; atom nömrəsi 92, atom kütləsi 238.029; Metal. Təbii uran üç izotopun qarışığından ibarətdir: 238 U - 99,2739% yarımxaricolma dövrü T ½ = 4,51 10 9 il, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 il) və 234 U - 7% T (0,005) ½ = 2,48·10 5 il).
Kütləvi nömrələri 227-dən 240-a qədər olan 11 süni radioaktiv izotopdan uzunömürlü olanı 233 U-dur (T ½ = 1,62·10 5 il); toriumun neytron şüalanması ilə əldə edilir. 238 U və 235 U iki radioaktiv seriyanın əcdadlarıdır.
Tarixi istinad. Uran 1789-cu ildə alman kimyaçısı M. G. Klaproth tərəfindən kəşf edilmiş və onun tərəfindən 1781-ci ildə V. Herşel tərəfindən kəşf edilmiş Uran planetinin şərəfinə adlandırılmışdır. Metalik vəziyyətdə uran 1841-ci ildə fransız kimyaçısı E. Peliqo tərəfindən reduksiya zamanı əldə edilmişdir. kalium metalı ilə UCl 4. Əvvəlcə Urana 120 atom kütləsi verildi və yalnız 1871-ci ildə D.İ.Mendeleyev bu dəyərin ikiqat artırılması qənaətinə gəldi.
Uzun müddət uran yalnız kimyaçıların dar bir dairəsini maraqlandırırdı və boya və şüşə istehsalında məhdud istifadə tapdı. 1896-cı ildə uranda və 1898-ci ildə radiumda radioaktivlik fenomeninin kəşfi ilə radiumun çıxarılması və elmi tədqiqatlarda və təbabətdə istifadəsi məqsədilə uran filizlərinin sənaye emalına başlanıldı. 1942-ci ildən, 1939-cu ildə nüvə parçalanmasının kəşfindən sonra uran əsas nüvə yanacağı oldu.
Uranın təbiətdə yayılması. Uran yer qabığının qranit təbəqəsi və çöküntü qabığı üçün xarakterik elementdir. Yer qabığında (klark) uranın orta miqdarı kütləcə 2,5 10 -4%, turşulu maqmatik süxurlarda 3,5 10 -4%, gil və şistlərdə 3,2 10 -4%, əsas süxurlarda 5 ·10 -5% təşkil edir. , mantiyanın ultraəsaslı süxurlarında 3·10 -7%. Uran soyuq və isti, neytral və qələvi sularda sadə və mürəkkəb ionlar şəklində, xüsusən də karbonat kompleksləri şəklində güclü şəkildə miqrasiya edir. Redoks reaksiyaları uranın geokimyasında mühüm rol oynayır, çünki uran birləşmələri, bir qayda olaraq, oksidləşdirici mühiti olan sularda yüksək dərəcədə həll olunur və azaldıcı mühiti olan sularda (məsələn, hidrogen sulfid) zəif həll olunur.
100-ə yaxın uran mineralı məlumdur; Onlardan 12-si sənaye əhəmiyyətlidir. Geoloji tarix boyu yer qabığında uranın tərkibi radioaktiv parçalanma nəticəsində azalmışdır; Bu proses yer qabığında Pb və He atomlarının toplanması ilə bağlıdır. Uranın radioaktiv parçalanması dərin istilik mənbəyi olmaqla yer qabığının enerjisində mühüm rol oynayır.
Uranın fiziki xassələri. Uran polad rənginə bənzəyir və emal etmək asandır. Üç allotropik modifikasiyaya malikdir - faza çevrilmə temperaturu ilə α, β və γ: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-forma rombvari qəfəsə (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å), β-forma tetraqonal qəfəsə malikdir (720 °C-də a = 10.759Å, b = 5.656), γ-forma - bədən mərkəzli kub qəfəs (850 °C a = 3,538 Å). Uranın α-formasında sıxlığı (25 °C) 19,05 q/sm 3; t pl 1132 °C; qaynama nöqtəsi 3818 ° C; istilik keçiriciliyi (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); xüsusi istilik tutumu (25 °C) 27,67 kJ/(kq K); otaq temperaturunda xüsusi elektrik müqaviməti təxminən 3 · 10 -7 ohm · sm, 600 ° C-də 5,5 · 10 -7 ohm · sm; 0,68 K-də superkeçiriciliyə malikdir; zəif paramaqnit, otaq temperaturunda xüsusi maqnit həssaslığı 1,72·10 -6.
Uranın mexaniki xassələri onun saflığından, mexaniki və istilik müalicə rejimlərindən asılıdır. Tökülmüş uran üçün elastik modulun orta qiyməti 20,5·10 -2 Mn/m 2; otaq temperaturunda dartılma gücü 372-470 Mn/m2; β- və γ-fazalarından sərtləşmədən sonra güc artır; orta Brinell sərtliyi 19,6-21,6·10 2 MN/m 2.
Neytron axını ilə şüalanma (nüvə reaktorunda baş verir) uranın fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərini dəyişir: sürünmə inkişaf edir və kövrəklik artır, məhsulların deformasiyası müşahidə olunur ki, bu da uranın nüvə reaktorlarında müxtəlif uran şəklində istifadəsini məcbur edir. ərintilər.
Uran radioaktiv elementdir. Nüvələr 235 U və 233 U kortəbii olaraq parçalanır, həmçinin effektiv parçalanma kəsiyi 508 10 -24 sm 2 (508 anbar) və 533 10 -24 sm 2 (533 anbar) olan həm yavaş (termal) və həm də sürətli neytronları tutduqda ) müvafiq olaraq. 238 U nüvələrin parçalanması yalnız ən azı 1 MeV enerji ilə sürətli neytronları tutduqda; yavaş neytronları tutarkən, 238 U nüvə xassələri 235 U-ə yaxın olan 239 Pu-ya çevrilir. Sulu məhlullarda uranın kritik kütləsi (93,5% 235 U) 1 kq-dan azdır, açıq top üçün - təxminən 50 kq, reflektorlu bir top üçün - 15-23 kq; kritik kütlə 233 U, 235 U kritik kütlənin təxminən 1/3 hissəsidir.
Uranın kimyəvi xassələri. Uran atomunun xarici elektron qabığının konfiqurasiyası 7s 2 6d l 5f 3-dir. Uran reaktiv metaldır, birləşmələrdə +3, +4, + 5, +6, bəzən +2 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir; ən sabit birləşmələr U (IV) və U (VI) olur. Havada yavaş-yavaş oksidləşir, səthdə bir oksid (IV) filmi əmələ gəlir, bu da metalı sonrakı oksidləşmədən qorumur. Toz halında uran pirofordur və parlaq alovla yanır. Oksigenlə oksid (IV) UO 2, oksid (VI) UO 3 və çoxlu sayda ara oksidlər əmələ gətirir, bunlardan ən vacibi U 3 O 8-dir. Bu ara oksidlər UO 2 və UO 3-ə oxşar xüsusiyyətlərə malikdir. Yüksək temperaturda UO 2 UO 1,60-dan UO 2,27-ə qədər geniş homojenliyə malikdir. 500-600 ° C-də flüor ilə UF 4 tetraflorid (yaşıl iynə formalı kristallar, suda və turşularda bir az həll olunur) və UF 6 heksaflorid (56,4 ° C-də ərimədən sublimasiya edən ağ kristal maddə) əmələ gətirir; kükürdlə - ABŞ (nüvə yanacağı) ən vacib olan bir sıra birləşmələr. Uran 220 °C-də hidrogenlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, hidrid UH 3 alınır; azotla 450 ilə 700 ° C arasında olan temperaturda və atmosfer təzyiqində - U 4 N 7 nitridi; daha yüksək azot təzyiqində və eyni temperaturda UN, U 2 N 3 və UN 2 əldə edilə bilər; 750-800 ° C-də karbonla - monokarbid UC, dikarbid UC 2, həmçinin U 2 C 3; metallarla müxtəlif növ ərintilər əmələ gətirir. Uran qaynar su ilə yavaş-yavaş reaksiya verir, UO 2 nH 2, su buxarı ilə - 150-250 ° C temperatur aralığında; xlorid və azot turşularında həll olunur, konsentratlaşdırılmış hidrofluorik turşuda az həll olunur. U(VI) uranil ionunun UO 2 2+ əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur; uranil duzları sarı rəngdədir və suda və mineral turşularda çox həll olur; U(IV) duzları yaşıl və az həll olunur; uranil ionu həm qeyri-üzvi, həm də üzvi maddələrlə sulu məhlullarda kompleks əmələ gəlmə qabiliyyətinə malikdir; Texnologiya üçün ən vacib olanlar karbonat, sulfat, ftor, fosfat və digər komplekslərdir. Çoxlu sayda uranatlar (saf formada təcrid olunmamış uran turşusunun duzları) məlumdur, onların tərkibi istehsal şəraitindən asılı olaraq dəyişir; Bütün uranatlar suda aşağı həll olur.
Uran və onun birləşmələri radiasiya və kimyəvi cəhətdən zəhərlidir. Peşə məruz qalma üçün maksimum icazə verilən doza (MAD) ildə 5 rem təşkil edir.
Uranı qəbul etmək. Uran, tərkibində 0,05-0,5% U olan uran filizlərindən alınır. Uranı həmişə müşayiət edən radiumun γ-şüalanmasına əsaslanan məhdud radiometrik çeşidləmə üsulu istisna olmaqla, filizlər praktiki olaraq zənginləşdirilmir. Əsasən filizlər sulfat, bəzən azot turşuları və ya soda məhlulları ilə uranın UO 2 SO 4 və ya kompleks anionlar 4- şəklində turşu məhluluna, soda məhluluna isə 4 şəklində ötürülməklə yuyulur. -. Məhlullardan və pulpalardan uranı çıxarmaq və konsentratlaşdırmaq, həmçinin onu çirklərdən təmizləmək üçün ion dəyişdirici qatranlarda sorbsiya və üzvi həlledicilərlə (tributilfosfat, alkilfosfor turşuları, aminlər) ekstraksiyasından istifadə olunur. Sonra qələvi əlavə etməklə məhlullardan ammonium və ya natrium uranatlar və ya U(OH) 4 hidroksid çökdürülür. Yüksək saflıqda birləşmələr əldə etmək üçün texniki məhsullar nitrat turşusunda həll edilir və son məhsulları UO 3 və ya U 3 O 8 olan təmizləyici təmizləmə əməliyyatlarına məruz qalır; bu oksidlər 650-800 °C-də hidrogen və ya dissosiasiya edilmiş ammonyak tərəfindən UO 2-ə qədər azaldılır, sonra 500-600 °C-də hidrogen flüorid qazı ilə emal edilərək UF 4-ə çevrilir. UF 4 həmçinin kristal hidrat UF 4 nH 2 O-nun məhlullardan hidrofluorik turşu ilə çökdürülməsi, ardınca məhsulun 450 °C-də hidrogen axınında susuzlaşdırılması yolu ilə də əldə edilə bilər. Sənayedə UF 4-dən uranın alınmasının əsas üsulu onun kalsium-termik və ya maqnezium-termik reduksiyası ilə uranın 1,5 tona qədər çəkisi olan külçələr şəklində buraxılmasıdır.Külçələr vakuum sobalarında təmizlənir.
Uran texnologiyasında çox mühüm proses onun 235 U izotopunun filizlərdəki təbii tərkibdən yuxarı zənginləşdirilməsi və ya bu izotopun saf formada təcrid edilməsidir, çünki 235 U əsas nüvə yanacağıdır; Bu, 238 U və 235 U kütlələrinin fərqinə əsaslanan qaz istilik diffuziyası, mərkəzdənqaçma və digər üsullarla həyata keçirilir; ayırma proseslərində uran uçucu heksaflorid UF 6 şəklində istifadə olunur. Yüksək zənginləşdirilmiş uran və ya izotopları əldə edərkən onların kritik kütlələri nəzərə alınır; bu halda ən əlverişli üsul uran oksidlərinin kalsiumla reduksiyasıdır; yaranan CaO şlak turşularda həll olunmaqla urandan asanlıqla ayrılır. Toz halında uran, oksid (IV), karbidlər, nitridlər və digər odadavamlı birləşmələri almaq üçün toz metallurgiya üsullarından istifadə olunur.
Uranın tətbiqi. Uran metalı və ya onun birləşmələri ilk növbədə nüvə reaktorlarında nüvə yanacağı kimi istifadə olunur. Uran izotoplarının təbii və ya az zənginləşdirilmiş qarışığı atom elektrik stansiyalarının stasionar reaktorlarında, yüksək zənginləşdirilmiş məhsul atom elektrik stansiyalarında və ya sürətli neytronlarda işləyən reaktorlarda istifadə olunur. 235 U nüvə silahlarında nüvə enerjisinin mənbəyidir. 238 U ikinci dərəcəli nüvə yanacağı - plutonium mənbəyi kimi xidmət edir.
Bədəndə uran. Bitkilərin, heyvanların və insanların toxumalarında mikromiqdarlarda (10 -5 -10 -8%) olur. Bitki külündə (torpaqda uranın miqdarı təxminən 10 -4% olan) onun konsentrasiyası 1,5·10 -5% təşkil edir. Ən böyük dərəcədə uran bəzi göbələklər və yosunlar tərəfindən toplanır (sonuncu uranın zəncir suyu - su bitkiləri - balıqlar - insanlar boyunca biogen miqrasiyasında fəal iştirak edir). Uran heyvanların və insanların orqanizminə qida və su ilə mədə-bağırsaq traktında, tənəffüs yollarında hava ilə, həmçinin dəri və selikli qişalar vasitəsilə daxil olur. Uran birləşmələri mədə-bağırsaq traktında sorulur - həll olunan birləşmələrin daxil olan miqdarının təxminən 1% -i və az həll olunanların 0,1% -dən çox olmaması; 50% və 20% müvafiq olaraq ağciyərlərdə sorulur. Uran bədəndə qeyri-bərabər paylanır. Əsas depo (çökmə və yığılma yerləri) dalaq, böyrəklər, skelet, qaraciyər və zəif həll olunan birləşmələri tənəffüs edərkən ağciyərlər və bronxopulmoner limfa düyünləridir. Uran (karbonatlar və zülallarla komplekslər şəklində) qanda uzun müddət dövr etmir. Heyvanların və insanların orqan və toxumalarında uranın miqdarı 10 -7 q/q-dan çox deyil. Belə ki, mal-qaranın qanında 1·10 -8 q/ml, qaraciyərdə 8·10 -8 q/q, əzələlərdə 4·10 -11 q/q, dalaqda 9·10 8-8 q/q olur. İnsan orqanlarında uranın tərkibi: qaraciyərdə 6·10 -9 q/q, ağciyərlərdə 6·10 -9 -9·10 -9 q/q, dalaqda 4,7·10 -7 q/q. , qanda 4-10 -10 q/ml, böyrəklərdə 5,3·10 -9 (kortikal təbəqə) və 1,3·10 -8 q/q (medulyar təbəqə), sümüklərdə 1·10 -9 q/q. , sümük iliyində 1-10 -8 q/q, saçda 1,3·10 -7 q/q. Sümük toxumasında olan uran onun daimi şüalanmasına səbəb olur (uranın skeletdən yarı ömrü təxminən 300 gündür). Uranın ən aşağı konsentrasiyası beyində və ürəkdə olur (10 -10 q/q). Uranın qida və mayelərlə gündəlik qəbulu 1,9·10 -6 q, hava ilə - 7·10 -9 q. Uranın insan orqanizmindən gündəlik ifrazı: sidiklə 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 q, nəcislə - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 q, saçla - 2·10 -8 q.
Radiasiyadan Mühafizə üzrə Beynəlxalq Komissiyanın məlumatına görə, insan orqanizmində uranın orta miqdarı 9·10 -5 q təşkil edir.Müxtəlif regionlar üçün bu dəyər dəyişə bilər. Uran heyvanların və bitkilərin normal fəaliyyəti üçün lazım olduğuna inanılır.
Uranın zəhərli təsiri onun kimyəvi xassələri ilə müəyyən edilir və həll olunma qabiliyyətindən asılıdır: uran və uranın digər həll olunan birləşmələri daha zəhərlidir. Uran və onun birləşmələri ilə zəhərlənmə uran xammalının hasilatı və emalı müəssisələrində və onun texnoloji prosesdə istifadə olunduğu digər sənaye obyektlərində mümkündür. Bədənə daxil olduqda, uran ümumi hüceyrə zəhəri olmaqla bütün orqan və toxumalara təsir göstərir. Zəhərlənmə əlamətləri böyrəklərin ilkin zədələnməsi (sidikdə zülal və şəkərin görünüşü, sonrakı oliquriya) səbəb olur; qaraciyər və mədə-bağırsaq traktları da təsirlənir. Kəskin və xroniki zəhərlənmələr var; sonuncular tədricən inkişaf və daha az ağır simptomlarla xarakterizə olunur. Xroniki intoksikasiya ilə hematopoez, sinir sistemi və s. pozğunluqlar mümkündür.Uranın molekulyar təsir mexanizminin fermentlərin fəaliyyətini boğmaq qabiliyyəti ilə əlaqəli olduğuna inanılır.
URAN (Uran planetinin adından), U - radioaktiv kimyəvi maddə. elementlərin dövri sisteminin III qrupunun elementi; saat. n. 92, saat. m 238.029; aktinidlərə aiddir. Gümüş ağ parlaq metal. Birləşmələrdə +2 ilə +6 arasında oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir, ən xarakterik +4 və +6 olur.
Təbii uran 238U (99,282%), 235U (0,712%) və 234U (0,006%) izotoplarından ibarətdir. Süni izotoplar arasında 233U izotopunun praktiki əhəmiyyəti vardır. U. oksidi U02 şəklində (1789) alman tərəfindən kəşf edilmişdir. kimyaçı M.-G. Klaproth. Uran metalı (1841) fransızlar tərəfindən qəbul edilmişdir. kimyaçı E.-M. Peliqo. 40-cı illərdən 20-ci əsr U. neytronların tutulması zamanı atomlarının parçalanması zamanı ayrılan nüvə enerjisi mənbəyi kimi əhəmiyyət kəsb etmişdir; 235U və 233U bu xüsusiyyətə malikdir. 238U izotopu, neytronları tutarkən, nüvə yanacağı olan (239Pu) çevrilir. Yer qabığında uranın miqdarı 0,3-0,0004% təşkil edir. Onun əsas mineralı müxtəlif uranit - pitchblend (uran qatışı) (40-76% U). Uran az miqdarda qranitlərdə (0,0004%), torpaqlarda (0,0001 -0,00004%) və sularda (~10 -8%) olur.
Onun allotropik modifikasiyalarının üçü məlumdur: ortoromb kristal qəfəsli və dövrləri a = 2.8541 A, b = 5.8692 A və c = 4.9563 A (temperatur 25 ° C), t-re 667 ° C-də çevrilən alfa-uran. tetraqonal kristal qəfəsli və a = 10,759 A və c = 5,656 A (t-ra 720 ° C) dövrlərlə beta-uran; 774,8 ° C temperaturdan yuxarı olan qamma-uran bədən mərkəzli kub qəfəslə və a = 3,524 A (temperatur 805 ° C) dövrlə sabitdir.
Alfa-uranın otaq temperaturunda sıxlığı 19,05 q/sm3; ərimə nöqtəsi 1132 ° C; qaynama nöqtəsi 3820 ° C (təzyiq 1 at). Alfa çevrilmə istiliyi⇄ beta, beta ⇄ qamma, uranın əriməsi və buxarlanması, müvafiq olaraq ~ 0,70; 1.15; 4,75 və 107-117 kkal/mol. İstilik tutumu c = 6,4 kal/mol (temperatur 25°C). Orta əmsal a, b və c oxları boyunca alfa uranın istilik genişlənməsi 20-500 ° C temperatur aralığında müvafiq olaraq 32,9; -6,3 və 27,6 10-6 dərəcə-1. Otaq temperaturunda uranın istilik keçiricilik əmsalı ~ 0,06 kal/sm san dərəcədir və temperaturun artması ilə artır. Alfa uranın elektrik müqaviməti kristalloqrafik istiqamətdən asılıdır; yüksək təmizliyə malik polikristal nümunənin uranı üçün onun orta dəyəri otaq temperaturunda ~ 30 μΩ x sm-dir və 600 ° C-də ~ 54 μΩ x sm-ə qədər artır. Young modulunun anizotropiyası alfa uranda da müşahidə olunur. Polikristal alfa uranın Young modulu 2,09 x 10 4 kqf/mm2; kəsmə modulu 0,85 x 10 4 kqf/mm2; əmsal Puasson 0.23. Alfa-uranın otaq temperaturunda sərtliyi HV = 200-dir, lakin 600 ° C temperaturda 12-ə qədər azalır.
Alfadan beta urana keçid zamanı sərtlik ~ 10-dan ~ 30-a qədər artır. 20 ° C temperaturda tavlanmış alfa uranın (0,02% C) dartılma gücü ~ 42 kqf/mm2 təşkil edir, 49 kqf/a qədər artır. 100 9 C temperaturda mm2 və sonra temperaturun 600° C-ə qədər artması ilə demək olar ki, xətti olaraq ~ 11 kqf/mm2-ə qədər azalır. 20° C temperaturda akma dayanımı, nisbi uzanma və nisbi daralma müvafiq olaraq müəyyən edilir. 26 kqf/ mm2, 8 və 11%, 600° C temperaturda isə - 9 kqf/mm2, 26 və 65%. Karbon miqdarının 0,01-dən 0,20%-ə qədər artırılması güc və məhsuldarlıq limitlərini artırır.σ 0,2, müvafiq olaraq, 37 və 24-dən 52 və 32 kqf / mm2-ə qədər. Uranın bütün mexaniki xüsusiyyətləri əhəmiyyətli dərəcədə çirklərin mövcudluğundan və ilkin müalicədən asılıdır.
Uranın sürünməsi xüsusilə temperaturun tsiklik dəyişmələrindən asılıdır, bu, əmsaldakı böyük fərq səbəbindən yaranan əlavə istilik stressləri ilə əlaqələndirilir. alfa-uranın müxtəlif kristalloqrafik istiqamətləri boyunca istilik genişlənməsi. 20 və 100 ° C (müvafiq olaraq 1,4 və 2,3 kqf-m/sm2) temperaturda aşağı olan alfa-uranın (0,03% C) təsir gücü 500° temperaturda demək olar ki, xətti olaraq 11,7 kqf-m/sm2-ə qədər artır. C. Xarakterik xüsusiyyət təkrar isitmə və soyutma təsiri altında ox boyunca teksturaya malik polikristal alfa-uran çubuqlarının uzanmasıdır.
Uran atomları parçalandıqda və uranda həll olunmayanlar əmələ gəlir ki, bu da metalın şişməsinə səbəb olur (nüvə yanacağı üçün çox arzuolunmazdır). Otaq temperaturunda belə uran quru havada nazik oksid təbəqəsinin əmələ gəlməsi ilə oksidləşir; 200°C temperaturda qızdırıldıqda miqyaslı dioksid U02, 200-400°C - U308, daha yüksək temperaturda əmələ gəlir. temperatur - U308.U03 (daha doğrusu, bu oksidlərə əsaslanan bərk məhlullar). Oksidləşmə dərəcəsi 50°C temperaturda aşağı, 300°C temperaturda isə çox yüksəkdir.Uran 400°C-dən aşağı temperaturda azotla yavaş-yavaş, lakin 750-800°C temperaturda kifayət qədər tez reaksiya verir.Qarşılıqlı təsir hidrogen ilə hidrid UH3 əmələ gəlməsi ilə artıq otaq temperaturunda baş verir.
70 ° C-ə qədər temperaturda suda uran üzərində qoruyucu təsir göstərən dioksid təbəqəsi əmələ gəlir; 100° C temperaturda qarşılıqlı təsir əhəmiyyətli dərəcədə sürətlənir. U. almaq üçün onun filizləri yaş kimyəvi maddələrlə zənginləşdirilir. üsul, oksidləşdirici maddənin - manqan dioksidin iştirakı ilə sulfat turşusu ilə yuyulma. Uran sulfat məhlulundan üzvi həlledicilərlə çıxarılır və ya fenolik qatranlarla təcrid olunur. Nəticədə konsentrat azot məhlulunda həll olunur. Nəticədə uranil nitrat U02 (N03)2, məsələn, butil fosfat ilə çıxarılır və sonuncudan azad edildikdən sonra U birləşmələri 500-700 ° C temperaturda parçalanır. Nəticədə yüksək təmizlikdə olan U308 və U03 600-800 ° C temperaturda hidrogenlə dioksid U02-ə qədər azaldılır.
Uran metal uran dioksid UO2 və ya uran tetrafluoride UF4 metalotermik reduksiya (kalsium və ya maqnezium ilə) ilə əldə edilir, əvvəllər 500 ° C temperaturda susuz hidrogen flüorid təsiri ilə dioksid əldə Sonuncu üsul daha çox yayılmışdır və imkan verir. bir tondan çox çəkisi olan yüksək təmizlikli külçələr (0,0045% Fe, 0,001% Si, 0,003% C) əldə etmək üçün. Uran metalı həm də tərkibində UF4 olan duz vannalarında 800-1200° C temperaturda elektroliz yolu ilə əldə edilir. Xam uran adətən qrafit tigelərdə, yüksək tezlikli vakuum sobalarında tökmə ilə təmizləyici əritməyə (temperatur 1450-1600° C) məruz qalır. qrafit qəliblərə.
Kiçik prototiplər alfa vəziyyətində döymə yolu ilə deformasiya olunur, bu da böyük külçələri deformasiya etmək üçün alfa və ya qamma vəziyyətində basmaqla yanaşı istifadə olunur. Soyuq yayma uranın möhkəmlik xüsusiyyətlərini, sıxılma zamanı sərtliyi 40% artırır, HV-ni 235-dən 325-ə qədər artırır. Sərtləşmənin aradan qaldırılması əsasən texniki təmizlik metalında 350-450 ° C temperaturda baş verir və bu şərtlərdə yenidən kristallaşma ilə müşayiət olunur. ; ikincili, kollektiv yenidən kristallaşma 600-650° C temperaturda inkişaf edir. Uranın beta və ya qamma vəziyyətindən suda və ya yağda soyudulması alfa fazasının əmələ gəlməsini maneə törətmir, lakin alfa uranın taxılını, xüsusən də varlığında saflaşdırır. çirkləri. Metal U.,
İraqın BMT-dəki səfirinin mesajında Məhəmməd Əli əl-Həkim iyulun 9-da İŞİD ekstremistlərinin (İraq Şam İslam Dövləti) ixtiyarında olduğu deyilir. MAQATE (Beynəlxalq Atom Enerjisi Agentliyi) İraqın əvvəllər istifadə etdiyi nüvə maddələrinin aşağı zəhərli xüsusiyyətlərə malik olduğunu və buna görə də islamçılar tərəfindən ələ keçirilən materialları bəyan etməyə tələsdi.
Vəziyyətlə tanış olan ABŞ hökumətindəki mənbə Reuters agentliyinə deyib ki, yaraqlılar tərəfindən oğurlanan uran çox güman ki, zənginləşdirilməyib və buna görə də nüvə silahı hazırlamaq üçün istifadə oluna bilməyəcək. “RİA Novosti” xəbər verir ki, İraq hakimiyyəti bu hadisə ilə bağlı BMT-yə rəsmi məlumat verib və onları “istifadə təhlükəsinin qarşısını almağa” çağırıb.
Uran birləşmələri son dərəcə təhlükəlidir. AiF.ru konkret olaraq nədən, eləcə də kimin və necə nüvə yanacağını istehsal edə biləcəyindən danışır.
Uran nədir?
Uran atom nömrəsi 92 olan kimyəvi elementdir, gümüşü-ağ parlaq metaldır, dövri cədvəldə U simvolu ilə təyin olunur. Təmiz formada poladdan bir qədər yumşaqdır, çevikdir, çevikdir, yer qabığında (litosferdə) tapılır. ) və dəniz suyunda və təmiz formada praktiki olaraq baş vermir. Nüvə yanacağı uran izotoplarından hazırlanır.
Uran ağır, gümüşü-ağ, parlaq metaldır. Foto: Commons.wikimedia.org / Orijinal yükləyici en.wikipedia-da Zxctypo idi.
Uranın radioaktivliyi
1938-ci ildə alman fiziklər Otto Hahn və Fritz Strassmann uran nüvəsini neytronlarla şüalandırdı və bir kəşf etdi: sərbəst neytron tutaraq, uran izotop nüvəsi parçalanır və parçaların və şüalanmanın kinetik enerjisi hesabına çox böyük enerji buraxır. 1939-1940-cı illərdə Yuli Xariton Və Yakov Zeldoviç ilk dəfə nəzəri olaraq izah etdi ki, təbii uranın uran-235 ilə kiçik zənginləşdirilməsi ilə atom nüvələrinin fasiləsiz parçalanmasına şərait yaratmaq, yəni prosesə zəncirvari xarakter vermək olar.
Zənginləşdirilmiş uran nədir?
Zənginləşdirilmiş uran istifadə edərək istehsal olunan urandır uranda 235U izotopunun payının artırılmasının texnoloji prosesi. Nəticədə təbii uran zənginləşdirilmiş uran və tükənmiş urana bölünür. Təbii urandan 235U və 234U çıxarıldıqdan sonra qalan material (uran-238) 235 izotopunda tükəndiyi üçün "tükənmiş uran" adlanır. Bəzi hesablamalara görə, ABŞ-da təxminən 560.000 ton tükənmiş uran heksaflorid (UF6) var. Tükənmiş uran təbii uranın yarısı qədər radioaktivdir, əsasən ondan 234U-nun çıxarılması səbəbindən. Uranın əsas istifadəsi enerji istehsalı olduğundan, tükənmiş uran aşağı iqtisadi dəyəri olan az istifadə olunan məhsuldur.
Nüvə enerjisində yalnız zənginləşdirilmiş uran istifadə olunur. Ən çox istifadə edilən uranın izotopu 235U-dur ki, burada öz-özünə davam edən nüvə zəncirvari reaksiya mümkündür. Buna görə də bu izotop nüvə reaktorlarında və nüvə silahlarında yanacaq kimi istifadə olunur. U235 izotopunun təbii urandan təcrid edilməsi bir çox ölkənin həyata keçirə bilməyəcəyi mürəkkəb texnologiyadır. Uranın zənginləşdirilməsi atom nüvə silahlarının - birfazalı və ya birpilləli partlayıcı qurğuların istehsalına imkan verir ki, burada əsas enerji çıxışı daha yüngül elementlər yaratmaq üçün ağır nüvələrin parçalanmasının nüvə reaksiyasından gəlir.
Toriumdan reaktorlarda süni şəkildə istehsal olunan uran-233 (torium-232 neytron tutur və torium-233-ə çevrilir, protaktinium-233-ə, sonra isə uran-233-ə çevrilir) gələcəkdə nüvə enerjisi üçün ümumi nüvə yanacağı ola bilər. bitkilər (artıq bu nuklidi yanacaq kimi istifadə edən reaktorlar var, məsələn Hindistanda KAMINI) və atom bombalarının istehsalı (kritik kütləsi təxminən 16 kq).
Təxminən 20 mm diametrli 30 mm çaplı mərminin (A-10 təyyarəsinin GAU-8 topu) nüvəsi tükənmiş urandan hazırlanır. Foto: Commons.wikimedia.org / Orijinal yükləyici en.wikipedia saytında Nrcprm2026 idi
Zənginləşdirilmiş uran hansı ölkələr istehsal edir?
- Fransa
- Almaniya
- Hollandiya
- İngiltərə
- Yaponiya
- Rusiya
- Çin
- Pakistan
- Braziliya
Dünya uran istehsalının 94%-ni istehsal edən 10 ölkə. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Uran birləşmələri niyə təhlükəlidir?
Uran və onun birləşmələri zəhərlidir. Uran və onun birləşmələrinin aerozolları xüsusilə təhlükəlidir. Suda həll olunan uran birləşmələrinin aerozolları üçün havada icazə verilən maksimal konsentrasiya (MPC) 0,015 mq/m³, uranın həll olunmayan formaları üçün MAC 0,075 mq/m³ təşkil edir. Uran bədənə daxil olduqda, ümumi hüceyrə zəhəri olmaqla bütün orqanlara təsir göstərir. Uran, bir çox digər ağır metallar kimi, demək olar ki, geri dönməz şəkildə zülallara, ilk növbədə amin turşularının sulfid qruplarına bağlanır və onların funksiyasını pozur. Uranın molekulyar təsir mexanizmi onun ferment aktivliyini boğmaq qabiliyyəti ilə bağlıdır. Böyrəklər ilk növbədə təsirlənir (sidikdə protein və şəkər görünür, oliquriya). Xroniki intoksikasiya ilə hematopoez və sinir sisteminin pozğunluqları mümkündür.
Uranın dinc məqsədlər üçün istifadəsi
- Kiçik bir uranın əlavə edilməsi şüşəyə gözəl sarı-yaşıl rəng verir.
- Natrium uran rəngkarlıqda sarı piqment kimi istifadə olunur.
- Uran birləşmələri çini üzərində rəngləmə və keramika şirləri və minaları üçün boya kimi istifadə olunurdu (oksidləşmə dərəcəsindən asılı olaraq sarı, qəhvəyi, yaşıl və qara rənglərlə boyanır).
- 20-ci əsrin əvvəllərində uranil nitrat neqativləri və pozitivləri (fotoqrafik izləri) qəhvəyi rəngi artırmaq üçün geniş istifadə olunurdu.
- Dəmir və tükənmiş uranın ərintiləri (uran-238) güclü maqnitostriktiv materiallar kimi istifadə olunur.
İzotop, eyni atom (sıra) nömrəsi olan, lakin müxtəlif kütlə nömrələrinə malik olan kimyəvi elementin müxtəlif atomlarıdır.
Aktinidlərə aid olan dövri sistemin III qrupunun elementi; ağır, bir qədər radioaktiv metal. Torium bəzən əvəzedilməz rol oynadığı bir sıra tətbiqlərə malikdir. Bu metalın elementlərin dövri cədvəlindəki mövqeyi və nüvənin quruluşu onun atom enerjisindən dinc məqsədlərlə istifadəsi sahəsində istifadəsini əvvəlcədən müəyyənləşdirdi.
*** Oliquriya (yunan dilindən oliqos - kiçik və Ouron - sidik) - böyrəklər tərəfindən ifraz olunan sidik miqdarının azalması.
Uran Günəş sistemindəki yeddinci planet və üçüncü qaz nəhəngidir. Planet kütləsinə görə üçüncü və dördüncü ən böyükdür və adını Roma tanrısı Saturnun atasının şərəfinə almışdır.
Tam olaraq Uran müasir tarixdə kəşf edilən ilk planet olmaq şərəfinə malikdir. Lakin, əslində, onun planet kimi ilk kəşfi əslində baş vermədi. 1781-ci ildə astronom William HerschelƏkizlər bürcündə ulduzları müşahidə edərkən o, əvvəlcə kometa kimi qeyd etdiyi diskşəkilli müəyyən bir obyekt gördü və bu barədə İngiltərə Kral Elmi Cəmiyyətinə bildirdi. Ancaq sonradan Herşelin özü də cismin orbitinin kometalarda olduğu kimi praktiki olaraq dairəvi və elliptik olmadığı ortaya çıxdı. Yalnız bu müşahidə digər astronomlar tərəfindən təsdiq edildikdən sonra Herşel əslində kometa deyil, planet kəşf etdiyi qənaətinə gəldi və bu kəşf nəhayət geniş şəkildə qəbul edildi.
Kəşf edilmiş obyektin planet olduğu barədə məlumatları təsdiq etdikdən sonra Herşel ona öz adını verməkdən qeyri-adi imtiyaz aldı. Astronom tərəddüd etmədən İngiltərə kralı III Corcun adını seçdi və planetə Georgium Sidus adını verdi, bu da tərcümədə “Corcun Ulduzu” deməkdir. Ancaq adı heç vaxt elmi tanınma və qəbul etmədi alimlər, əksər hallarda, belə qənaətə gəldilər ki, günəş sisteminin planetlərinin adlandırılmasında müəyyən bir ənənəyə riayət etmək, yəni onları qədim Roma tanrılarının şərəfinə adlandırmaq daha yaxşıdır. Uran müasir adını belə aldı.
Hazırda Uran haqqında məlumat toplamağa nail olan yeganə planet missiyası Voyager 2-dir.
1986-cı ildə baş tutan bu görüş alimlərə planet haqqında kifayət qədər böyük həcmdə məlumat əldə etməyə və bir çox kəşflər etməyə imkan verdi. Kosmik gəmi Uranın, onun peyklərinin və halqalarının minlərlə fotoşəkilini ötürdü. Planetin bir çox fotoşəkilləri yerüstü teleskoplardan görünə bilən mavi-yaşıl rəngdən bir qədər çoxunu göstərsə də, digər şəkillər əvvəllər məlum olmayan on ayın və iki yeni halqanın varlığını göstərirdi. Yaxın gələcəkdə Urana yeni missiyalar planlaşdırılmır.
Uranın tünd mavi rənginə görə planetin atmosfer modelini yaratmaq eyni və ya hətta modellərdən daha çətin olduğu ortaya çıxdı. Xoşbəxtlikdən, Hubble Kosmik Teleskopundan alınan görüntülər daha geniş mənzərə təqdim etdi. Daha müasir teleskop görüntüləmə texnologiyaları Voyager 2-dən daha ətraflı təsvirlər əldə etməyə imkan verdi. Beləliklə, Hubble fotoşəkilləri sayəsində digər qaz nəhənglərində olduğu kimi Uranda da enlik zolaqlarının olduğunu öyrənmək mümkün oldu. Bundan əlavə, planetdə küləyin sürəti 576 km/saatdan çox ola bilər.
Hesab edilir ki, monoton atmosferin yaranmasına səbəb onun ən yuxarı təbəqəsinin tərkibidir. Buludların görünən təbəqələri, ilk növbədə, qırmızı rəngə uyğun gələn müşahidə olunan dalğa uzunluqlarını udan metandan ibarətdir. Beləliklə, əks olunan dalğalar mavi və yaşıl rənglərlə təmsil olunur.
Bu xarici metan təbəqəsinin altında atmosfer təxminən 83% hidrogen (H2) və 15% heliumdan ibarətdir, bəzi metan və asetilen də mövcuddur. Bu tərkib Günəş sistemindəki digər qaz nəhənglərinə bənzəyir. Ancaq Uranın atmosferi başqa bir şəkildə təəccüblü şəkildə fərqlidir. Yupiter və Saturnda əsasən qaz atmosferi olsa da, Uranın atmosferində daha çox buz var. Bunun sübutu səthdə həddindən artıq aşağı temperaturdur. Uranın atmosferinin temperaturunun -224 ° C-ə çatdığını nəzərə alsaq, onu Günəş sistemindəki ən soyuq atmosfer adlandırmaq olar. Bundan əlavə, mövcud məlumatlar göstərir ki, belə olduqca aşağı temperaturlar Uranın demək olar ki, bütün səthində, hətta Günəş tərəfindən işıqlandırılmayan tərəfdə də mövcuddur.
Uran, planetoloqların fikrincə, iki təbəqədən ibarətdir: nüvə və mantiya. Mövcud modellər nüvənin əsasən qaya və buzdan ibarət olduğunu və kütləsinin təxminən 55 dəfə olduğunu göstərir. Planetin mantiyasının çəkisi 8,01 x 10, gücü 24 kq və ya təxminən 13,4 Yer kütləsidir. Bundan əlavə, mantiya su, ammonyak və digər uçucu elementlərdən ibarətdir. Uranın mantiyası ilə Yupiter və Saturn arasındakı əsas fərq, sözün ənənəvi mənasında olmasa da, buzlu olmasıdır. Fakt budur ki, buz çox isti və qalındır, mantiyanın qalınlığı isə 5,111 km-dir.
Uranın tərkibində ən təəccüblü olan və onu ulduz sistemimizin digər qaz nəhənglərindən fərqləndirən cəhəti onun Günəşdən aldığı enerjidən daha çox enerji yaymamasıdır. Ölçüsünə görə Urana çox yaxın olan hətta Günəşdən aldığı istilikdən təxminən 2,6 dəfə çox istilik əmələ gətirdiyini nəzərə alsaq, bu gün elm adamlarını Uranın yaratdığı belə zəif bir güc çox maraqlandırır. Hazırda bu fenomen üçün iki izahat var. Birincisi onu göstərir ki, Uranın keçmişdə nəhəng kosmik obyektə məruz qalması planetin daxili istiliyinin çox hissəsini (formalaşma zamanı əldə etdiyi) kosmosa itirməsinə səbəb olub. İkinci nəzəriyyə planetin daxilində planetin daxili istiliyinin səthə çıxmasına imkan verməyən bir növ maneə olduğunu bildirir.
Uranın orbiti və fırlanması
Uranın kəşfi elm adamlarına məlum Günəş sisteminin radiusunu demək olar ki, iki dəfə artırmağa imkan verdi. Bu o deməkdir ki, Uranın orbiti orta hesabla 9 km gücündə təxminən 2,87 x 10 təşkil edir. Belə böyük məsafənin səbəbi günəş radiasiyasının Günəşdən planetə keçmə müddətidir. Günəş işığının Urana çatması təxminən iki saat qırx dəqiqə çəkir ki, bu da günəş işığının Yerə çatmasından təxminən iyirmi dəfə uzundur. Nəhəng məsafə Uranda ilin uzunluğuna da təsir edir; təxminən 84 Yer ili davam edir.
Uranın orbital ekssentrikliyi 0,0473 təşkil edir ki, bu da Yupiterdən bir qədər azdır - 0,0484. Bu amil Uranı dairəvi orbitə görə Günəş sistemindəki bütün planetlər arasında dördüncü edir. Uranın orbitinin belə kiçik ekssentrikliyinin səbəbi ondan ibarətdir ki, onun 2,74 x 10 perihelionunun 9 km gücünə və 3,01 x 109 km afeliyası arasındakı fərq 8 km gücünə cəmi 2,71 x 10 bərabərdir.
Uranın fırlanması ilə bağlı ən maraqlı məqam oxun mövqeyidir. Fakt budur ki, Urandan başqa hər bir planet üçün fırlanma oxu onların orbital müstəvisinə təxminən perpendikulyardır, lakin Uranın oxu demək olar ki, 98 ° əyilmişdir, bu da Uranın öz tərəfində fırlanması deməkdir. Planet oxunun bu mövqeyinin nəticəsi ondan ibarətdir ki, Uranın şimal qütbü planet ilinin yarısı Günəşdə, digər yarısı isə planetin cənub qütbündədir. Başqa sözlə, Uranın bir yarımkürəsində gündüz 42 Yer ili, digər yarımkürəsində isə gecə eyni miqdarda davam edir. Alimlər yenə də Uranın “yan tərəfə çevrilməsinin” səbəbi kimi nəhəng kosmik cisimlə toqquşmanı göstərirlər.
Günəş sistemimizdəki halqaların ən məşhurunun uzun müddət Saturnun halqaları olaraq qaldığını nəzərə alsaq, Uranın halqalarını 1977-ci ilə qədər kəşf etmək mümkün olmadı. Ancaq bu, yeganə səbəb deyil, belə gec aşkarlanmasının daha iki səbəbi var: planetin Yerdən uzaqlığı və üzüklərin özünün əks etdirmə qabiliyyətinin aşağı olması. 1986-cı ildə Voyager 2 kosmik gəmisi planetdə o dövrdə məlum olanlardan əlavə daha iki halqanın olduğunu müəyyən edə bildi. 2005-ci ildə Hubble Kosmik Teleskopu daha ikisini gördü. Bu gün planetşünaslar Uranın 13 halqasını bilirlər, onlardan ən parlaqı Epsilon halqasıdır.
Uranın halqaları Saturnun halqalarından demək olar ki, hər cəhətdən fərqlənir - hissəcik ölçüsündən tutmuş tərkibinə qədər. Birincisi, Saturnun halqalarını təşkil edən hissəciklər kiçikdir, diametri bir neçə metrdən bir qədər artıqdır, Uranın halqalarında isə diametri iyirmi metrə qədər olan çoxlu cisimlər var. İkincisi, Saturnun halqalarındakı hissəciklər əsasən buzdan ibarətdir. Uranın halqaları isə həm buzdan, həm də əhəmiyyətli toz və dağıntılardan ibarətdir.
Uilyam Herşel yalnız 1781-ci ildə Uranı kəşf etdi, çünki planet qədim sivilizasiyalar tərəfindən görünməyəcək qədər tutqun idi. Herşelin özü də əvvəlcə Uranın kometa olduğuna inanırdı, lakin sonradan öz fikrini yenidən nəzərdən keçirdi və elm cismin planet statusunu təsdiqlədi. Beləliklə, Uran müasir tarixdə kəşf edilən ilk planet oldu. Herşelin təklif etdiyi orijinal ad "George's Star" idi - Kral III George-un şərəfinə, lakin elmi ictimaiyyət bunu qəbul etmədi. "Uran" adı qədim Roma tanrısı Uranın şərəfinə astronom İohan Bode tərəfindən təklif edilmişdir.
Uran öz oxu ətrafında 17 saat 14 dəqiqədə bir dəfə fırlanır. Necə ki, planet Yerin və digər altı planetin istiqamətinin əksinə, geriyə doğru fırlanır.
Ehtimal olunur ki, Uranın oxunun qeyri-adi əyilməsi başqa bir kosmik cisimlə böyük toqquşmaya səbəb ola bilər. Nəzəriyyə ondan ibarətdir ki, guya Yer ölçüsündə olan bir planet öz oxunu demək olar ki, 90 dərəcə dəyişmiş Uranla kəskin şəkildə toqquşub.
Uranda küləyin sürəti saatda 900 km-ə çata bilər.
Uranın kütləsi Yerin kütləsindən təqribən 14,5 dəfə böyükdür ki, bu da onu Günəş sistemimizin dörd qaz nəhəngindən ən yüngülü edir.
Uranı tez-tez "buz nəhəngi" adlandırırlar. Üst qatında hidrogen və heliumdan əlavə (digər qaz nəhəngləri kimi) Uranın da dəmir nüvəsini əhatə edən buzlu mantiyası var. Üst atmosfer ammonyak və buzlu metan kristallarından ibarətdir ki, bu da Urana xarakterik solğun mavi rəng verir.
Uran Günəş sistemində Saturndan sonra ən sıx ikinci planetdir.
Uran (U) atom nömrəsi 92 və atom çəkisi 238.029 olan elementdir. Dmitri İvanoviç Mendeleyevin dövri cədvəlinin III qrupunun radioaktiv kimyəvi elementidir, aktinidlər ailəsinə aiddir. Uran çox ağır (dəmirdən 2,5 dəfə, qurğuşundan 1,5 dəfədən çox ağır), gümüşü ağ, parlaq metaldır. Təmiz formada poladdan bir qədər yumşaqdır, elastikdir, elastikdir və cüzi paramaqnit xüsusiyyətlərinə malikdir.
Təbii uran üç izotopun qarışığından ibarətdir: 238U (99,274%), yarımparçalanma müddəti 4,51∙109 il; 235U (0,702%) yarımxaricolma dövrü 7,13∙108 il; 2,48∙105 il yarımxaricolma dövrü ilə 234U (0,006%). Sonuncu izotop əsas deyil, radiogenikdir, radioaktiv 238U seriyasının bir hissəsidir. 238U və 235U uran izotopları iki radioaktiv seriyanın əcdadlarıdır. Bu seriyanın son elementləri 206Pb və 207Pb qurğuşun izotoplarıdır.
Hal-hazırda uranın 217-dən 242-yə qədər kütlə nömrələri ilə 23 süni radioaktiv izotopu məlumdur. Onların arasında “uzunömürlü” 233U-dur, yarımparçalanma müddəti 1,62∙105 ildir. Toriumun neytron şüalanması nəticəsində əldə edilir və istilik neytronlarının təsiri altında parçalanmağa qadirdir.
Uran 1789-cu ildə alman kimyaçısı Martin Heinrich Klaproth tərəfindən mineral pitchblende - "uran qatışı" ilə apardığı təcrübələr nəticəsində kəşf edilmişdir. Yeni element Vilyam Herşel tərəfindən bu yaxınlarda kəşf edilmiş (1781) Uran planetinin şərəfinə adlandırılmışdır. Sonrakı yarım əsrdə Klaprothun əldə etdiyi maddə metal sayılırdı, lakin 1841-ci ildə bu, alman kimyaçısının əldə etdiyi uranın (UO2) oksid təbiətini sübut edən fransız kimyaçısı Eugene Melchior Peligo tərəfindən təkzib edildi. Peliqonun özü UCl4-ü kalium metalı ilə azaldaraq uran metalını əldə etməyi bacardı və yeni elementin atom çəkisini də təyin etdi. Uran və onun xassələri haqqında biliklərin inkişafında növbəti D.İ.Mendeleyev olmuşdur - 1874-cü ildə kimyəvi elementlərin dövrləşdirilməsi haqqında hazırladığı nəzəriyyəyə əsaslanaraq uranı öz cədvəlinin ən uzaq hücrəsinə yerləşdirmişdir. Rus kimyaçısı, əvvəllər Peliqonun müəyyən etdiyi uranın atom çəkisini (120) iki dəfə artırdı; bu cür fərziyyələrin düzgünlüyü on iki il sonra alman kimyaçısı Zimmermanın təcrübələri ilə təsdiqləndi.
Uzun onilliklər ərzində uran yalnız kimyaçıların və təbiətşünasların dar bir dairəsi üçün maraqlı idi; istifadəsi də məhdud idi - şüşə və boya istehsalı. Yalnız bu metalın radioaktivliyinin kəşfi ilə (1896-cı ildə Henri Bekkerel) 1898-ci ildə uran filizlərinin sənaye emalına başlandı. Çox sonra (1939) nüvə parçalanması fenomeni kəşf edildi və 1942-ci ildən uran əsas nüvə yanacağına çevrildi.
Uranın ən mühüm xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, onun bəzi izotoplarının nüvələri neytronları tutarkən parçalanma qabiliyyətinə malikdir və bu proses nəticəsində çoxlu miqdarda enerji ayrılır. 92 nömrəli elementin bu xassəsindən enerji mənbəyi kimi xidmət edən nüvə reaktorlarında istifadə olunur, həmçinin atom bombasının fəaliyyətinin əsasını təşkil edir. Uran geologiyada geoloji proseslərin ardıcıllığını (geoxronologiya) müəyyən etmək üçün mineralların və süxurların yaşını təyin etmək üçün istifadə olunur. Süxurlarda müxtəlif konsentrasiyalarda uran olduğuna görə, müxtəlif radioaktivliyə malikdirlər. Bu xassədən geofiziki üsullarla süxurların müəyyən edilməsi zamanı istifadə olunur. Bu üsul neft geologiyasında quyuların geofiziki tədqiqatları zamanı ən çox istifadə olunur. Uran birləşmələri çini üzərində rəngləmə və keramika şirləri və minaları üçün boya kimi istifadə olunurdu (oksidləşmə dərəcəsindən asılı olaraq sarı, qəhvəyi, yaşıl və qara rənglərlə boyanır), məsələn, natrium uranat Na2U2O7 sarı piqment kimi istifadə olunurdu. rəsm.
Bioloji xassələri
Uran bioloji mühitdə kifayət qədər geniş yayılmış elementdir; bu metalın konsentratorları sxemə görə təbiətdəki uranın bioloji dövrü zəncirinə daxil olan göbələk və yosunların bəzi növləri hesab olunur: su - su bitkiləri - balıq - insanlar. Beləliklə, qida və su ilə uran insan və heyvanların orqanizminə, daha doğrusu, mədə-bağırsaq traktına daxil olur, burada daxil olan asanlıqla həll olunan birləşmələrin təxminən bir faizi və az həll olunanların 0,1 faizindən çoxu udulmur. Bu element hava ilə tənəffüs yollarına və ağciyərlərə, həmçinin selikli qişalara və dəriyə daxil olur. Tənəffüs yollarında, xüsusən də ağciyərlərdə udma daha intensiv şəkildə baş verir: asanlıqla həll olunan birləşmələr 50%, az həll olunanlar isə 20% əmilir. Beləliklə, uran heyvan və insan toxumalarında az miqdarda (10-5 - 10-8%) olur. Bitkilərdə (quru qalıqda) uranın konsentrasiyası onun torpaqdakı tərkibindən asılıdır, buna görə də 10-4% torpaq konsentrasiyası ilə bitki 1,5∙10-5% və ya daha az ehtiva edir. Uranın toxumalar və orqanlar arasında paylanması qeyri-bərabərdir; əsas toplanma yerləri sümük toxuması (skelet), qaraciyər, dalaq, böyrəklər, həmçinin ağciyərlər və bronxopulmoner limfa düyünləridir (ağciyərlərə zəif həll olunan birləşmələr daxil olarsa). Uran (karbonatlar və zülallarla komplekslər) qandan olduqca tez çıxarılır. Heyvanların və insanların orqan və toxumalarında 92-ci elementin miqdarı orta hesabla 10-7% təşkil edir. Məsələn, mal-qaranın qanında 1∙10-8 q/ml, insan qanında isə 4∙10-10 q/q uran vardır. Mal-qaranın qaraciyərində 8∙10-8 q/q, insanlarda eyni orqanda 6∙10-9 q/q; mal-qaranın dalağında 9∙10-8 q/q, insanlarda 4,7∙10-7 q/q olur. Mal-qaranın əzələ toxumalarında 4∙10-11 q/q-a qədər toplanır. Bundan əlavə, insan orqanizmində uran ağciyərlərdə 6∙10-9 - 9∙10-9 q/q aralığında olur; böyrəklərdə 5,3∙10-9 q/q (kortikal təbəqə) və 1,3∙10-8 q/q (medulyar təbəqə); sümük toxumasında 1∙10-9 q/q; sümük iliyində 1∙10-8 q/q; saçda 1,3∙10-7 q/q. Sümüklərdə olan uran sümük toxumasının daimi şüalanmasına səbəb olur (uranın skeletdən tam çıxarılması müddəti 600 gündür). Bu metalın ən az miqdarı beyin və ürəkdədir (təxminən 10-10 q/q). Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, uranın bədənə daxil olmasının əsas yolları su, qida və havadır. Qida və maye ilə orqanizmə daxil olan metalın sutkalıq dozası 1,9∙10-6 q, hava ilə 7∙10-9 q təşkil edir.Lakin hər gün uran orqanizmdən xaric olur: sidiklə 0,5∙10-7 q. 5∙10-7 q-a qədər; nəcislə 1,4∙10-6 q-dan 1,8∙10-6 q-a qədər. Saç, dırnaq və ölü dəri lopalarından itkilər - 2∙10-8 q.
Alimlər uranın az miqdarda insan orqanizminin, heyvanların və bitkilərin normal fəaliyyəti üçün zəruri olduğunu irəli sürürlər. Lakin onun fiziologiyadakı rolu hələ aydınlaşdırılmamışdır. Müəyyən edilmişdir ki, insan orqanizmində 92-ci elementin orta miqdarı təxminən 9∙10-5 q təşkil edir (Beynəlxalq Radiasiyadan Mühafizə Komissiyası). Düzdür, bu rəqəm müxtəlif regionlar və ərazilər üçün müəyyən qədər dəyişir.
Canlı orqanizmlərdə hələ də məlum olmayan, lakin müəyyən bioloji roluna baxmayaraq, uran ən təhlükəli elementlərdən biri olaraq qalır. Hər şeydən əvvəl, bu, kimyəvi xassələri, xüsusən də birləşmələrin həll olması ilə əlaqədar olan bu metalın zəhərli təsirində özünü göstərir. Məsələn, həll olunan birləşmələr (uranil və başqaları) daha zəhərlidir. Çox vaxt uran və onun birləşmələri ilə zəhərlənmələr zənginləşdirmə fabriklərində, uran xammalının çıxarılması və emalı müəssisələrində və uranın texnoloji proseslərdə iştirak etdiyi digər istehsalat müəssisələrində baş verir.
Bədənə nüfuz edərək, uran tamamilə bütün orqanlara və onların toxumalarına təsir göstərir, çünki hərəkət hüceyrə səviyyəsində baş verir: fermentlərin fəaliyyətini boğur. Böyrəklər ilk növbədə təsirlənir, bu, sidikdə şəkərin və zülalın kəskin artması ilə özünü göstərir, sonradan oliquriya inkişaf edir. Mədə-bağırsaq traktının və qaraciyərin təsirinə məruz qalır. Uran zəhərlənməsi kəskin və xroniki olaraq bölünür, ikincisi tədricən inkişaf edir və asemptomatik və ya yüngül simptomlarla ola bilər. Lakin sonradan xroniki zəhərlənmə hematopoez, sinir sistemi və digər ciddi sağlamlıq problemlərinin pozulmasına gətirib çıxarır.
Bir ton qranit qayasında təxminən 25 qram uran var. Bu 25 qramın reaktorda yanması zamanı ayrıla bilən enerji, güclü termal qazanların sobalarında 125 ton kömürün yanması zamanı ayrılan enerji ilə müqayisə edilə bilər! Bu məlumatlara əsasən güman etmək olar ki, yaxın gələcəkdə qranit mineral yanacaq növlərindən biri hesab olunacaq. Ümumilikdə, yer qabığının nisbətən nazik iyirmi kilometrlik səth təbəqəsi təxminən 1014 ton uran ehtiva edir; enerji ekvivalentinə çevrildikdə nəticə sadəcə böyük bir rəqəmdir - 2,36,1024 kilovat-saat. Hətta bütün işlənmiş, kəşf edilmiş və təklif olunan fosil yanacaq yataqları belə bu enerjinin milyonda birini belə təmin edə bilməz!
Məlumdur ki, istilik müalicəsinə məruz qalan uran ərintiləri daha böyük məhsuldarlıq hədləri, sürüşmə və artan korroziyaya davamlılıq və temperaturun dəyişməsi və şüalanma təsiri altında məhsulların formasını dəyişməyə daha az meylliliyi ilə fərqlənir. Bu prinsiplərə əsaslanaraq, 20-ci əsrin əvvəllərində və otuzuncu illərə qədər alət poladlarının istehsalında karbid şəklində uran istifadə edilmişdir. Bundan əlavə, daha ucuz və daha əlçatan olan bəzi ərintilərdə volfram əvəz etmək üçün istifadə edilmişdir. Ferrouran istehsalında U-nun payı 30%-ə qədər idi. Düzdür, 20-ci əsrin ikinci üçdə birində uranın bu cür istifadəsi boşa çıxdı.
Məlum olduğu kimi, Yerimizin dərinliklərində urn izotoplarının daim çürüməsi prosesi gedir. Beləliklə, elm adamları hesabladılar ki, yerin qabığına daxil olan bu metalın bütün kütləsindən dərhal enerji ayrılması planetimizi bir neçə min dərəcə istiləşdirəcək! Ancaq xoşbəxtlikdən belə bir fenomen mümkün deyil - axırda uranın nüvələri və onun törəmələri bir sıra uzunmüddətli radioaktiv çevrilmələrə məruz qaldıqda, istilik buraxılması tədricən baş verir. Belə çevrilmələrin müddəti uranın təbii izotoplarının yarı ömrü ilə qiymətləndirilə bilər, məsələn, 235U üçün bu 7108 il, 238U üçün isə 4,51109 ildir. Bununla belə, uranın istiliyi Yeri əhəmiyyətli dərəcədə qızdırır. Əgər Yer kürəsinin bütün kütləsində yuxarı iyirmi kilometrlik təbəqədəki qədər uran olsaydı, o zaman planetdəki temperatur indikindən qat-qat yüksək olardı. Ancaq Yerin mərkəzinə doğru hərəkət etdikcə uranın konsentrasiyası azalır.
Nüvə reaktorlarında yüklənmiş uranın yalnız kiçik bir hissəsi emal olunur, bu, yanacağın parçalanma məhsulları ilə şlaklanması ilə əlaqədardır: 235U yanır, zəncirvari reaksiya tədricən sönür. Bununla belə, yanacaq çubuqları hələ də nüvə yanacağı ilə doldurulur, yenidən istehlak edilməlidir. Bunu etmək üçün köhnə yanacaq elementləri sökülür və təkrar emala göndərilir - onlar turşularda həll olunur və əldə edilən məhluldan ekstraksiya ilə uran çıxarılır; atılmalı olan parçalanma parçaları məhlulda qalır. Beləliklə, məlum olur ki, uran sənayesi praktiki olaraq tullantısız kimya istehsalıdır!
Uran izotoplarının ayrılması üçün bitkilər bir neçə onlarla hektar ərazini tutur və zavodun ayırma kaskadlarında məsaməli arakəsmələrin sahəsi təxminən eynidir. Bu, uran izotoplarını ayırmaq üçün diffuziya metodunun mürəkkəbliyi ilə əlaqədardır - axırda 235U konsentrasiyasını 0,72-dən 99% -ə qədər artırmaq üçün bir neçə min diffuziya addımı tələb olunur!
Uran-qurğuşun metodundan istifadə edərək geoloqlar ən qədim mineralların yaşını öyrənə bildilər, meteorit süxurlarını öyrənərkən planetimizin təxmini doğum tarixini təyin edə bildilər. "Uran saatı" sayəsində Ay torpağının yaşı müəyyən edildi. Maraqlıdır ki, 3 milyard ildir ki, Ayda vulkanik fəaliyyət olmayıb və Yerin təbii peyki passiv cisim olaraq qalır. Axı, hətta ən gənc Ay materiya parçaları ən qədim yer minerallarının yaşından daha uzun yaşadı.
Hekayə
Uranın istifadəsi çox uzun müddətə gedib çıxır - hələ eramızdan əvvəl 1-ci əsrdə keramika rəngləmək üçün istifadə olunan sarı şir hazırlamaq üçün təbii uran oksidindən istifadə edilmişdir.
Müasir dövrdə uranın tədqiqi tədricən - bir neçə mərhələdə, davamlı artımla baş verdi. Başlanğıc 1789-cu ildə alman təbiət filosofu və kimyaçısı Martin Heinrich Klaproth tərəfindən bu elementin kəşfi idi, o, Sakson zibil filizindən (“uran qatışı”) çıxarılan qızılı-sarı “yeri” qara metal kimi bir maddəyə (urana) çevirdi. oksid - UO2). Bu ad o dövrdə məlum olan ən uzaq planetin - Uranın şərəfinə verilmişdir ki, bu da öz növbəsində 1781-ci ildə Uilyam Herşel tərəfindən kəşf edilmişdir. Bu məqamda yeni elementin öyrənilməsinin birinci mərhələsi (Klaprot yeni metal kəşf etdiyinə əmin idi) başa çatır və əlli ildən çox fasilə yaranır.
1840-cı il uran tədqiqatları tarixində yeni mərhələnin başlanğıcı sayıla bilər. Məhz bu ildən Fransadan olan gənc kimyaçı Eugene Melchior Peligo (1811-1890) metal uranın əldə edilməsi problemi ilə məşğul oldu; tezliklə (1841) buna nail oldu - UCl4-ün metal kaliumla reduksiya edilməsi yolu ilə metal uran əldə edildi. Bundan əlavə, o, sübut etdi ki, Klaprotun kəşf etdiyi uranın əslində sadəcə oksididir. Fransız yeni elementin təxmini atom çəkisini də təyin etdi - 120. Sonra yenə uranın xüsusiyyətlərinin öyrənilməsində uzun fasilə oldu.
Yalnız 1874-cü ildə uranın təbiəti ilə bağlı yeni fərziyyələr ortaya çıxdı: Dmitri İvanoviç Mendeleyev kimyəvi elementlərin dövrləşdirilməsi haqqında inkişaf etdirdiyi nəzəriyyəyə əməl edərək, uranı sonuncu hüceyrəyə yerləşdirərək cədvəlində yeni metal üçün yer tapır. Bundan əlavə, Mendeleyev uranın əvvəllər qəbul etdiyi atom çəkisini bunda da səhv etmədən ikiqat artırdı, bunu 12 il sonra alman kimyaçısı Zimmermann təcrübələri də təsdiqlədi.
1896-cı ildən uranın xassələrinin öyrənilməsi sahəsində kəşflər bir-birinin ardınca "yıxıldı": yuxarıda qeyd olunan ildə tamamilə təsadüfən (kalium uranil sulfat kristallarının fosforessensiyasını öyrənərkən), 43 yaşlı fizika. professor Antuan Henri Bekkerel sonralar Mari Küri tərəfindən radioaktivlik adlandırılan “Bekkerel şüaları” əsərini açır. Elə həmin il Henri Moissan (yenə Fransadan olan kimyaçı) saf uran metalının alınması üsulunu işləyib hazırlayır.
1899-cu ildə Ernest Ruterford uran preparatlarından radiasiyanın heterojenliyini kəşf etdi. Məlum oldu ki, radiasiyanın iki növü var - alfa və beta şüaları, xassələrinə görə fərqlidir: onlar müxtəlif elektrik yükləri daşıyırlar, maddədə müxtəlif yol uzunluqlarına malikdirlər və onların ionlaşma qabiliyyəti də fərqlidir. Bir il sonra qamma şüaları da Paul Villar tərəfindən kəşf edildi.
Ernest Ruterford və Frederik Soddi birlikdə uranın radioaktivliyi nəzəriyyəsini inkişaf etdirdilər. Bu nəzəriyyəyə əsaslanaraq 1907-ci ildə Rezerford radioaktiv uran və toriumu tədqiq edərkən mineralların yaşını təyin etmək üçün ilk təcrübələri həyata keçirdi. 1913-cü ildə F.Soddi izotoplar anlayışını təqdim etdi (qədim yunanca iso - “bərabər”, “eyni” və toposdan - “yer”). 1920-ci ildə həmin alim izotoplardan süxurların geoloji yaşını təyin etmək üçün istifadə oluna biləcəyini irəli sürdü. Onun fərziyyələri doğru çıxdı: 1939-cu ildə Alfred Otto Karl Nier yaşları hesablamaq üçün ilk tənlikləri yaratdı və izotopları ayırmaq üçün kütlə spektrometrindən istifadə etdi.
1934-cü ildə Enriko Fermi kimyəvi elementləri neytronlarla - 1932-ci ildə C.Çadvik tərəfindən kəşf edilmiş hissəciklərlə bombardman etmək üzrə bir sıra təcrübələr apardı. Bu əməliyyat nəticəsində uranda əvvəllər məlum olmayan radioaktiv maddələr peyda olub. Fermi və onun təcrübələrində iştirak edən digər elm adamları transuran elementlərini kəşf etdiklərini irəli sürdülər. Dörd il ərzində neytron bombardmanı məhsulları arasında transuran elementlərini aşkar etməyə cəhdlər edildi. Hər şey 1938-ci ildə, alman kimyaçıları Otto Han və Fritz Strassmann müəyyən etdikdə başa çatdı ki, sərbəst neytron tutmaqla uran izotopunun nüvəsi 235U parçalanır və (bir uran nüvəsi üçün) əsasən kinetik səbəbindən kifayət qədər böyük miqdarda enerji buraxır. enerji parçaları və radiasiya. Alman kimyaçıları daha da irəli gedə bilmədilər. Lise Meitner və Otto Frisch öz nəzəriyyələrini əsaslandıra bildilər. Bu kəşf atomdaxili enerjinin həm dinc, həm də hərbi məqsədlər üçün istifadəsinin mənşəyi oldu.
Təbiətdə olmaq
Yer qabığında (klark) orta hesabla uranın miqdarı kütləcə 3∙10-4% təşkil edir ki, bu da yerin bağırsaqlarında gümüş, civə və vismutdan daha çox olması deməkdir. Uran yer qabığının qranit təbəqəsi və çöküntü qabığı üçün xarakterik elementdir. Belə ki, bir ton qranitdə təxminən 25 qram 92 nömrəli element var. Ümumilikdə Yerin nisbətən nazik, iyirmi kilometrlik yuxarı təbəqəsində 1000 tondan çox uran var. Turşu maqmatik süxurlarda 3,5∙10-4%, gil və şistlərdə 3,2∙10-4%, xüsusilə üzvi maddələrlə zənginləşdirilmiş, əsas süxurlarda 5∙10-5%, mantiyanın ultramafik süxurlarında 3∙10-7% .
Uran soyuq və isti, neytral və qələvi sularda sadə və mürəkkəb ionlar şəklində, xüsusən də karbonat kompleksləri şəklində güclü şəkildə miqrasiya edir. Redoks reaksiyaları uranın geokimyasında mühüm rol oynayır, çünki uran birləşmələri, bir qayda olaraq, oksidləşdirici mühitə malik sularda yüksək dərəcədə həll olunur və reduksiya mühiti (hidrogen sulfid) olan sularda zəif həll olunur.
Uranın yüzdən çox mineral filizləri məlumdur; onlar kimyəvi tərkibi, mənşəyi və uranın konsentrasiyası ilə fərqlənir; bütün çeşiddən yalnız onlarla praktiki maraq kəsb edir. Təbiətdə ən böyük sənaye əhəmiyyətinə malik olan uranın əsas nümayəndələri oksidlər hesab oluna bilər - uraninit və onun sortları (qara zibil və uran qara), həmçinin silikatlar - tabut, titanatlar - davidit və brannerit; sulu fosfatlar və uranil arsenatlar - uran slyudaları.
Uraninit - UO2 əsasən qədim - prekembri süxurlarında şəffaf kristal formalarda mövcuddur. Uraninit torianit ThO2 və ittrocerianit (Y,Ce)O2 ilə izomorf sıra əmələ gətirir. Bundan əlavə, bütün uraninitlərin tərkibində uran və toriumun radiogen parçalanma məhsulları var: K, Po, He, Ac, Pb, həmçinin Ca və Zn. Uranitin özü yüksək temperaturlu mineraldır, uranın mürəkkəb niobat-tantal-titanatları (kolumbit, piroxlor, samarskit və s.), sirkon, monazit ilə birlikdə qranit və siyenit peqmatitləri üçün xarakterikdir. Bundan əlavə, uranit hidrotermal, skarn və çöküntü süxurlarında olur. Uraninitin böyük yataqları Kanada, Afrika, Amerika Birləşmiş Ştatları, Fransa və Avstraliyada məlumdur.
Uran qatranı və ya qatran qarışığı kimi tanınan, kriptokristalin kollomorf aqreqatları - vulkanik və hidrotermal mineral olan pitchblend (U3O8) Paleozoy və daha gənc yüksək və orta temperaturlu birləşmələrdə təmsil olunur. Pitchblendenin daimi peykləri sulfidlər, arsenidlər, yerli vismut, arsen və gümüş, karbonatlar və bəzi digər elementlərdir. Bu filizlər uranla çox zəngindir, lakin olduqca nadirdir, tez-tez radium ilə müşayiət olunur, bunu asanlıqla izah etmək olar: radium uranın izotopik parçalanmasının birbaşa məhsuludur.
Uran qaraları (boş torpaq aqreqatları) əsasən gənc - kaynozoy və daha gənc formasiyalarda, hidrotermal sulfid-uran və çöküntü yataqları üçün xarakterikdir.
Uran həmçinin tərkibində 0,1%-dən az olan filizlərdən, məsələn, qızıl tərkibli konqlomeratlardan əlavə məhsul kimi çıxarılır.
Uran filizlərinin əsas yataqları ABŞ (Kolorado, Şimali və Cənubi Dakota), Kanada (Ontario və Saskaçevan əyalətləri), Cənubi Afrika (Witwatersrand), Fransa (Mərkəzi Massif), Avstraliya (Şimali Ərazi) və bir çox başqa ölkələrdə yerləşir. . Rusiyada əsas uran filizi bölgəsi Transbaikaliyadır. Rusiya uranının təxminən 93%-i Çita vilayətindəki (Krasnokamensk şəhəri yaxınlığında) yatağında hasil edilir.
Ərizə
Müasir nüvə enerjisini 92 nömrəli elementsiz və onun xassələri olmadan təsəvvür etmək mümkün deyil. Baxmayaraq ki, bir müddət əvvəl - ilk nüvə reaktoru işə salınmazdan əvvəl, uran filizləri əsasən onlardan radium çıxarmaq üçün çıxarılırdı. Bəzi boyalar və katalizatorlarda kiçik miqdarda uran birləşmələri istifadə edilmişdir. Əslində, uran demək olar ki, heç bir sənaye əhəmiyyəti olmayan bir element hesab olunurdu və uranın izotoplarının parçalanma qabiliyyətinin aşkarlanmasından sonra vəziyyət necə də köklü şəkildə dəyişdi! Bu metal dərhal 1 nömrəli strateji xammal statusu aldı.
Hal-hazırda uran metalının, eləcə də onun birləşmələrinin əsas tətbiq sahəsi nüvə reaktorları üçün yanacaqdır. Belə ki, stasionar atom elektrik stansiyasının reaktorlarında uran izotoplarının az zənginləşdirilmiş (təbii) qarışığından, atom elektrik stansiyalarında və sürətli neytron reaktorlarında isə yüksək zənginləşdirilmiş urandan istifadə olunur.
Uran izotopu 235U ən çox istifadə olunur, çünki onun tərkibində digər uran izotopları üçün xarakterik olmayan öz-özünə davam edən nüvə zəncirvari reaksiya mümkündür. Bu xüsusiyyət sayəsində 235U nüvə reaktorlarında, eləcə də nüvə silahlarında yanacaq kimi istifadə olunur. Bununla belə, 235U izotopunun təbii urandan ayrılması mürəkkəb və bahalı texnoloji problemdir.
Təbiətdə uranın ən çox yayılmış izotopu 238U yüksək enerjili neytronlarla bombardman edildikdə parçalana bilər. Bu izotopun bu xüsusiyyəti termonüvə silahlarının gücünü artırmaq üçün istifadə olunur - termonüvə reaksiyası nəticəsində yaranan neytronlardan istifadə olunur. Bundan əlavə, plutonium izotopu 239Pu 238U izotopundan əldə edilir ki, bu da öz növbəsində nüvə reaktorlarında və atom bombasında istifadə edilə bilər.
Bu yaxınlarda toriumdan reaktorlarda süni şəkildə istehsal olunan uran izotopu 233U böyük istifadə tapdı, nüvə reaktorunun neytron axınında toriumu şüalandırmaq yolu ilə əldə edilir:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
233U parçalanan termal neytronlar; əlavə olaraq, 233U olan reaktorlarda nüvə yanacağının genişlənmiş reproduksiyası baş verə bilər. Beləliklə, bir kiloqram 233U torium reaktorunda yandıqda, orada 1,1 kq yeni 233U toplanmalıdır (neytronların torium nüvələri tərəfindən tutulması nəticəsində). Yaxın gələcəkdə termal neytron reaktorlarında uran-torium dövrü sürətli neytron reaktorlarında nüvə yanacağının təkrar istehsalı üçün uran-plutonium dövrünün əsas rəqibi olacaqdır. Bu nuklidi yanacaq kimi istifadə edən reaktorlar artıq mövcuddur və işləyir (Hindistanda KAMİNİ). 233U həm də qaz fazalı nüvə raket mühərrikləri üçün ən perspektivli yanacaqdır.
Uranın digər süni izotopları əhəmiyyətli rol oynamır.
Təbii urandan "zəruri" 234U və 235U izotopları çıxarıldıqdan sonra, qalan xammal (238U) "tükənmiş uran" adlanır, o, təbii urandan yarı radioaktivdir, əsasən ondan 234U-nun çıxarılması hesabına. Uranın əsas istifadəsi enerji istehsalı olduğundan, bu səbəbdən tükənmiş uran iqtisadi dəyəri az olan az istifadə olunan məhsuldur. Bununla belə, aşağı qiymətə, eləcə də yüksək sıxlığa və olduqca yüksək tutma kəsiyinə görə radiasiyadan qorunmaq üçün və təyyarə idarəetmə səthləri kimi aerokosmik tətbiqlərdə ballast kimi istifadə olunur. Bundan əlavə, tükənmiş uran kosmosda və yarış yaxtalarında ballast kimi istifadə olunur; yüksək sürətli giroskop rotorlarında, böyük volanlarda və neft quyularının qazılması zamanı.
Bununla belə, tükənmiş uranın ən məşhur istifadəsi hərbi tətbiqlərdədir - zirehli deşici mərmilər və M-1 Abrams tankı kimi müasir tank zirehləri üçün nüvələr kimi.
Uranın az bilinən istifadəsi əsasən onun birləşmələrini əhatə edir. Beləliklə, kiçik bir uranın əlavə edilməsi şüşəyə gözəl bir sarı-yaşıl flüoresan verir, bəzi uran birləşmələri işığa həssasdır, bu səbəbdən uranil nitrat neqativləri və rəngi (rəngi) müsbət (fotoşəkillər) qəhvəyi rəngləri artırmaq üçün geniş istifadə edilmişdir.
Niobium karbid və sirkonium karbid ilə ərintilənmiş 235U karbid nüvə reaktiv mühərrikləri üçün yanacaq kimi istifadə olunur. Güclü maqnitostriktiv materiallar kimi dəmir və tükənmiş uranın ərintiləri (238U) istifadə olunur. Natrium uranat Na2U2O7 rəngkarlıqda sarı piqment kimi istifadə olunurdu, əvvəllər uran birləşmələri çini üzərində rəngləmə və keramika şirləri və minaları üçün boya kimi istifadə olunurdu (oksidləşmə dərəcəsindən asılı olaraq sarı, qəhvəyi, yaşıl və qara rənglərlə boyanmışdır). .
İstehsal
Uran bir sıra xüsusiyyətlərə görə (formalaşma şəraiti, “kontrast”, faydalı çirklərin tərkibi və s.) əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənən uran filizlərindən əldə edilir, bunlardan başlıcası uranın faizidir. Bu meyara görə filizlərin beş növü fərqləndirilir: çox zəngin (tərkibində 1%-dən çox uran); zəngin (1-0,5%); orta (0,5-0,25%); adi (0,25-0,1%) və yoxsul (0,1%-dən az). Bununla belə, tərkibində 0,01-0,015% uran olan filizlərdən belə bu metal əlavə məhsul kimi çıxarılır.
Uran xammalının inkişafı illəri ərzində uranı filizlərdən ayırmaq üçün bir çox üsullar işlənib hazırlanmışdır. Bu, həm bəzi ərazilərdə uranın strateji əhəmiyyəti, həm də təbii təzahürlərinin müxtəlifliyi ilə bağlıdır. Bununla belə, bütün üsul və xammal müxtəlifliyinə baxmayaraq, istənilən uran istehsalı üç mərhələdən ibarətdir: uran filizinin ilkin konsentrasiyası; uranın yuyulması və çökdürmə, ekstraksiya və ya ion mübadiləsi yolu ilə kifayət qədər təmiz uran birləşmələrinin alınması. Sonra, yaranan uranın məqsədindən asılı olaraq, məhsul 235U izotopu ilə zənginləşdirilir və ya dərhal elementar urana çevrilir.
Belə ki, filiz ilkin olaraq cəmlənir - qaya əzilir və su ilə doldurulur. Bu halda qarışığın daha ağır elementləri daha tez çökür. Tərkibində ilkin uran mineralları olan süxurlarda çox ağır olduqları üçün onların sürətlə çökməsi baş verir. Tərkibində ikinci dərəcəli uran mineralları olan filizlər cəmləndikdə, ikinci dərəcəli minerallardan xeyli ağır olan, lakin çox faydalı elementləri ehtiva edən tullantı süxurları çökür.
Uran filizləri, demək olar ki, heç vaxt zənginləşdirilmir, hər zaman uranı müşayiət edən radiumun γ-radiasiyasına əsaslanan radiometrik çeşidləmənin üzvi üsulu istisna olmaqla.
Uran istehsalının növbəti mərhələsi uranın məhlul halına gətirilməsidir. Əsasən filizlər sulfat, bəzən azot turşularının və ya soda məhlullarının məhlulları ilə uranın UO2SO4 və ya kompleks anionlar şəklində turşu məhluluna, 4-kompleksli anion şəklində isə soda məhluluna köçürülməsi ilə yuyulur. Kükürd turşusundan istifadə edən üsul daha ucuzdur, lakin xammalın tərkibində sulfat turşusunda həll olunmayan tetravalent uran (uran qatranı) varsa, həmişə tətbiq olunmur. Belə hallarda qələvi yuyulmadan istifadə edilir və ya tetravalent uran altıvalent vəziyyətə qədər oksidləşir. Tərkibində maqnezit və ya dolomit olan filizlərin həll edilməsi üçün çoxlu turşu tələb edən filizlərin yuyulması zamanı kaustik sodadan (kaustik soda) istifadə etmək məqsədəuyğundur.
Yuyulma mərhələsindən sonra məhlulda təkcə uran deyil, digər elementlər də var ki, onlar da uran kimi eyni üzvi həlledicilərlə çıxarılır, eyni ion dəyişdirici qatranların üzərinə çökür və eyni şəraitdə çökür. Belə bir vəziyyətdə uranı seçici şəkildə təcrid etmək üçün müxtəlif mərhələlərdə arzuolunmaz elementi aradan qaldırmaq üçün bir çox redoks reaksiyalarından istifadə etmək lazımdır. İon mübadiləsi və ekstraksiya üsullarının üstünlüklərindən biri də uranın zəif məhlullardan kifayət qədər tamamilə çıxarılmasıdır.
Bütün yuxarıda göstərilən əməliyyatlardan sonra uran bərk vəziyyətə - oksidlərdən birinə və ya UF4 tetrafloridinə çevrilir. Belə uranın tərkibində böyük termal neytron tutma kəsiyi olan çirklər var - litium, bor, kadmium və nadir torpaq metalları. Son məhsulda onların tərkibi faizin yüz mində və milyonda birindən çox olmamalıdır! Bunun üçün uran yenidən, bu dəfə azot turşusunda həll edilir. Uranil nitrat UO2(NO3)2 tributilfosfat və bəzi digər maddələrlə ekstraksiya zamanı əlavə olaraq tələb olunan standartlara qədər təmizlənir. Bu maddə daha sonra kristallaşdırılır (və ya çökdürülür) və diqqətlə kalsine edilir. Bu əməliyyat nəticəsində uran trioksid UO3 əmələ gəlir ki, bu da hidrogenlə UO2-ə qədər azalır. 430-600°C temperaturda uran oksidi quru hidrogen flüoridlə reaksiyaya girir və UF4 tetrafloridinə çevrilir. Artıq bu birləşmədən uran metalı adətən kalsium və ya maqneziumun köməyi ilə adi reduksiya yolu ilə alınır.
Fiziki xassələri
Uran metalı çox ağırdır, dəmirdən iki dəfə yarım, qurğuşundan isə bir yarım dəfə ağırdır! Bu, Yerin bağırsaqlarında saxlanılan ən ağır elementlərdən biridir. Gümüş-ağ rəngi və parlaqlığı ilə uran poladı xatırladır. Təmiz metal Plastikdir, yumşaqdır, yüksək sıxlığa malikdir, lakin eyni zamanda emal etmək asandır. Uran elektropozitivdir və kiçik paramaqnit xassələrə malikdir - otaq temperaturunda xüsusi maqnit həssaslığı 1,72·10 -6, aşağı elektrik keçiriciliyinə malikdir, lakin yüksək reaktivliyə malikdir. Bu element üç allotropik modifikasiyaya malikdir: α, β və γ. α-forma aşağıdakı parametrlərə malik ortoromb kristal qəfəsə malikdir: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Bu forma otaq temperaturundan 667,7° C-ə qədər olan temperatur intervalında sabitdir. 25° C temperaturda α-formasında uranın sıxlığı 19,05 ± 0,2 q/sm3 təşkil edir. β-forma 667,7°C-dən 774,8°C-dək temperatur diapazonunda sabit olan tetraqonal kristal qəfəsə malikdir. Tetraqonal şəbəkənin parametrləri: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. Bədən mərkəzli kub quruluşlu γ-forma, 774.8°C-dən ərimə nöqtəsinə (1132°C) qədər sabitdir.
Uranın bərpası prosesində hər üç fazanı görmək olar. Bunun üçün kalsium oksidi ilə örtülmüş tikişsiz bir polad boru olan xüsusi bir aparat istifadə olunur; bu borunun poladının uranla qarşılıqlı təsir göstərməməsi üçün lazımdır. Uran tetraflorid və maqnezium (və ya kalsium) qarışığı aparata yüklənir, bundan sonra o, 600 ° C-ə qədər qızdırılır. Bu temperatura çatdıqda, elektrik yandırıcı işə salınır və yüklənmiş qarışığın tamamilə əridiyi ekzotermik reduksiya reaksiyası. Maye uran (temperatur 1132 ° C) çəkisinə görə tamamilə dibə çökür. Uran aparatın dibinə tam çökdürüldükdən sonra soyutma başlayır, uran kristallaşır, onun atomları ciddi qaydada düzülür, kub qəfəs əmələ gətirir - bu γ-fazadır. Növbəti keçid 774° C-də baş verir - soyuducu metalın kristal şəbəkəsi β-fazaya uyğun gələn tetraqonal olur. Külçənin temperaturu 668°C-ə düşdükdə atomlar paralel təbəqələrdə dalğalar şəklində düzülmüş cərgələrini yenidən düzəldirlər - α faza. Bundan əlavə, heç bir dəyişiklik baş vermir.
Uranın əsas parametrləri həmişə α fazasına aiddir. Ərimə temperaturu (ərimə) 1132° C, uranın qaynama temperaturu (tqaynama) 3818° C. Otaq temperaturunda xüsusi istilik tutumu 27,67 kJ/(kq·K) və ya 6,612 kal/(q·°С). 25°C temperaturda elektrik müqaviməti təxminən 3·10 -7 ohm·sm, artıq 600°С-də isə 5,5·10 -7 ohm·sm-dir. Uranın istilik keçiriciliyi temperaturdan asılı olaraq da dəyişir: 100-200 ° C diapazonunda 28,05 Vt/(m K) və ya 0,067 kal/(sm san ° C), 400 ° C-ə yüksəldikdə isə o, 29,72 W/(m K) 0,071 kal/(sm san ° C) qədər artır. Uran 0,68 K-də superkeçiriciliyə malikdir. Brinellin orta sərtliyi 19,6 - 21,6·10 2 Mn/m 2 və ya 200-220 kqf/mm 2 təşkil edir.
92-ci elementin bir çox mexaniki xassələri onun təmizliyindən və istilik və mexaniki müalicə rejimlərindən asılıdır. Belə ki, tökmə uran üçün otaq temperaturunda dartılma gücü 372-470 MN/m2 və ya 38-48 kqf/mm2, orta elastiklik modulu 20,5·10 -2 MN/m2 və ya 20,9·10 -3 kqf/mm2-dir. Uranın gücü β- və γ-fazalarından söndürüldükdən sonra artır.
Uranın neytron axını ilə şüalanması, metal urandan hazırlanmış su soyuducu yanacaq elementləri ilə qarşılıqlı əlaqə və güclü termal neytron reaktorlarında işin digər amilləri - bütün bunlar uranın fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərinin dəyişməsinə səbəb olur: metal kövrək olur, sürünür. inkişaf edir və metal urandan hazırlanan məhsullar deformasiyaya uğrayır. Bu səbəbdən uran ərintiləri, məsələn, molibden ilə, nüvə reaktorlarında istifadə olunur, belə bir ərinti suya davamlıdır, metalı gücləndirir, yüksək temperaturda kub qəfəs saxlayır.
Kimyəvi xassələri
Kimyəvi cəhətdən uran çox aktiv metaldır. Havada, titan, sirkonium və bir sıra digər metallarda olduğu kimi, səthdə UO2 dioksidin iridescent filminin meydana gəlməsi ilə oksidləşir, bu da metalı sonrakı oksidləşmədən qorumur. Oksigenlə uran UO2 dioksidi, UO3 trioksidi və çoxlu sayda ara oksidlər əmələ gətirir, bunlardan ən vacibi U3O8; bu oksidlərin xassələri UO2 və UO3-ə bənzəyir. Toz halında uran piroforikdir və yüngül qızdırma ilə (150 °C və yuxarı) alovlana bilər, yanma parlaq alovla müşayiət olunur və nəticədə U3O8 əmələ gəlir. 500-600 °C temperaturda uran flüorla qarşılıqlı əlaqədə suda və turşularda az həll olan yaşıl iynəşəkilli kristallar əmələ gətirir - uran tetraflorid UF4, eləcə də UF6 - heksaflorid (temperaturda ərimədən ucalaşan ağ kristallar). 56,4 °C). UF4, UF6 uranın halogenlərlə qarşılıqlı təsirinə misal olaraq uran halogenidləri əmələ gətirir. Uran asanlıqla kükürdlə birləşərək bir sıra birləşmələr əmələ gətirir, bunlardan ən vacibi ABŞ - nüvə yanacağıdır. Uran 220 °C-də hidrogenlə reaksiyaya girərək kimyəvi cəhətdən çox aktiv olan UH3 hidridini əmələ gətirir. Daha çox isitmə ilə UH3 hidrogen və toz urana parçalanır. Azotla qarşılıqlı əlaqə daha yüksək temperaturda baş verir - 450-dən 700 ° C-ə qədər və atmosfer təzyiqi - nitridi U4N7 əldə edilir; eyni temperaturda artan azot təzyiqi ilə UN, U2N3 və UN2 əldə edilə bilər. Daha yüksək temperaturda (750-800 °C) uran karbonla reaksiyaya girərək UC monokarbid, UC2 dikarbid və həmçinin U2C3 əmələ gətirir. Uran su ilə reaksiyaya girərək UO2 və H2 əmələ gətirir, soyuq su ilə daha yavaş, isti su ilə isə daha aktivdir. Bundan əlavə, reaksiya 150 ilə 250 ° C arasında olan su buxarı ilə də baş verir. Bu metal hidroklorlu HCl və azot turşuları HNO3-də, yüksək konsentrasiyalı hidroflorik turşuda daha az aktiv şəkildə həll olunur və sulfat H2SO4 və ortofosfor turşuları H3PO4 ilə yavaş-yavaş reaksiya verir. Turşularla reaksiyaların məhsulları tetravalent uran duzlarıdır. Qeyri-üzvi turşulardan və bəzi metalların duzlarından (qızıl, platin, mis, gümüş, qalay və civə) uran hidrogeni sıxışdırmağa qadirdir. Uran qələvilərlə qarşılıqlı təsir göstərmir.
Birləşmələrdə uran aşağıdakı oksidləşmə vəziyyətlərini nümayiş etdirməyə qadirdir: +3, +4, +5, +6, bəzən +2. U3+ təbiətdə mövcud deyil və yalnız laboratoriya şəraitində əldə edilə bilər. Beş valentli uranın birləşmələri əksər hallarda qeyri-sabitdir və ən sabit olan dörd və altı valentli uranın birləşmələrinə olduqca asanlıqla parçalanır. Altıvalentli uran duzları sarı rəngdə olan, suda və mineral turşularda yaxşı həll olunan UO22+ uranil ionunun əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur. Altıvalentli uran birləşmələrinə misal olaraq amfoter oksid olan uran trioksidi və ya uran anhidridi UO3 (narıncı toz) ola bilər. Turşularda həll edildikdə duzlar əmələ gəlir, məsələn, uran uran xlorid UO2Cl2. Qələvilər uranil duzlarının məhlullarına təsir etdikdə, uran turşusu H2UO4 - uranatlar və diuran turşusu H2U2O7 - diuranatlar, məsələn, natrium uranat Na2UO4 və natrium diuranat Na2U2O7 duzları alınır. Tetravalent uranın duzları (uran tetraxlorid UCl4) yaşıl rəngdədir və daha az həll olunur. Uzun müddət hava ilə təmasda olduqda, tərkibində tetravalent uran olan birləşmələr adətən qeyri-sabit olur və altıvalentliyə çevrilir. Uranil xlorid kimi uranil duzları parlaq işıq və ya üzvi maddələrin iştirakı ilə parçalanır.
