Atomska težina uranijuma. Molarna masa uranijuma. Kako je otkriven Uran
(prema Paulingu)
U←U 3+ -1.66V
U←U 2+ -0.1V
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| Uran | |
Uran(staro ime Urania) je hemijski element sa atomskim brojem 92 u periodnom sistemu, atomske mase 238,029; označen simbolom U ( Uranijum), pripada porodici aktinida.
Priča
Još u antičko doba (I vek pne) prirodni uranijum oksid se koristio za pravljenje žute glazure za keramiku. Istraživanje uranijuma je evoluiralo kao lančana reakcija koju stvara. U početku su informacije o njegovim svojstvima, poput prvih impulsa lančane reakcije, dolazile s dugim pauzama, od slučaja do slučaja. Prvi važan datum u istoriji uranijuma je 1789., kada je nemački prirodni filozof i hemičar Martin Hajnrih Klaprot redukovao zlatno-žutu "zemlju" izvađenu iz rude saksonske smole u supstancu nalik crnom metalu. U čast tada najudaljenije planete (koju je Herschel otkrio osam godina ranije), Klaproth, smatrajući novu supstancu elementom, nazvao ju je uranijumom.
Pedeset godina se Klaprotov uranijum smatrao metalom. Tek 1841. godine, Eugene Melchior Peligot - francuski hemičar (1811-1890)] dokazao je da, uprkos karakterističnom metalnom sjaju, Klaprotov uranijum nije element, već oksid. UO 2. Godine 1840. Peligo je uspio dobiti pravi uranijum, čelično sivi teški metal, i odrediti njegovu atomsku težinu. Sljedeći važan korak u proučavanju uranijuma napravio je 1874. D. I. Mendeljejev. Na osnovu periodičnog sistema koji je razvio, stavio je uranijum u najudaljeniju ćeliju svog stola. Ranije se smatralo da je atomska težina uranijuma jednaka 120. Veliki hemičar je udvostručio ovu vrijednost. Nakon 12 godina, Mendeljejevljevo predviđanje potvrđeno je eksperimentima njemačkog hemičara Zimmermanna.
Proučavanje uranijuma počelo je 1896. godine: francuski hemičar Antoine Henri Becquerel slučajno je otkrio Becquerelove zrake, koje je Marie Curie kasnije preimenovala u radioaktivnost. U isto vrijeme, francuski hemičar Henri Moissan uspio je razviti metodu za dobijanje čistog metalnog uranijuma. Godine 1899. Rutherford je otkrio da je zračenje preparata uranijuma neujednačeno, da postoje dvije vrste zračenja - alfa i beta zraci. Oni nose drugačiji električni naboj; daleko od istog raspona tvari i jonizujuće sposobnosti. Nešto kasnije, u maju 1900. godine, Paul Villard je otkrio treću vrstu zračenja - gama zrake.
Ernest Rutherford je 1907. izveo prve eksperimente za određivanje starosti minerala u proučavanju radioaktivnog uranijuma i torija na osnovu teorije radioaktivnosti koju je stvorio zajedno s Frederickom Soddyjem (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelova nagrada za hemiju, 1921). Godine 1913. F. Soddy je uveo koncept izotopi(od grčkog ισος - "jednak", "isti" i τόπος - "mjesto"), a 1920. godine predvidio je da se izotopi mogu koristiti za određivanje geološke starosti stijena. Godine 1928. Niggo je shvatio, a 1939., A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 - 1994) stvorio je prve jednačine za izračunavanje starosti i primijenio maseni spektrometar za odvajanje izotopa.
Godine 1939. Frederic Joliot-Curie i njemački fizičari Otto Frisch i Lisa Meitner otkrili su nepoznati fenomen koji se javlja sa jezgrom uranijuma kada je ozračeno neutronima. Došlo je do eksplozivnog uništenja ovog jezgra sa stvaranjem novih elemenata mnogo lakših od uranijuma. Ovo uništavanje je bilo eksplozivne prirode, fragmenti proizvoda rasuti su u različitim smjerovima ogromnom brzinom. Tako je otkriven fenomen nazvan nuklearna reakcija.
Godine 1939-1940. Yu. B. Khariton i Ya. B. Zel'dovich su po prvi put teoretski pokazali da je uz blago obogaćivanje prirodnog uranijuma uranijumom-235 moguće stvoriti uslove za kontinuiranu fisiju atomskih jezgara, tj. daju procesu lančani karakter.
Biti u prirodi
Uraninit ruda
Uranijum je široko rasprostranjen u prirodi. Uranijum klarka je 1·10 -3% (tež.). Količina uranijuma u sloju litosfere debljine 20 km procjenjuje se na 1,3 10 14 tona.
Najveći dio uranijuma nalazi se u kiselim stijenama s visokim sadržajem silicijum. Značajna masa uranijuma koncentrirana je u sedimentnim stijenama, posebno onim obogaćenim organskom tvari. Uran je u velikim količinama prisutan kao nečistoća u torijumu i mineralima rijetkih zemalja (ortit, sfen CaTiO 3 , monazit (La,Ce)PO 4 , cirkon ZrSiO 4 , ksenotim YPO4 itd.). Najvažnije rude uranijuma su smola (katranska smola), uraninit i karnotit. Glavni minerali - sateliti uranijuma su molibdenit MoS 2, galena PbS, kvarc SiO 2, kalcit CaCO 3, hidromuskovit itd.
| Mineral | Glavni sastav minerala | Sadržaj uranijuma, % |
|---|---|---|
| Uraninit | UO 2 , UO 3 + ThO 2 , CeO 2 | 65-74 |
| karnotit | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 2H 2 O | ~50 |
| Casolite | PbO 2 UO 3 SiO 2 H 2 O | ~40 |
| Samarskit | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| branerit | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| Tuyamunit | CaO 2UO 3 V 2 O 5 nH 2 O | 50-60 |
| zeynerite | Cu(UO 2) 2 (AsO 4) 2 nH 2 O | 50-53 |
| Otenitis | Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Schrekingerite | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH) 9H 2 O | 25 |
| Ouranophanes | CaO UO 2 2SiO 2 6H 2 O | ~57 |
| Fergusonit | (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O 4 | 0.2-8 |
| Thorbernite | Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| coffinite | U(SiO 4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Glavni oblici uranijuma koji se nalaze u prirodi su uraninit, smola (katranska smola) i uranijumska crna. Razlikuju se samo po oblicima pojavljivanja; postoji zavisnost od starosti: uraninit je prisutan uglavnom u drevnim (prekambrijskim stijenama), pitchblende - vulkanogenim i hidrotermalnim - uglavnom u paleozojskim i mlađim visoko- i srednjetemperaturnim formacijama; crni uran - uglavnom u mladim - kenozojskim i mlađim formacijama - uglavnom u niskotemperaturnim sedimentnim stijenama.
Sadržaj uranijuma u zemljinoj kori iznosi 0,003%, javlja se u površinskom sloju zemlje u obliku četiri vrste naslaga. Prvo, to su vene uraninita, ili smole uranijuma (uranijum dioksid UO2), veoma bogat uranijumom, ali retkost. Oni su praćeni naslagama radijuma, pošto radijum je direktan proizvod izotopskog raspada uranijuma. Takve vene nalaze se u Zairu, Kanada (Veliko medvjeđe jezero), Češka Republika I Francuska. Drugi izvor uranijuma su konglomerati torija i rude uranijuma, zajedno sa rudama drugih važnih minerala. Konglomerati obično sadrže dovoljne količine za ekstrakciju zlato I srebro, a prateći elementi su uranijum i torijum. Velika nalazišta ovih ruda nalaze se u Kanadi, Južnoj Africi, Rusiji i australija. Treći izvor uranijuma su sedimentne stene i peščari bogati mineralom karnotitom (kalijum uranil vanadat), koji pored uranijuma sadrži i značajnu količinu vanadij i drugi elementi. Takve rude nalaze se u zapadnim državama SAD. Gvozdeno-uranski škriljci i fosfatne rude predstavljaju četvrti izvor depozita. Bogate naslage pronađene u škriljcima Švedska. Neke fosfatne rude u Maroku i Sjedinjenim Državama sadrže značajne količine uranijuma, a nalazišta fosfata u Angola i Centralnoafrička Republika su još bogatije uranijumom. Većina lignita i neki ugljevi obično sadrže nečistoće uranijuma. Nalazišta lignita bogata uranom pronađena u Sjevernoj i Južnoj Dakoti (SAD) i bitumenskog uglja Španija I Češka Republika
Izotopi uranijuma
Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopi: 238 U - 99,2739% (poluživot T 1/2 \u003d 4,468 × 10 9 godina), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 \u003d 7,038 × 10 8 godina) i 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2.455×10 5 godina). Posljednji izotop nije primarni, već radiogeni; dio je radioaktivne serije 238 U.
Radioaktivnost prirodnog uranijuma uglavnom je posljedica izotopa 238 U i 234 U; u ravnoteži su njihove specifične aktivnosti jednake. Specifična aktivnost izotopa 235 U u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 238 U.
Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa uranijuma s masenim brojevima od 227 do 240. Najdugovječniji od njih je 233 U ( T 1/2 = 1,62 × 10 5 godina) dobiva se zračenjem torija neutronima i sposoban je za spontanu fisiju toplinskim neutronima.
Izotopi uranijuma 238 U i 235 U su progenitori dvije radioaktivne serije. Konačni elementi ovih serija su izotopi olovo 206Pb i 207Pb.
U prirodnim uslovima, izotopi su uglavnom rasprostranjeni 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Polovina radioaktivnosti prirodnog uranijuma je zbog izotopa 234 U. Izotop 234 U nastala raspadanjem 238 U. Za posljednja dva, za razliku od ostalih parova izotopa i bez obzira na visoku migracionu sposobnost uranijuma, karakteristična je geografska konstantnost omjera. Vrijednost ovog omjera ovisi o starosti uranijuma. Brojna prirodna mjerenja pokazala su njegove neznatne fluktuacije. Dakle, u rolnama, vrijednost ovog omjera u odnosu na standard varira unutar 0,9959 -1,0042, u solima - 0,996 - 1,005. Kod minerala koji sadrže uranijum (nasturan, crni uranijum, cirtolit, rude retkih zemalja) vrednost ovog odnosa varira između 137,30 i 138,51; štaviše, nije utvrđena razlika između oblika U IV i U VI; u sfeni - 138,4. U nekim meteoritima otkriven nedostatak izotopa 235 U. Njegovu najnižu koncentraciju u kopnenim uslovima pronašao je 1972. godine francuski istraživač Buzhigues u gradu Oklo u Africi (nalazište u Gabonu). Tako normalni uranijum sadrži 0,7025% uranijuma 235 U, dok se u Oklu smanjuje na 0,557%. Ovo je podržalo hipotezu o prirodnom nuklearnom reaktoru koji vodi do sagorijevanja izotopa, koju su predvidjeli George W. Wetherill sa Kalifornijskog univerziteta u Los Angelesu i Mark G. Inghram sa Univerziteta u Čikagu i Paul K. Kuroda, hemičar sa Univerziteta u Arkanzas, koji je opisao proces još 1956. godine. Osim toga, prirodni nuklearni reaktori su pronađeni u istim okruzima: Okelobondo, Bangombe i dr. Trenutno je poznato oko 17 prirodnih nuklearnih reaktora.
Potvrda
Prva faza proizvodnje uranijuma je koncentracija. Stijena se drobi i miješa sa vodom. Komponente teške suspendovane materije se brže talože. Ako stijena sadrži primarne minerale uranijuma, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali uranijuma su lakši, u tom slučaju teška otpadna stijena se taloži ranije. (Međutim, daleko je od toga da je uvijek stvarno prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uranijum).
Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prebacivanje uranijuma u otopinu. Primijeniti kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji, jer se sumporna kiselina koristi za ekstrakciju uranijuma. Ali ako u sirovini, kao, na primjer, u uranijumu tar, uran je u tetravalentnom stanju, onda ova metoda nije primjenjiva: tetravalentni uran u sumpornoj kiselini se praktički ne rastvara. U tom slučaju se mora ili pribjeći alkalnom ispiranju, ili preoksidirati uran u heksavalentno stanje.
Ne koristiti kiselo luženje i u slučajevima kada uranijumski koncentrat sadrži dolomit ili magnezit koji reaguje sa sumpornom kiselinom. U tim slučajevima, kaustična soda (hidroksid natrijum).
Problem ispiranja uranijuma iz ruda rješava se pročišćavanjem kisikom. Protok kiseonika se dovodi u mešavinu rude uranijuma sa sulfidnim mineralima zagrijanom na 150 °C. U ovom slučaju sumporna kiselina nastaje iz minerala sumpora, koja ispire uranijum.
U sljedećoj fazi, uran se mora selektivno izolirati iz rezultirajuće otopine. Moderne metode - ekstrakcija i jonska izmjena - omogućavaju rješavanje ovog problema.
Otopina sadrži ne samo uran, već i druge katione. Neki od njih se pod određenim uslovima ponašaju na isti način kao uranijum: ekstrahuju se istim organskim rastvaračima, talože se na iste jonoizmenjivačke smole i talože pod istim uslovima. Stoga, za selektivnu izolaciju uranijuma, potrebno je koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se u svakoj fazi riješio jednog ili drugog nepoželjnog pratioca. Na modernim ionizmjenjivačkim smolama, uranijum se oslobađa vrlo selektivno.
Metode jonska izmjena i ekstrakcija dobri su i zato što vam omogućavaju da prilično potpuno izvučete uranijum iz loših rastvora (sadržaj uranijuma je desetinke grama po litri).
Nakon ovih operacija, uranijum se prelazi u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u UF 4 tetrafluorid. Ali ovaj uranijum još uvek treba da se pročisti od nečistoća sa velikim poprečnim presekom hvatanja toplotnih neutrona - bor, kadmijum, hafnijum. Njihov sadržaj u finalnom proizvodu ne bi trebao prelaziti stotiljaditi i milioniti dio procenta. Da bi se uklonile ove nečistoće, komercijalno čisto jedinjenje uranijuma se rastvara u azotnoj kiselini. U tom slučaju nastaje uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, koji se ekstrakcijom tributil fosfatom i nekim drugim supstancama dodatno pročišćava do željenih uslova. Zatim se ova tvar kristalizira (ili istaloži peroksid UO 4 ·2H 2 O) i počinje pažljivo paliti. Kao rezultat ove operacije nastaje uranijum trioksid UO 3, koji se redukuje vodonikom u UO 2.
Uran dioksid UO 2 na temperaturi od 430 do 600 °C tretira se suvim fluorovodonikom da bi se dobio tetrafluorid UF 4 . Metalni uranijum se redukuje iz ovog jedinjenja upotrebom kalcijum ili magnezijum.
Fizička svojstva
Uranijum je veoma težak, srebrno-beli, sjajni metal. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, fleksibilan i ima neznatna paramagnetna svojstva. Uranijum ima tri alotropska oblika: alfa (prizmatičan, stabilan do 667,7 °C), beta (četvorougaoni, stabilan od 667,7 °C do 774,8 °C), gama (sa kubičnom strukturom usredsređenom na telo koja postoji od 774, 8 °C do tačka topljenja).
Radioaktivna svojstva nekih izotopa uranijuma (izolovani su prirodni izotopi):
Hemijska svojstva
Uranijum može pokazivati oksidaciona stanja od +III do +VI. Jedinjenja urana(III) formiraju nestabilne crvene otopine i jaki su redukcijski agensi:
4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2
Jedinjenja urana(IV) su najstabilnija i formiraju zelene vodene otopine.
Jedinjenja urana(V) su nestabilna i lako nesrazmjerna u vodenom rastvoru:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
Hemijski, uranijum je veoma aktivan metal. Brzo oksidirajući na zraku, prekriven je prelivom oksidnom folijom. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu, pali se na temperaturi od 150-175 °C, formirajući U 3 O 8 . Na 1000 °C, uranijum se kombinuje sa azotom i formira žuti uranijum nitrid. Voda je sposobna da korodira metal, polako na niskim temperaturama, a brzo na visokim temperaturama, kao i uz fino mljevenje uranovog praha. Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući tetravalentne soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uran se pomera vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao npr živa, srebro, bakar, tin, platinaIzlato. S jakim drhtanjem, metalne čestice uranijuma počinju svijetliti. Uranijum ima četiri oksidaciona stanja - III-VI. Heksavalentna jedinjenja uključuju uranijum trioksid (uranil oksid) UO 3 i uranijum hlorid UO 2 Cl 2 . Uranijum tetrahlorid UCl 4 i uranijum dioksid UO 2 su primeri tetravalentnog uranijuma. Supstance koje sadrže tetravalentni uranijum su obično nestabilne i prelaze u heksavalentni uranijum nakon dužeg izlaganja vazduhu. Uranil soli, kao što je uranil hlorid, razlažu se u prisustvu jakog svjetla ili organskih tvari.
Aplikacija
Nuklearno gorivo
Ima najveću primjenu izotop uranijum 235 U, u kojem je moguća samoodrživa nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima, kao iu nuklearnom oružju. Odvajanje izotopa U 235 od prirodnog uranijuma je složen tehnološki problem (vidi odvajanje izotopa).
Izotop U 238 je sposoban za fisiju pod utjecajem bombardiranja neutronima visoke energije, ova karakteristika se koristi za povećanje snage termonuklearnog oružja (koriste se neutroni generirani termonuklearnom reakcijom).
Kao rezultat hvatanja neutrona praćenog β-raspadom, 238 U se može pretvoriti u 239 Pu, koji se zatim koristi kao nuklearno gorivo.
Uran-233, umjetno proizveden u reaktorima od torija (torij-232 hvata neutron i pretvara se u torij-233, koji se raspada u protaktinijum-233, a zatim u uranijum-233), mogao bi u budućnosti postati uobičajeno nuklearno gorivo za nuklearnu energiju postrojenja (već sada postoje reaktori koji koriste ovaj nuklid kao gorivo, na primjer KAMINI u Indiji) i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa oko 16 kg).
Uranijum-233 je takođe najperspektivnije gorivo za nuklearne raketne motore u gasnoj fazi.
Geologija
Glavna grana upotrebe uranijuma je određivanje starosti minerala i stijena kako bi se razjasnio slijed geoloških procesa. To rade Geohronologija i Teorijska geohronologija. Bitno je i rješenje problema miješanja i izvora materije.
Rješenje zadatka zasniva se na jednačinama radioaktivnog raspada, opisanim jednadžbama.
Gdje 238 Uo, 235 Uo— moderne koncentracije izotopa uranijuma; ; — konstante raspada atoma uranijuma 238 U I 235 U.
Njihova kombinacija je veoma važna:
.
Zbog činjenice da stijene sadrže različite koncentracije uranijuma, one imaju različitu radioaktivnost. Ovo svojstvo se koristi u odabiru stijena geofizičkim metodama. Ova metoda se najviše koristi u naftnoj geologiji za geofizička istraživanja bušotina, ovaj kompleks uključuje, posebno, γ-karotažu ili neutronsku gama karotu, gama-gama karotu itd. Uz njihovu pomoć se identifikuju rezervoari i pečati.
Ostale aplikacije
Mali dodatak uranijuma daje prekrasnu žuto-zelenu fluorescenciju staklu (uranijskom staklu).
Natrijum uranat Na 2 U 2 O 7 korišćen je kao žuti pigment u slikarstvu.
Jedinjenja urana korišćena su kao boje za slikanje na porculanu i za keramičke glazure i emajle (obojene bojama: žuta, smeđa, zelena i crna, u zavisnosti od stepena oksidacije).
Neka jedinjenja uranijuma su fotosenzitivna.
Početkom 20. vijeka uranil nitratŠiroko se koristio za poboljšanje negativa i bojenje (nijansiranje) pozitiva (fotografskih otisaka) u braon.
Uranijum-235 karbid u leguri sa niobijum karbidom i cirkonijum karbidom koristi se kao gorivo za nuklearne mlazne motore (radni fluid je vodonik + heksan).
Legure gvožđa i osiromašenog uranijuma (uranijum-238) koriste se kao moćni magnetostriktivni materijali.
osiromašenog uranijuma
osiromašenog uranijuma
Nakon ekstrakcije 235U i 234U iz prirodnog uranijuma, preostali materijal (uran-238) naziva se "osiromašeni uranijum" jer je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvještajima, oko 560.000 tona osiromašenog uranijum heksafluorida (UF 6) je uskladišteno u Sjedinjenim Državama.
Osiromašeni uranijum je upola radioaktivniji od prirodnog uranijuma, uglavnom zbog uklanjanja 234 U. Zbog činjenice da je glavna upotreba uranijuma proizvodnja energije, osiromašeni uranijum je proizvod male upotrebe i niske ekonomske vrednosti.
U osnovi, njegova upotreba je povezana s velikom gustinom uranijuma i njegovom relativno niskom cijenom. Osiromašeni uranijum se koristi za zaštitu od zračenja (ironično) i kao balast u vazduhoplovnim aplikacijama kao što su kontrolne površine aviona. Svaki avion Boeing 747 sadrži 1.500 kg osiromašenog uranijuma za ovu svrhu. Ovaj materijal se takođe koristi u rotorima žiroskopa velike brzine, velikim zamajcima, kao balast u svemirskim vozilima za spuštanje i trkaćim jahtama, prilikom bušenja naftnih bušotina.
Jezgra projektila za probijanje oklopa
Vrh (liner) projektila kalibra 30 mm (topovi GAU-8 aviona A-10) prečnika oko 20 mm od osiromašenog uranijuma.
Najpoznatija upotreba osiromašenog uranijuma je kao jezgra za oklopne projektile. Kada je legiran sa 2% Mo ili 0,75% Ti i termički obrađen (brzo gašenje metala zagrijanog na 850 °C u vodi ili ulju, dalje zadržavanje na 450 °C 5 sati), metalni uran postaje tvrđi i jači od čelika (zatezna čvrstoća veći je 1600 MPa, uprkos činjenici da je za čisti uranijum 450 MPa). U kombinaciji sa svojom visokom gustinom, ovo čini ingot kaljenog uranijuma izuzetno efikasnim alatom za prodiranje oklopa, sličnim po efikasnosti skupljem volframu. Teški uranijumski vrh takođe menja raspodelu mase u projektilu, poboljšavajući njegovu aerodinamičku stabilnost.
Slične legure tipa Stabilla koriste se u pernatim čaurama tenkova i protivtenkovskih artiljerijskih oruđa.
Proces uništavanja oklopa je praćen mljevenjem uranovog ingota u prašinu i paljenjem u zraku na drugoj strani oklopa (vidi Pirofornost). Oko 300 tona osiromašenog uranijuma ostalo je na bojnom polju tokom operacije Pustinjska oluja (uglavnom su to ostaci granata iz 30 mm GAU-8 topa jurišnika A-10, svaka granata sadrži 272 g legure uranijuma ).
Takve granate koristile su NATO trupe u borbama u Jugoslaviji. Nakon njihove primjene, razmatran je ekološki problem radijacijske kontaminacije teritorije zemlje.
Po prvi put, uranijum je korišten kao jezgro za granate u Trećem Rajhu.
Osiromašeni uranijum se koristi u modernim tenkovskim oklopima, kao što je tenk M-1 Abrams.
Fiziološko djelovanje
U mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U najvećoj mjeri ga akumuliraju neke gljive i alge. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u organizmu: slezina, bubrezi, skelet, jetra, pluća i bronho-plućni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10 -7 g.
Uranijum i njegova jedinjenja toksično. Posebno su opasni aerosoli uranijuma i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi rastvorljivih jedinjenja uranijuma MPC u vazduhu je 0,015 mg/m³, za nerastvorljive oblike uranijuma MPC je 0,075 mg/m³. Kada uđe u organizam, uranijum deluje na sve organe, kao opšti ćelijski otrov. Molekularni mehanizam djelovanja uranijuma povezan je s njegovom sposobnošću da inhibira aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (pojavljuju se proteini i šećer u mokraći, oligurija). Kod hronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i nervnog sistema.
Proizvodnja po zemljama u tonama prema sadržaju U za 2005–2006
Proizvodnja po kompanijama u 2006. godini:
Cameco - 8,1 hiljada tona
Rio Tinto - 7 hiljada tona
AREVA - 5 hiljada tona
Kazatomprom - 3,8 hiljada tona
JSC TVEL — 3,5 hiljada tona
BHP Billiton - 3 hiljade tona
Navoi MMC - 2,1 hiljada tona ( Uzbekistan, Navoi)
Uranium One - 1 hiljada tona
Heathgate - 0,8 hiljada tona
Denison Mines - 0,5 hiljada tona
Proizvodnja u Rusiji
U SSSR-u, glavne regije rude uranijuma bile su Ukrajina (Želtorečenskoe, Pervomajskoe ležišta, itd.), Kazahstan (Sjeverno - Balkašinsko rudno polje, itd.; Južno - Kyzylsajsko rudno polje, itd.; Vostočni; svi oni uglavnom pripadaju na vulkanogeno-hidrotermalni tip); Transbaikalija (Antey, Streltsovskoye, itd.); Centralna Azija, uglavnom Uzbekistan sa mineralizacijom u crnim škriljcima sa centrom u gradu Učkuduk. Postoji mnogo malih rudnih pojava i manifestacija. U Rusiji je Transbaikalija ostala glavni region rude uranijuma. Oko 93% ruskog uranijuma se kopa na nalazištu u regiji Čita (u blizini grada Krasnokamenska). Rudarstvo obavlja Priargunsky Industrial Mining and Chemical Association (PIMCU), koje je dio JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding), koristeći rudničku metodu.
Preostalih 7% se dobija ispiranjem na licu mesta iz ZAO Dalur (regija Kurgan) i OAO Khiagda (Buryatia).
Dobivene rude i koncentrat uranijuma prerađuju se u Čepeckom mehaničkom pogonu.
Rudarstvo u Kazahstanu
Oko petine svjetskih rezervi uranijuma koncentrisano je u Kazahstanu (21% i 2. mjesto u svijetu). Ukupni resursi uranijuma iznose oko 1,5 miliona tona, od čega se oko 1,1 milion tona može iskopati ispiranjem na licu mesta.
Kazahstan je 2009. godine došao na prvo mjesto u svijetu po eksploataciji uranijuma.
Proizvodnja u Ukrajini
Glavno preduzeće je Istočna fabrika rudarstva i prerade u gradu Žovti Vodi.
Cijena
Uprkos legendama o desetinama hiljada dolara za kilogram ili čak gram količine uranijuma, njegova stvarna cijena na tržištu nije baš visoka - neobogaćeni uranijum oksid U 3 O 8 košta manje od 100 američkih dolara po kilogramu. To je zbog činjenice da su za pokretanje nuklearnog reaktora na neobogaćeni uranijum potrebne desetine ili čak stotine tona goriva, a za proizvodnju nuklearnog oružja mora se obogatiti velika količina uranijuma kako bi se dobile koncentracije pogodne za stvaranje bomba.
I Saturn), izuzetan je, prije svega, po svom neobičnom kretanju oko Sunca, naime, za razliku od svih drugih planeta, Uran rotira "retrogradno". Šta to znači? I činjenica da ako su druge planete, uključujući i našu Zemlju, poput pokretnih rotirajućih vrhova (zbog torzije, promjene dana i noći), onda je Uran kao lopta koja se kotrlja, a kao rezultat toga i promjena dana/noći, također pošto su godišnja doba na ovim planetama veoma različita.
Ko je otkrio Uran
No, počnimo našu priču o ovoj neobičnoj planeti s istorijom njenog otkrića. Planetu Uran otkrio je engleski astronom William Herschel 1781. godine. Zanimljivo, posmatrajući njeno neobično kretanje, astronom ju je prvo zamenio, a tek nakon par godina posmatranja dobila je planetarni status. Herschel je želio da ga nazove "Georgova zvijezda", ali je naučna zajednica preferirala ime koje je predložio Johann Bode - Uran, u čast drevnog boga Urana, koji je personifikacija neba.
Bog Uran u antičkoj mitologiji je najstariji od bogova, tvorac svega i svakoga (uključujući i druge bogove), a takođe i djed vrhovnog boga Zevsa (Jupitera).
Karakteristike planete Uran
Uranijum je 14,5 puta teži od naše Zemlje. Ipak, ovo je najlakša planeta među džinovskim planetama, pa je planeta pored nje, iako je manja, njena masa veća od Urana. Relativna lakoća ove planete je zbog njenog sastava, čiji je značajan dio led, a led na Uranu je najraznovrsniji: ima amonijaka, vode i metanskog leda. Gustina Urana je 1,27 g/cm3.
Temperatura Urana
Kolika je temperatura na Uranu? S obzirom na udaljenost od Sunca, naravno, veoma je hladno, a poenta ovde nije samo u njegovoj udaljenosti, već i u činjenici da je unutrašnja toplota Urana višestruko manja od toplote drugih planeta. Toplotni tok planete je izuzetno mali, manji je od Zemljinog. Kao rezultat toga, jedna od najnižih temperatura u Sunčevom sistemu zabilježena je na Uranu -224 C, što je čak niže od one Neptuna, koji je još dalje od Sunca.
Ima li života na Uranu
Na temperaturi opisanoj u gornjem paragrafu, očigledno je da nastanak života na Uranu nije moguće.
Atmosfera Urana
Kakva je atmosfera na Uranu? Atmosfera ove planete podijeljena je na slojeve, koji su određeni temperaturom i površinom. Vanjski sloj atmosfere počinje na udaljenosti od 300 km od uvjetne površine planete i naziva se atmosferska korona, ovo je najhladniji dio atmosfere. Dalje bliže površini su stratosfera i troposfera. Potonji je najniži i najgušći dio atmosfere planete. Troposfera Urana ima složenu strukturu: sastoji se od vodenih oblaka, oblaka amonijaka, oblaka metana pomiješanih jedan s drugim na haotičan način.
Sastav atmosfere Urana razlikuje se od atmosfere drugih planeta zbog visokog sadržaja helijuma i molekula. Takođe, veliki deo atmosfere Urana pripada metanu, hemijskom jedinjenju koje čini 2,3% svih molekula u tamošnjoj atmosferi.
Fotografije planete Uran
Površina Urana
Površina Urana sastoji se od tri sloja: kamenog jezgra, ledenog omotača i spoljašnje ljuske od vodonika i helijuma, koji su u gasovitom stanju. Također je vrijedno napomenuti još jedan važan element koji je dio površine Urana - ovo je metanski led, koji stvara ono što se zove prepoznatljiva plava boja planete.
Također, naučnici su pomoću spektroskopije otkrili ugljični monoksid i ugljični dioksid u gornjim slojevima atmosfere.
Da, i Uran takođe ima prstenove (međutim, kao i druge džinovske planete), iako ne tako velike i lepe kao njegov kolega. Naprotiv, prstenovi Urana su mutni i gotovo nevidljivi, jer se sastoje od mnogih vrlo tamnih i malih čestica, u promjeru od mikrometra do djelića metra. Zanimljivo je da su Uranovi prstenovi otkriveni ranije nego prstenovi drugih planeta izuzev Saturna, čak je i otkrivač planete W. Herschel tvrdio da je vidio prstenove Urana, ali mu tada nisu vjerovali, jer teleskopi tog vremena nisu imali dovoljno snage da bi drugi astronomi mogli potvrditi ono što je Herschel vidio. Samo dva stoljeća kasnije, 1977. godine, američki astronomi Jameson Eliot, Douglas Mincom i Edward Dunham, koristeći Kuiperovu opservatoriju na brodu, uspjeli su vlastitim očima promatrati prstenove Urana. Štaviše, to se dogodilo slučajno, jer su naučnici jednostavno hteli da posmatraju atmosferu planete i, ne očekujući to, otkrili su prisustvo prstenova u njoj.
Trenutno je poznato 13 Uranovih prstenova, od kojih je najsjajniji epsilon prsten. Prstenovi ove planete su relativno mladi, formirani su nakon njenog rođenja. Postoji hipoteza da su Uranovi prstenovi formirani od ostataka nekog uništenog satelita planete.
Mjeseci Urana
Kad smo kod mjeseci, što mislite koliko mjeseci ima Uran? A ima ih čak 27 (barem je poznato u ovom trenutku). Najveći su: Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon i Titania. Svi Uranovi mjeseci su mješavina stijena i leda, s izuzetkom Mirande, koja je u potpunosti napravljena od leda.
Ovako izgledaju meseci Urana u poređenju sa samom planetom.
Mnogi sateliti nemaju atmosferu, a neki od njih se kreću unutar prstenova planete, preko kojih se nazivaju i unutrašnjim satelitima, a svi imaju jaku vezu sa Uranovim prstenastim sistemom. Naučnici vjeruju da je Uran zarobio mnoge satelite.
Rotacija Urana
Rotacija Urana oko Sunca je možda najzanimljivija karakteristika ove planete. Kao što smo gore napisali, Uran rotira drugačije od svih drugih planeta, odnosno „retrogradno“, baš kao što se lopta kotrlja po zemlji. Kao rezultat toga, promjena dana i noći (u našem uobičajenom smislu) na Uranu se događa samo blizu ekvatora planete, štoviše, on se tamo nalazi vrlo nisko iznad horizonta, otprilike kao u polarnim geografskim širinama na Zemlji. Što se tiče polova planete, tamo se "polarni dan" i "polarna noć" mijenjaju svake 42 zemaljske godine.
Što se tiče godine na Uranu, jedna godina je jednaka našim 84 zemaljske godine, za to vreme planeta pravi krug u svojoj orbiti oko Sunca.
Koliko dugo traje let do Urana
Koliko dugo traje let sa Zemlje do Urana? Ako, uz moderne tehnologije, let do naših najbližih susjeda, Venere, Marsa traje nekoliko godina, onda let do tako udaljenih planeta kao što je Uran može trajati decenijama. Do sada je samo jedna svemirska letjelica napravila takvo putovanje: Voyager 2, koji je NASA lansirala 1977. godine, doleteo je do Urana 1986. godine, kao što vidite, putovanje u jednom smjeru trajalo je skoro čitavu deceniju.
Na Uran je trebalo poslati i aparat Cassini, koji se bavio proučavanjem Saturna, ali je tada odlučeno da se Cassini ostavi u blizini Saturna, gdje je umro sasvim nedavno - u septembru prošle godine 2017.
- Tri godine nakon svog otkrića, planeta Uran postala je mjesto za satirični pamflet. Pisci naučne fantastike često pominju ovu planetu u svojim djelima naučne fantastike.
- Uran se može vidjeti na noćnom nebu i golim okom, samo treba znati gdje gledati, a nebo mora biti savršeno tamno (što nažalost nije moguće u modernim gradovima).
- Planeta Uran ima vodu. To je samo voda na Uranu zaleđena, kao led.
- Planeta Uran se sa sigurnošću može pripisati lovorikama "najhladnije planete" u Sunčevom sistemu.
Planeta Uran, video
I za kraj, zanimljiv video o planeti Uran.
Ovaj članak je dostupan na engleskom - .
URAN (ime u čast planete Urana otkrivene neposredno prije njega; lat. uranium * a. uranium; n. Uran; f. uranium; i. uranio), U, je radioaktivni hemijski element grupe III periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 92, atomska masa 238,0289, odnosi se na aktinide. Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopa: 238 U (99.282%, T 1/2 4.468.10 9 godina), 235 U (0.712%, T 1/2 0.704.10 9 godina), 234 U (0.006%, T 1/2 0.244.10 6 godina). Poznato je i 11 umjetnih radioaktivnih izotopa uranijuma s masenim brojevima od 227 do 240.
Uranijum je 1789. godine u obliku UO 2 otkrio njemački hemičar M. G. Klaproth. Metalni uranijum je 1841. godine dobio francuski hemičar E. Peligot. Dugo vremena je uranijum imao vrlo ograničenu upotrebu, a tek s otkrićem radioaktivnosti 1896. godine počelo je njegovo proučavanje i upotreba.
Svojstva uranijuma
U slobodnom stanju, uranijum je svetlosiv metal; ispod 667,7°C, karakteriše ga rombična (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kristalna rešetka (a-modifikacija), u temperaturnom opsegu 667,7-774°C - tetragonalna (a=0,59 = nm, c = 0,5656 nm; R-modifikacija), na višoj temperaturi - kubična rešetka u centru tijela (a = 0,3538 nm, g-modifikacija). Gustina 18700 kg / m 3, topljenje t 1135 ° C, ključanje t oko 3818 ° C, molarni toplotni kapacitet 27,66 J / (mol.K), električna otpornost 29.0.10 -4 (Ohm.m), toplotna provodljivost 22, 5 W/(m.K), temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 10.7.10 -6 K -1 . Temperatura prijelaza uranijuma u supravodljivo stanje je 0,68 K; slab paramagnet, specifična magnetna osetljivost 1.72.10 -6 . Jezgra 235 U i 233 U se cijepaju spontano, kao i prilikom hvatanja sporih i brzih neutrona, 238 U se fisije samo pri hvatanju brzih (više od 1 MeV) neutrona. Kada se uhvate spori neutroni, 238 U se pretvara u 239 Pu. Kritična masa uranijuma (93,5% 235U) u vodenim rastvorima je manja od 1 kg, za otvorenu loptu oko 50 kg; za 233 U kritična masa je otprilike 1/3 kritične mase od 235 U.
Edukacija i sadržaji u prirodi
Glavni potrošač uranijuma je nuklearna energetika (nuklearni reaktori, nuklearne elektrane). Osim toga, uran se koristi za proizvodnju nuklearnog oružja. Sve ostale oblasti upotrebe uranijuma su od izrazito podređenog značaja.
U posljednjih nekoliko godina tema nuklearne energije postaje sve aktuelnija. Za proizvodnju atomske energije uobičajeno je koristiti materijal kao što je uran. To je hemijski element koji pripada porodici aktinida.
Hemijska aktivnost ovog elementa određuje činjenicu da se ne nalazi u slobodnom obliku. Za njegovu proizvodnju koriste se mineralne formacije koje se nazivaju rude uranijuma. Oni koncentrišu takvu količinu goriva koja nam omogućava da smatramo da je ekstrakcija ovog hemijskog elementa ekonomski racionalna i isplativa. Trenutno, u utrobi naše planete, sadržaj ovog metala premašuje rezerve zlata 1000 puta(cm. ). Generalno, depoziti ovog hemijskog elementa u tlu, vodi i stijenama procjenjuju se na više od 5 miliona tona.
U slobodnom stanju, uranijum je sivo-bijeli metal koji karakteriziraju 3 alotropske modifikacije: rombični kristal, tetragonalne i kubične rešetke centrirane na tijelo. Tačka ključanja ovog hemijskog elementa je 4200°C.
Uranijum je hemijski aktivan materijal. U zraku ovaj element polako oksidira, lako se otapa u kiselinama, reagira s vodom, ali ne stupa u interakciju s alkalijama.
Uranijumske rude u Rusiji se obično klasifikuju prema različitim kriterijumima. Najčešće se razlikuju u pogledu obrazovanja. Da oni su endogene, egzogene i metamorfogene rude. U prvom slučaju to su mineralne formacije nastale pod utjecajem visokih temperatura, vlage i taljenja pegmatita. Egzogene formacije minerala uranijuma javljaju se u površinskim uslovima. Mogu se formirati direktno na površini zemlje. To je zbog cirkulacije podzemnih voda i nakupljanja padavina. Metamorfogene mineralne formacije nastaju kao rezultat preraspodjele prvobitno raspoređenog uranijuma.
Prema nivou sadržaja uranijuma, ove prirodne formacije mogu biti:
- super-bogati (preko 0,3%);
- bogati (od 0,1 do 0,3%);
- obični (od 0,05 do 0,1%);
- loše (od 0,03 do 0,05%);
- vanbilansne (od 0,01 do 0,03%).
Moderne primjene uranijuma
Danas se uranijum najčešće koristi kao gorivo za raketne motore i nuklearne reaktore. S obzirom na svojstva ovog materijala, namijenjen je i povećanju snage nuklearnog oružja. Ovaj hemijski element našao je svoju primenu i u slikarstvu. Aktivno se koristi kao žuti, zeleni, smeđi i crni pigmenti. Uranijum se takođe koristi za izradu jezgara za oklopne projektile.
Iskopavanje rude uranijuma u Rusiji: šta je potrebno za to?
Vađenje radioaktivnih ruda vrši se pomoću tri glavne tehnologije. Ako su rudna ležišta koncentrirana što bliže površini zemlje, tada je uobičajeno koristiti otvorenu tehnologiju za njihovo vađenje. Uključuje upotrebu buldožera i bagera koji kopaju velike rupe i utovaruju nastale minerale u kipere. Zatim ide u kompleks za preradu.
Uz duboku pojavu ove mineralne formacije, uobičajeno je koristiti tehnologiju podzemnog rudarenja, koja predviđa stvaranje rudnika dubine do 2 kilometra. Treća tehnologija se značajno razlikuje od prethodnih. In-situ luženje za razvoj ležišta uranijuma uključuje bušenje bunara kroz koje se sumporna kiselina upumpava u ležišta. Zatim se buši još jedan bunar, koji je neophodan za pumpanje rezultirajućeg rastvora na površinu zemlje. Zatim prolazi kroz proces sorpcije, koji omogućava sakupljanje soli ovog metala na posebnoj smoli. Posljednja faza SPV tehnologije je ciklični tretman smole sumpornom kiselinom. Zahvaljujući ovoj tehnologiji, koncentracija ovog metala postaje maksimalna.
Ležišta ruda uranijuma u Rusiji
Rusija se smatra jednim od svjetskih lidera u vađenju ruda uranijuma. Tokom proteklih nekoliko decenija, Rusija je konstantno bila među 7 vodećih zemalja po ovom pokazatelju.
Najveća nalazišta ovih prirodnih mineralnih formacija su:
Najveća nalazišta uranijuma u svijetu - vodeće zemlje
Australija se smatra svjetskim liderom u iskopavanju uranijuma. Više od 30% svih svjetskih rezervi je koncentrisano u ovoj državi. Najveća australska nalazišta su Olympic Dam, Beaverley, Ranger i Honeymoon.
Glavni konkurent Australije je Kazahstan, koji sadrži skoro 12% svjetskih rezervi goriva. Kanada i Južna Afrika sadrže po 11% svjetskih rezervi uranijuma, Namibija - 8%, Brazil - 7%. Rusija zatvara prvih sedam sa 5%. Tabela lidera takođe uključuje zemlje poput Namibije, Ukrajine i Kine.
Najveća svjetska nalazišta uranijuma su:
| Polje | Zemlja | Započnite obradu |
| Olimpijska brana | Australija | 1988 |
| Rossing | Namibija | 1976 |
| MacArthur River | Kanada | 1999 |
| Inkai | Kazahstan | 2007 |
| Dominion | Južna Afrika | 2007 |
| Ranger | Australija | 1980 |
| Kharasan | Kazahstan | 2008 |
Rezerve i količine proizvodnje uranijumske rude u Rusiji
Istražene rezerve uranijuma u našoj zemlji procjenjuju se na više od 400.000 tona. Istovremeno, pokazatelj predviđenih resursa je više od 830 hiljada tona. Od 2017. godine u Rusiji posluje 16 nalazišta uranijuma. Štaviše, 15 ih je koncentrisano u Transbaikaliji. Rudno polje Streltsovskoye smatra se glavnim nalazištem rude uranijuma. U većini domaćih ležišta, eksploatacija se vrši rudarskom metodom.
- Uran je otkriven u 18. veku. Godine 1789. njemački naučnik Martin Klaproth uspio je iz rude proizvesti uranijum sličan metalu. Zanimljivo je da je ovaj naučnik i otkrivač titanijuma i cirkonija.
- Jedinjenja urana se aktivno koriste u oblasti fotografije. Ovaj element se koristi za bojenje pozitiva i pojačavanje negativa.
- Glavna razlika između uranijuma i drugih hemijskih elemenata je prirodna radioaktivnost. Atomi uranijuma imaju tendenciju da se menjaju nezavisno tokom vremena. Istovremeno emituju zrake nevidljive ljudskom oku. Ovi zraci se dijele na 3 tipa - gama, beta, alfa zračenje (vidi).
Članak govori o tome kada je otkriven takav kemijski element kao što je uran i u kojim se industrijama ova tvar koristi u naše vrijeme.
Uranijum - hemijski element energetske i vojne industrije
U svakom trenutku ljudi su se trudili da pronađu visoko efikasne izvore energije, a idealno, da stvore tzv.. Nažalost, nemogućnost njegovog postojanja je teorijski dokazana i opravdana još u 19. veku, ali naučnici još uvek nikada nisu gubili nadu da će to shvatiti. san o nekoj vrsti uređaja koji bi bio sposoban da isporučuje velike količine "čiste" energije veoma dugo.
Djelomično, ovo je oživjelo otkrićem takve supstance kao što je uranijum. Hemijski element s ovim imenom činio je osnovu za razvoj nuklearnih reaktora, koji u naše vrijeme daju energiju cijelim gradovima, podmornicama, polarnim brodovima i tako dalje. Istina, njihova energija se ne može nazvati "čistom", ali posljednjih godina mnoge kompanije razvijaju kompaktne "atomske baterije" na bazi tricijuma za široku prodaju - nemaju pokretne dijelove i sigurne su za zdravlje.
Međutim, u ovom članku ćemo detaljno analizirati povijest otkrića kemijskog elementa zvanog uranijum i reakciju fisije njegovih jezgri.
Definicija
Uranijum je hemijski element koji ima atomski broj 92 u periodnom sistemu. Njegova atomska masa je 238.029. Označen je simbolom U. U normalnim uslovima, to je gust, težak metal srebrne boje. Ako govorimo o njegovoj radioaktivnosti, onda je sam uranijum element sa slabom radioaktivnošću. Takođe ne sadrži potpuno stabilne izotope. A uran-338 se smatra najstabilnijim od postojećih izotopa.
Shvatili smo šta je ovaj element, a sada ćemo razmotriti istoriju njegovog otkrića.
Priča
Takva tvar kao što je prirodni uranijev oksid poznata je ljudima od davnina, a drevni majstori su je koristili za izradu glazure, kojom su pokrivali razne keramike za vodootpornost posuda i drugih proizvoda, kao i njihove ukrase.
Važan datum u istoriji otkrića ovog hemijskog elementa je 1789. Tada je hemičar i Martin Klaproth, rođen u Njemačkoj, uspio dobiti prvi metalni uranijum. A novi element je dobio ime u čast planete otkrivene osam godina ranije.
Gotovo 50 godina, tada dobijeni uranijum smatran je čistim metalom, međutim, 1840. godine francuski hemičar Eugene-Melchior Peligot je uspio dokazati da materijal koji je Klaproth dobio, uprkos odgovarajućim vanjskim znakovima, uopće nije metal, ali uranijum oksid. Nešto kasnije, isti Peligo je dobio pravi uranijum - vrlo težak sivi metal. Tada je prvi put određena atomska težina takve tvari kao što je uran. Hemijski element je 1874. godine postavio Dmitrij Mendeljejev u svoj čuveni periodni sistem elemenata, a Mendeljejev je dva puta udvostručio atomsku težinu supstance. I samo 12 godina kasnije eksperimentalno je dokazano da nije pogriješio u proračunima.
Radioaktivnost
Ali zaista rašireno zanimanje za ovaj element u naučnim krugovima počelo je 1896. godine, kada je Becquerel otkrio činjenicu da uranijum emituje zrake koje su dobile ime po istraživaču - Becquerelove zrake. Kasnije je jedan od najpoznatijih naučnika u ovoj oblasti, Marie Curie, ovu pojavu nazvala radioaktivnošću.
Sljedeći važan datum u proučavanju uranijuma smatra se 1899. godina: tada je Rutherford otkrio da je zračenje uranijuma nehomogeno i da se dijeli na dvije vrste - alfa i beta zrake. A godinu dana kasnije, Paul Villar (Villard) otkrio je treću, posljednju vrstu radioaktivnog zračenja koja nam je danas poznata - takozvane gama zrake.
Sedam godina kasnije, 1906. godine, Rutherford je, na osnovu svoje teorije radioaktivnosti, izveo prve eksperimente, čija je svrha bila da se utvrdi starost različitih minerala. Ove studije su postavile temelje, između ostalog, za formiranje teorije i prakse
Fisija jezgara uranijuma
Ali, vjerovatno, najvažnije otkriće, zahvaljujući kojem je počelo rasprostranjeno rudarenje i obogaćivanje uranijuma u miroljubive i vojne svrhe, je proces fisije jezgri uranijuma. To se dogodilo 1938. godine, a otkriće su izveli njemački fizičari Otto Hahn i Fritz Strassmann. Kasnije je ova teorija dobila naučnu potvrdu u radovima još nekoliko njemačkih fizičara.
Suština mehanizma koji su otkrili bila je sljedeća: ako jezgro izotopa uranijuma-235 bude ozračeno neutronom, tada, hvatajući slobodni neutron, počinje se dijeliti. I, kao što svi sada znamo, ovaj proces je praćen oslobađanjem ogromne količine energije. To se događa uglavnom zbog kinetičke energije samog zračenja i fragmenata jezgra. Sada znamo kako se dešava fisija uranijuma.
Otkriće ovog mehanizma i njegovi rezultati su početna tačka za upotrebu uranijuma u miroljubive i vojne svrhe.
Ako govorimo o njegovoj upotrebi u vojne svrhe, tada je po prvi put nastala teorija da je moguće stvoriti uvjete za takav proces kao što je kontinuirana reakcija fisije jezgre uranijuma (budući da je za detonaciju nuklearne bombe potrebna ogromna energija). dokazali su sovjetski fizičari Zeldovich i Khariton. Ali da bi se stvorila takva reakcija, uranijum mora biti obogaćen, jer u svom normalnom stanju nema potrebna svojstva.
Upoznali smo se sa istorijom ovog elementa, sada ćemo shvatiti gdje se koristi.
Primjena i vrste izotopa uranijuma
Nakon otkrića takvog procesa kao što je reakcija lančane fisije uranijuma, fizičari su se suočili s pitanjem gdje se može koristiti?
Trenutno postoje dva glavna područja u kojima se koriste izotopi uranijuma. Ovo je miroljubiva (ili energetska) industrija i vojska. I prvi i drugi koriste reakciju izotopa uranijuma-235, samo se izlazna snaga razlikuje. Jednostavno rečeno, u nuklearnom reaktoru nema potrebe stvarati i održavati ovaj proces istom snagom koja je neophodna za izvođenje eksplozije nuklearne bombe.
Dakle, navedene su glavne industrije u kojima se koristi reakcija fisije uranijuma.
Ali dobijanje izotopa uranijuma-235 je izuzetno složen i skup tehnološki zadatak i ne može svaka država priuštiti izgradnju postrojenja za obogaćivanje. Na primjer, za dobijanje dvadeset tona uranijumskog goriva, u kojem će sadržaj izotopa uranijuma 235 biti od 3-5%, biće potrebno obogatiti više od 153 tone prirodnog, "sirovog" uranijuma.
Izotop urana-238 se uglavnom koristi u dizajnu nuklearnog oružja za povećanje njegove snage. Također, kada uhvati neutron, nakon čega slijedi proces beta raspada, ovaj izotop se na kraju može pretvoriti u plutonijum-239 - uobičajeno gorivo za većinu modernih nuklearnih reaktora.
I pored svih nedostataka ovakvih reaktora (skupina, složenost održavanja, opasnost od nesreće), njihov rad se vrlo brzo isplati, a proizvode neuporedivo više energije od klasičnih termo ili hidroelektrana.
Reakcija je također omogućila stvaranje nuklearnog oružja za masovno uništenje. Odlikuje se svojom ogromnom snagom, relativnom kompaktnošću i činjenicom da je u stanju da velike površine zemljišta učini neprikladnim za život ljudi. Istina, moderno atomsko oružje koristi plutonijum, a ne uranijum.
osiromašenog uranijuma
Postoji i takva raznolikost uranijuma kao što je osiromašeni. Ima vrlo nizak nivo radioaktivnosti, što znači da nije opasan za ljude. Ponovo se koristi u vojnoj sferi, na primjer, dodaje se oklopu američkog tenka Abrams kako bi mu dao dodatnu snagu. Osim toga, u gotovo svim visokotehnološkim vojskama možete pronaći razne.Osim velike mase, imaju još jedno vrlo zanimljivo svojstvo - nakon uništenja projektila, njegovi fragmenti i metalna prašina se spontano zapale. I inače, prvi put je takav projektil korišten tokom Drugog svjetskog rata. Kao što vidimo, uranijum je element koji se koristi u različitim oblastima ljudske aktivnosti.
Zaključak
Prema predviđanjima naučnika, oko 2030. godine sva velika nalazišta uranijuma će biti potpuno iscrpljena, nakon čega će početi razvoj njegovih teško dostupnih slojeva i cijena će rasti. Inače, apsolutno je bezopasan za ljude - neki rudari generacijama rade na njegovoj proizvodnji. Sada smo shvatili povijest otkrića ovog kemijskog elementa i kako se koristi reakcija fisije njegovih jezgri.
Inače, poznata je zanimljiva činjenica - spojevi urana su se dugo koristili kao boje za porculan i staklo (tzv. do 1950-ih.