściu ujemnego rozpadu beta jest przekształcany w element syntetyczny pluton, który jest rozszczepialny z wolnymi neutronami. Naturalny uran może być zatem stosowany w reaktorach konwertorowych i hodowlanych, w których rozszczepienie jest podtrzymywane przez rzadki uran-235, a pluton jest wytwarzany w tym samym czasie przez transmutację uranu-238. Rozszczepialny uran-233 można zsyntetyzować do stosowania jako paliwo jądrowe z nierozszczepialnego izotopu toru tor-232, który jest bogaty w naturę. Uran jest również ważny jako materiał pierwotny, z którego wytworzono syntetyczne pierwiastki transuranowe w reakcjach transmutacyjnych.
Uran, który jest silnie elektropozytywny, reaguje z wodą; rozpuszcza się w kwasach, ale nie w zasadach. Ważnymi są stopnie utlenienia +4 (jak tlenek UO 2 tetrahalogenki takie jak ucl 4 i zielonego wodnego jonów U 4 +) i + 6 (jak w tlenku UO 3 sześciofluorek UF 6 i żółtego uranylu jon UO 2 2+). W roztworze wodnym uran jest najbardziej stabilny jak jon uranylowy, który ma budowę liniową [O = U = O] 2+. Uran wykazuje również stan +3 i +5, ale odpowiednie jony są niestabilne. Czerwony jon U 3+ utlenia się powoli nawet w wodzie, która nie zawiera rozpuszczonego tlenu. Kolor jonu UO 2 + jest nieznany, ponieważ ulega on dysproporcji (UO 2 + jest jednocześnie redukowany do U 4 + i utleniany do UO 2 2+) nawet w bardzo rozcieńczonych roztworach.
Związki uranu zastosowano jako barwniki do ceramiki. Heksafluorek uranu (UF 6) jest ciałem stałym o niezwykle wysokiej prężności pary (115 torów = 0,15 atm = 15 300 Pa) w temperaturze 25 ° C (77 ° F). UF 6 jest chemicznie bardzo reaktywny, ale pomimo swojej korozyjnej natury w stanie pary, UF 6 jest szeroko stosowany w metodach dyfuzji i wirowania gazu w oddzielaniu uranu-235 od uranu-238.
Związki metaloorganiczne są interesującą i ważną grupą związków, w których występują wiązania metal-węgiel łączące metal z grupami organicznymi. Uranocen jest związkiem organoorganowym U (C 8 H 8) 2, w którym atom uranu jest umieszczony pomiędzy dwiema organicznymi warstwami pierścieniowymi związanymi z cyklooktatetraenem C 8 H 8. Jego odkrycie w 1968 r. Otworzyło nowy obszar chemii metaloorganicznej.
Właściwości elementu
| Liczba atomowa | 92 |
|---|---|
| masa atomowa | 238,03 |
| temperatura topnienia | 1 132,3 ° C (2 070,1 ° F) |
| temperatura wrzenia | 3818 ° C (6904 ° F) |
| środek ciężkości | 19.05 |
| stany utlenienia | +3, +4, +5, +6 |
| konfiguracja elektronowa gazowego stanu atomowego | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
