; numărul atomic 92, masa atomică 238,029; metal. Uraniul natural constă dintr-un amestec de trei izotopi: 238 U - 99,2739% cu un timp de înjumătățire T ½ = 4,51 10 9 ani, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 ani) și 234 U - 0,005% (T ½ = 2,48·10 5 ani).
Dintre cei 11 izotopi radioactivi artificiali cu numere de masă de la 227 la 240, cel cu viață lungă este 233 U (T ½ = 1,62·10 5 ani); se obtine prin iradierea cu neutroni a toriului. 238 U și 235 U sunt strămoșii a două serii radioactive.
Referință istorică. Uraniul a fost descoperit în 1789 de chimistul german M. G. Klaproth și numit de acesta în cinstea planetei Uranus, descoperită de W. Herschel în 1781. În stare metalică, uraniul a fost obținut în 1841 de chimistul francez E. Peligo în timpul reducerii. de UCl 4 cu potasiu metal. Inițial, lui Uranus i s-a atribuit o masă atomică de 120 și abia în 1871 D.I. Mendeleev a ajuns la concluzia că această valoare ar trebui dublată.
Multă vreme, uraniul a fost de interes doar pentru un cerc restrâns de chimiști și a găsit o utilizare limitată în producția de vopsele și sticlă. Odată cu descoperirea fenomenului de radioactivitate în uraniu în 1896 și radiu în 1898, a început prelucrarea industrială a minereurilor de uraniu în scopul extragerii și utilizării radiului în cercetarea științifică și în medicină. Din 1942, după descoperirea fisiunii nucleare în 1939, uraniul a devenit principalul combustibil nuclear.
Distribuția lui Uranus în natură. Uraniul este un element caracteristic pentru stratul de granit și învelișul sedimentar al scoarței terestre. Conținutul mediu de uraniu în scoarța terestră (clarke) este de 2,5 10 -4% în masă, în rocile magmatice acide 3,5 10 -4%, în argile și șisturi 3,2 10 -4%, în rocile bazice 5 ·10 -5% , în rocile ultrabazice ale mantalei 3·10 -7%. Uraniul migrează viguros în apele reci și calde, neutre și alcaline sub formă de ioni simpli și complecși, în special sub formă de complexe carbonatice. Reacțiile redox joacă un rol important în geochimia uraniului, deoarece compușii uraniului, de regulă, sunt foarte solubili în ape cu mediu oxidant și slab solubili în ape cu mediu reducător (de exemplu, hidrogen sulfurat).
Sunt cunoscute aproximativ 100 de minerale de uraniu; 12 dintre ele sunt de importanță industrială. De-a lungul istoriei geologice, conținutul de uraniu din scoarța terestră a scăzut din cauza dezintegrarii radioactive; Acest proces este asociat cu acumularea atomilor de Pb și He în scoarța terestră. Dezintegrarea radioactivă a uraniului joacă un rol important în energia scoarței terestre, fiind o sursă semnificativă de căldură profundă.
Proprietățile fizice ale uraniului. Uraniul are culoarea similară cu oțelul și este ușor de prelucrat. Are trei modificări alotropice - α, β și γ cu temperaturi de transformare de fază: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; Forma α are o rețea rombică (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), forma β are o rețea tetragonală (la 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), forma γ - rețea cubică centrată pe corp (la 850 °C a = 3,538 Å). Densitatea uraniului în formă a (25 °C) este de 19,05 g/cm3; tpl 1132 °C; punctul de fierbere 3818 °C; conductivitate termică (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); capacitate termică specifică (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); rezistivitatea electrică specifică la temperatura camerei este de aproximativ 3·10 -7 ohm·cm, la 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm; are supraconductivitate la 0,68 K; paramagnetică slabă, susceptibilitate magnetică specifică la temperatura camerei 1,72·10 -6.
Proprietățile mecanice ale uraniului depind de puritatea acestuia și de modurile de tratament mecanic și termic. Valoarea medie a modulului de elasticitate pentru uraniul turnat este de 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; rezistenta la tractiune la temperatura camerei 372-470 Mn/m2; rezistența crește după întărire din fazele β și γ; duritate medie Brinell 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .
Iradierea printr-un flux de neutroni (care are loc într-un reactor nuclear) modifică proprietățile fizice și mecanice ale uraniului: se dezvoltă fluaj și crește fragilitatea, se observă deformarea produselor, ceea ce obligă utilizarea uraniului în reactoare nucleare sub formă de diferite uraniu. aliaje.
Uraniul este un element radioactiv. Nucleii 235 U și 233 U fisionează spontan, precum și la captarea atât a neutronilor lenți (termici) cât și a celor rapizi, cu o secțiune transversală de fisiune efectivă de 508 10 -24 cm 2 (508 hambar) și 533 10 -24 cm 2 (533 hambar). ) respectiv. Fisiunea de 238 nuclee U la capturarea numai a neutronilor rapizi cu o energie de cel puțin 1 MeV; la captarea neutronilor lenți, 238 U se transformă în 239 Pu, ale cărui proprietăți nucleare sunt apropiate de 235 U. Masa critică a uraniului (93,5% 235 U) în soluții apoase este mai mică de 1 kg, pentru o minge deschisă - aproximativ 50 kg, pentru o minge cu reflector - 15-23 kg; masa critică 233 U este aproximativ 1/3 din masa critică 235 U.
Proprietățile chimice ale uraniului. Configurația învelișului electron exterior al atomului de uraniu este 7s 2 6d l 5f 3. Uraniul este un metal reactiv; în compuși prezintă stări de oxidare de +3, +4, + 5, +6, uneori +2; cei mai stabili compuși sunt U (IV) și U (VI). În aer se oxidează lent cu formarea unei pelicule de oxid (IV) la suprafață, care nu protejează metalul de oxidarea ulterioară. În stare de pulbere, uraniul este piroforic și arde cu o flacără strălucitoare. Cu oxigenul formează oxid (IV) UO 2, oxid (VI) UO 3 și un număr mare de oxizi intermediari, dintre care cel mai important este U 3 O 8. Acești oxizi intermediari au proprietăți similare cu UO 2 și UO 3 . La temperaturi ridicate, UO 2 are o gamă largă de omogenitate de la UO 1,60 la UO 2,27. Cu fluor la 500-600°C formează tetrafluorura de UF 4 (cristale verzi în formă de ac, ușor solubile în apă și acizi) și hexafluorura de UF 6 (substanță cristalină albă care se sublimează fără a se topi la 56,4°C); cu sulf - o serie de compuși, dintre care SUA (combustibil nuclear) este cel mai important. Când uraniul interacționează cu hidrogenul la 220 °C, se obține hidrura UH 3; cu azot la temperaturi de la 450 la 700 ° C și presiunea atmosferică - nitrură de U 4 N 7; la o presiune mai mare de azot și aceeași temperatură, se pot obține UN, U 2 N 3 și UN 2; cu carbon la 750-800 °C - monocarbură UC, dicarbură UC 2, precum și U 2 C 3; cu metale formează aliaje de diferite tipuri. Uraniul reacționează lent cu apa clocotită pentru a forma UO 2 nH 2, cu vapori de apă - în intervalul de temperatură 150-250 ° C; solubil în acizi clorhidric și azotic, ușor solubil în acid fluorhidric concentrat. U(VI) se caracterizează prin formarea ionului de uranil UO 2 2+; sărurile de uranil sunt de culoare galbenă și sunt foarte solubile în apă și acizi minerali; Sărurile U(IV) sunt verzi și mai puțin solubile; ionul de uranil este extrem de capabil să formeze complexe în soluții apoase atât cu substanțe anorganice, cât și organice; Cele mai importante pentru tehnologie sunt carbonatul, sulfatul, fluorura, fosfatul și alte complexe. Se cunosc un număr mare de uranați (săruri ale acidului uranic neizolate în formă pură), a căror compoziție variază în funcție de condițiile de producție; Toți uranații au solubilitate scăzută în apă.
Uraniul și compușii săi sunt toxici prin radiații și chimic. Doza maximă admisă (MAD) pentru expunerea profesională este de 5 rem pe an.
Primirea lui Uranus. Uraniul se obține din minereuri de uraniu care conțin 0,05-0,5% U. Minereurile practic nu sunt îmbogățite, cu excepția unei metode limitate de sortare radiometrică bazată pe radiația γ a radiului, care însoțește întotdeauna uraniul. Practic, minereurile sunt levigate cu soluții de acizi sulfuric, uneori azotic sau soluții de sodă cu transfer de uraniu într-o soluție acidă sub formă de UO 2 SO 4 sau anioni complecși 4- și într-o soluție de sodă - sub formă de 4 -. Pentru extragerea și concentrarea uraniului din soluții și pulpe, precum și pentru purificarea acestuia de impurități, se utilizează sorbția pe rășini schimbătoare de ioni și extracția cu solvenți organici (tributil fosfat, acizi alchilfosforici, amine). Apoi, uranați de amoniu sau de sodiu sau hidroxid de U(OH)4 sunt precipitați din soluții prin adăugare de alcali. Pentru a obţine compuşi de puritate ridicată, produsele tehnice sunt dizolvate în acid azotic şi supuse operaţiilor de purificare de rafinare, ai căror produse finali sunt UO 3 sau U 3 O 8; acești oxizi sunt reduși la 650-800 °C cu hidrogen sau amoniac disociat la UO 2, urmat de conversia acestuia în UF 4 prin tratare cu fluorură de hidrogen gazoasă la 500-600 °C. UF4 poate fi obţinut şi prin precipitarea hidratului cristalin UF4nH2O cu acid fluorhidric din soluţii, urmată de deshidratarea produsului la 450 °C într-un curent de hidrogen. In industrie, principala metoda de obtinere a Uraniului din UF 4 este reducerea sa calcico-termica sau magnezio-termica cu eliberarea de Uraniu sub forma de lingouri cu o greutate de pana la 1,5 tone.Lingourile sunt rafinate in cuptoare cu vid.
Un proces foarte important în tehnologia uraniului este îmbogățirea izotopului său de 235 U peste conținutul natural din minereuri sau izolarea acestui izotop în forma sa pură, deoarece 235 U este principalul combustibil nuclear; Acest lucru se realizează prin difuzie termică gazoasă, centrifugă și alte metode bazate pe diferența dintre masele de 238 U și 235 U; în procesele de separare, uraniul este utilizat sub formă de hexafluorură volatilă UF 6. La obținerea uraniului sau izotopilor foarte îmbogățiți, se iau în considerare masele critice ale acestora; cea mai convenabilă metodă în acest caz este reducerea oxizilor de uraniu cu calciu; zgura de CaO rezultată este ușor separată de uraniu prin dizolvare în acizi. Pentru a obține uraniu sub formă de pulbere, oxid (IV), carburi, nitruri și alți compuși refractari, se folosesc metode de metalurgie a pulberilor.
Aplicarea lui Uranus. Uraniul metalic sau compușii săi sunt utilizați în principal ca combustibil nuclear în reactoare nucleare. Un amestec natural sau slab îmbogățit de izotopi de uraniu este utilizat în reactoarele staționare ale centralelor nucleare, un produs foarte îmbogățit este utilizat în centralele nucleare sau în reactoare care funcționează pe neutroni rapizi. 235 U este sursa de energie nucleară în armele nucleare. 238 U servește ca sursă de combustibil nuclear secundar - plutoniu.
Uraniu în organism. Se găsește în microcantități (10 -5 -10 -8%) în țesuturile plantelor, animalelor și oamenilor. În cenușa de plante (cu un conținut de uraniu de aproximativ 10 -4% în sol), concentrația acesteia este de 1,5·10 -5%. În cea mai mare măsură, uraniul este acumulat de unele ciuperci și alge (cele din urmă participă activ la migrarea biogenă a uraniului de-a lungul lanțului de apă - plante acvatice - pești - oameni). Uraniul intră în corpul animalelor și al oamenilor cu alimente și apă în tractul gastrointestinal, cu aer în tractul respirator, precum și prin piele și mucoase. Compușii de uraniu sunt absorbiți în tractul gastrointestinal - aproximativ 1% din cantitatea de compuși solubili primită și nu mai mult de 0,1% din cei puțin solubili; 50% și, respectiv, 20% sunt absorbite în plămâni. Uraniul este distribuit inegal în organism. Depozitul principal (locurile de depunere și acumulare) este splina, rinichii, scheletul, ficatul și, la inhalarea compușilor slab solubili, plămânii și ganglionii limfatici bronhopulmonari. Uraniul (sub formă de carbonați și complexe cu proteine) nu circulă în sânge mult timp. Conținutul de uraniu în organele și țesuturile animalelor și oamenilor nu depășește 10 -7 g/g. Astfel, sângele bovinelor conține 1·10 -8 g/ml, ficatul 8·10 -8 g/g, mușchii 4·10 -11 g/g, splina 9·10 8-8 g/g. Conținutul de uraniu în organele umane este: în ficat 6·10 -9 g/g, în plămâni 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, în splină 4,7·10 -7 g/g , în sânge 4-10 -10 g/ml, în rinichi 5,3·10 -9 (stratul cortical) și 1,3·10 -8 g/g (stratul medular), în oase 1·10 -9 g/g , în măduva osoasă 1-10 -8 g/g, în păr 1,3·10 -7 g/g. Uraniul conținut în țesutul osos provoacă iradierea sa constantă (timp de înjumătățire al uraniului din schelet este de aproximativ 300 de zile). Cele mai scăzute concentrații de uraniu sunt în creier și inimă (10 -10 g/g). Aportul zilnic de uraniu cu alimente și lichide este de 1,9·10 -6 g, cu aer - 7·10 -9 g. Excreția zilnică de uraniu din corpul uman este: cu urină 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, cu fecale - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, cu păr - 2·10 -8 g.
Potrivit Comisiei Internaționale pentru Protecția împotriva Radiațiilor, conținutul mediu de uraniu din corpul uman este de 9·10 -5 g. Această valoare poate varia pentru diferite regiuni. Se crede că uraniul este necesar pentru funcționarea normală a animalelor și plantelor.
Efectul toxic al uraniului este determinat de proprietățile sale chimice și depinde de solubilitate: uranilul și alți compuși solubili ai uraniului sunt mai toxici. Otrăvirea cu uraniu și compușii săi este posibilă la întreprinderile de extracție și prelucrare a materiilor prime de uraniu și alte unități industriale în care este utilizat în procesul tehnologic. Când intră în organism, uraniul afectează toate organele și țesuturile, fiind o otravă celulară generală. Semnele de otrăvire sunt cauzate de afectarea primară a rinichilor (apariția proteinelor și zahărului în urină, oligurie ulterioară); sunt afectate si ficatul si tractul gastrointestinal. Există intoxicații acute și cronice; acestea din urmă se caracterizează prin dezvoltare treptată și simptome mai puțin severe. Cu intoxicația cronică, sunt posibile tulburări ale hematopoiezei, ale sistemului nervos etc.. Se crede că mecanismul molecular de acțiune al uraniului este asociat cu capacitatea sa de a suprima activitatea enzimelor.
URANIU (de la numele planetei Uranus), U - substanță chimică radioactivă. element din grupa III a sistemului periodic de elemente; la. n. 92, la. m. 238,029; aparține actinidelor. Metal alb argintiu lucios. În compuși prezintă stări de oxidare de la +2 la +6, cele mai caracteristice fiind +4 și +6.
Uraniul natural este format din izotopii 238U (99,282%), 235U (0,712%) și 234U (0,006%). Dintre izotopii artificiali, izotopul 233U are o importanță practică. U. sub formă de oxid U02 a fost descoperit (1789) de către german. chimist M.-G. Klaproth. Uraniul metal a fost primit (1841) de către francezi. chimist E.-M. Peligo. Din anii 40 Secolului 20 U. a căpătat importanță ca sursă de energie nucleară eliberată în timpul fisiunii atomilor săi în timpul captării neutronilor; 235U și 233U au această proprietate. Izotopul 238U, atunci când captează neutroni, se transformă în (239Pu), care este și un combustibil nuclear. Conținutul de uraniu din scoarța terestră este de 0,3-0,0004%. Mineralul său principal este o varietate de uranit - smoală de uraniu (40-76% U). Uraniul se găsește în cantități mici în granite (0,0004%), soluri (0,0001 -0,00004%) și ape (~10 -8%).
Sunt cunoscute trei dintre modificările sale alotropice: alfa-uraniu cu o rețea cristalină ortorombica și cu perioade a = 2,8541 A, b = 5,8692 A și c = 4,9563 A (temperatura 25 ° C), care se transformă la t-re 667,7 ° C în beta-uraniu cu o rețea cristalină tetragonală și cu perioade a = 10,759 A și c = 5,656 A (t-ra 720 ° C); peste temperatura de 774,8° C gama-uraniul este stabil cu o rețea cubică centrată pe corp și cu o perioadă a = 3,524 A (temperatura 805° C).
Densitatea alfa-uraniului la temperatura camerei este de 19,05 g/cm3; punct de topire 1132°C; punctul de fierbere 3820° C (presiune 1 at). Căldura transformărilor alfa⇄ beta, beta ⇄ gamma, topirea și evaporarea uraniului, respectiv ~ 0,70; 1,15; 4,75 și 107-117 kcal/mol. Capacitate termică c = 6,4 cal/mol (temperatura 25° C). Coeficient mediu dilatarea termică a uraniului alfa de-a lungul axelor a, b și c în intervalul de temperatură 20-500 ° C, respectiv 32,9; -6,3 si 27,6 10-6 grade-1. Coeficientul de conductivitate termică al uraniului la temperatura camerei este de ~ 0,06 cal/cm sec deg și crește odată cu creșterea temperaturii. Rezistivitatea electrică a uraniului alfa depinde de direcția cristalografică; valoarea sa medie pentru uraniu a unei probe policristaline de puritate ridicată este de ~ 30 μΩ x cm la temperatura camerei și crește la ~ 54 μΩ x cm la 600 ° C. Anizotropia modulului Young se observă și în uraniul alfa. Uraniul alfa policristalin are un modul Young de 2,09 x 10 4 kgf/mm2; modul de forfecare 0,85 x 10 4 kgf/mm2; coeficient Poisson 0,23. Duritatea alfa-uraniului la temperatura camerei este HV = 200, dar scade la 12 la o temperatură de 600 ° C.
În timpul trecerii de la uraniu alfa la uraniu beta, duritatea crește de la ~ 10 la ~ 30. Rezistența la tracțiune a uraniului alfa recoapt (0,02% C) la o temperatură de 20 ° C este de ~ 42 kgf/mm2, crește la 49 kgf/ mm2 la o temperatură de 100 9 C și apoi scade aproape liniar la ~ 11 kgf/mm2 cu o creștere a temperaturii la 600 ° C. La o temperatură de 20 ° C, limita de curgere, alungirea relativă și respectiv contracția relativă sunt 26 kgf/mm2, 8 și 11%, iar la o temperatură de 600° C - 9 kgf/mm2, 26 și 65%. Creșterea conținutului de carbon de la 0,01 la 0,20% crește rezistența și limitele de randamentσ 0,2, respectiv, de la 37 și 24 la 52 și 32 kgf/mm2. Toate caracteristicile mecanice ale uraniului depind în mod semnificativ de prezența impurităților și de pretratare.
Fluajul uraniului depinde în special de schimbările ciclice ale temperaturii, care sunt asociate cu solicitări termice suplimentare care apar din cauza diferenței mari de coeficient. expansiunea termică de-a lungul diferitelor direcții cristalografice ale alfa-uraniului. Rezistența la impact a uraniului alfa (0,03% C), scăzută la temperaturi de 20 și 100 ° C (1,4 și respectiv 2,3 kgf-m/cm2), crește aproape liniar la 11,7 kgf-m/cm2 la o temperatură de 500 ° C. O trăsătură caracteristică este alungirea tijelor de alfa-uraniu policristalin cu o textură de-a lungul axei sub influența încălzirii și răcirii repetate.
Atunci când atomii de uraniu fisiune și insolubili în uraniu se formează, ceea ce duce la umflarea metalului (foarte nedorit pentru combustibilul nuclear). Chiar și la temperatura camerei, uraniul se oxidează în aer uscat cu formarea unei pelicule subțiri de oxid; atunci când este încălzit la o temperatură de 200 ° C, se formează dioxid de calcar U02, la o temperatură de 200-400 ° C - U308, la o temperatură mai mare. temperatura - U308.U03 (mai precis, solutii solide pe baza acestor oxizi). Viteza de oxidare este scăzută la o temperatură de 50 ° C și foarte mare la o temperatură de 300 ° C. Uraniul reacționează lent cu azotul sub o temperatură de 400 ° C, dar destul de repede la o temperatură de 750-800 ° C. Interacțiune cu hidrogen are loc deja la temperatura camerei cu formarea de hidrură UH3.
În apă la temperaturi de până la 70° C, pe uraniu se formează o peliculă de dioxid, care are un efect protector; la o temperatură de 100° C, interacțiunea se accelerează semnificativ. Pentru a obține U., minereurile sale sunt îmbogățite cu substanțe chimice umede. metoda, leșierea cu acid sulfuric în prezența unui agent oxidant - dioxid de mangan. Uraniul este extras dintr-o soluție de sulfat cu solvenți organici sau izolat cu rășini fenolice. Concentratul rezultat este dizolvat în soluție de azot. Azotatul de uranil U02 (N03)2 rezultat este extras, de exemplu, cu fosfat de butii și, după eliberarea din acesta din urmă, compușii U sunt descompuși la o temperatură de 500-700 ° C. U308 și U03 de puritate înaltă rezultate sunt redus cu hidrogen la o temperatură de 600-800 ° C la dioxidul U02.
Uraniul metalic se obține prin reducerea metalotermă (cu calciu sau magneziu) a dioxidului de uraniu UO2 sau a tetrafluorurii de uraniu UF4, obținut anterior din dioxid prin acțiunea acidului fluorhidric anhidru la o temperatură de 500 ° C. Această din urmă metodă este mai comună și permite unul pentru a obține lingouri de înaltă puritate (0,0045% Fe, 0,001% Si, 0,003% C) și cântărind mai mult de o tonă. Uraniul metalic se obține și prin electroliză în băi de sare care conțin UF4 la o temperatură de 800-1200° C. Uraniul brut este supus, de regulă, topirii de rafinare (temperatura 1450-1600° C) în creuzete de grafit, în cuptoare de înaltă frecvență în vid cu turnare. în forme de grafit.
Prototipurile mici sunt deformate prin forjare în stare alfa, care este, de asemenea, folosită, împreună cu presarea în stare alfa sau gamma, pentru a deforma lingourile mari. Laminarea la rece crește caracteristicile de rezistență ale uraniului, duritatea în timpul compresiei cu 40%, crește HV de la 235 la 325. Îndepărtarea întăririi are loc în principal la o temperatură de 350-450 ° C în metalul de puritate tehnică și este însoțită de recristalizare în aceste condiții ; secundar, recristalizarea colectivă se dezvoltă la o temperatură de 600-650° C. Răcirea uraniului în apă sau ulei din starea beta sau gamma nu suprimă formarea fazei alfa, ci rafinează boabele de uraniu alfa, mai ales în prezența impurităţi. Metal U.,
Într-un mesaj al ambasadorului irakian la ONU Mohammed Ali al-Hakim din 9 iulie, se spune că extremiștii ISIS (Statul Islamic al Irakului și Levantului) le stau la dispoziție. AIEA (Agenția Internațională pentru Energie Atomică) s-a grăbit să declare că substanțele nucleare folosite anterior de Irak au proprietăți toxice scăzute și, prin urmare, materialele confiscate de islamiști.
O sursă guvernamentală americană familiarizată cu situația a declarat pentru Reuters că uraniul furat de militanți nu a fost cel mai probabil îmbogățit și, prin urmare, este puțin probabil să fie folosit pentru fabricarea de arme nucleare. Autoritățile irakiene au notificat oficial Națiunile Unite despre acest incident și le-au cerut „să prevină amenințarea folosirii lui”, relatează RIA Novosti.
Compușii de uraniu sunt extrem de periculoși. AiF.ru vorbește despre ce anume, precum și despre cine și cum poate produce combustibil nuclear.
Ce este uraniul?
Uraniul este un element chimic cu număr atomic 92, un metal lucios alb-argintiu, desemnat în tabelul periodic prin simbolul U. În forma sa pură, este puțin mai moale decât oțelul, maleabil, flexibil, care se găsește în scoarța terestră (litosferă). ) și în apa de mare, iar în forma sa pură practic nu apare. Combustibilul nuclear este fabricat din izotopi de uraniu.
Uraniul este un metal greu, alb-argintiu, strălucitor. Foto: Commons.wikimedia.org / Încărcătorul original a fost Zxctypo la en.wikipedia.
Radioactivitatea uraniului
În 1938 germanul fizicienii Otto Hahn și Fritz Strassmann a iradiat nucleul de uraniu cu neutroni și a făcut o descoperire: captând un neutron liber, nucleul izotopului de uraniu se împarte și eliberează o energie enormă datorită energiei cinetice a fragmentelor și a radiațiilor. În 1939-1940 Yuliy KharitonȘi Iakov Zeldovich pentru prima dată a explicat teoretic că, cu o mică îmbogățire a uraniului natural cu uraniu-235, este posibil să se creeze condiții pentru fisiunea continuă a nucleelor atomice, adică să se dea procesului un caracter în lanț.
Ce este uraniul îmbogățit?
Uraniul îmbogățit este uraniul care este produs folosind proces tehnologic de creştere a ponderii izotopului 235U în uraniu. Ca urmare, uraniul natural este împărțit în uraniu îmbogățit și uraniu sărăcit. După ce 235U și 234U sunt extrași din uraniu natural, materialul rămas (uraniu-238) se numește „uraniu sărăcit” deoarece este sărăcit în izotopul 235. Potrivit unor estimări, Statele Unite stochează aproximativ 560.000 de tone de hexafluorură de uraniu sărăcit (UF6). Uraniul sărăcit este la jumătate mai radioactiv decât uraniul natural, în principal datorită eliminării 234U din acesta. Deoarece utilizarea principală a uraniului este producerea de energie, uraniul sărăcit este un produs cu utilizare redusă, cu valoare economică scăzută.
În energia nucleară se folosește numai uraniu îmbogățit. Cel mai utilizat izotop al uraniului este 235U, în care este posibilă o reacție nucleară în lanț auto-susținută. Prin urmare, acest izotop este folosit ca combustibil în reactoare nucleare și în arme nucleare. Izolarea izotopului U235 din uraniul natural este o tehnologie complexă pe care nu multe țări o pot implementa. Îmbogățirea cu uraniu permite producerea de arme nucleare atomice - dispozitive explozive monofazate sau cu o singură etapă în care principala ieșire de energie provine din reacția nucleară de fisiune a nucleelor grele pentru a forma elemente mai ușoare.
Uraniul-233, produs artificial în reactoare din toriu (toriul-232 captează un neutron și se transformă în toriu-233, care se descompune în protactiniu-233 și apoi în uraniu-233), poate deveni în viitor un combustibil nuclear comun pentru energia nucleară. centrale (deja acum există reactoare care folosesc acest nuclid drept combustibil, de exemplu KAMINI în India) și producția de bombe atomice (masă critică de aproximativ 16 kg).
Miezul unui proiectil de calibrul 30 mm (tunul GAU-8 al unui avion A-10) cu un diametru de aproximativ 20 mm este realizat din uraniu sărăcit. Foto: Commons.wikimedia.org / Încărcătorul original a fost Nrcprm2026 la en.wikipedia
Ce țări produc uraniu îmbogățit?
- Franţa
- Germania
- Olanda
- Anglia
- Japonia
- Rusia
- China
- Pakistan
- Brazilia
10 țări produc 94% din producția mondială de uraniu. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
De ce sunt periculoși compușii de uraniu?
Uraniul și compușii săi sunt toxici. Aerosolii de uraniu și compușii săi sunt deosebit de periculoși. Pentru aerosolii compușilor de uraniu solubili în apă, concentrația maximă admisă (MPC) în aer este de 0,015 mg/m³, pentru formele insolubile de uraniu, MAC este de 0,075 mg/m³. Când uraniul intră în organism, acesta afectează toate organele, fiind o otravă celulară generală. Uraniul, la fel ca multe alte metale grele, se leagă aproape ireversibil de proteine, în primul rând de grupările sulfurate ale aminoacizilor, perturbând funcția acestora. Mecanismul molecular de acțiune al uraniului este asociat cu capacitatea sa de a suprima activitatea enzimatică. Rinichii sunt afectați în primul rând (proteinele și zahărul apar în urină, oligurie). Cu intoxicația cronică, sunt posibile tulburări ale hematopoiezei și ale sistemului nervos.
Utilizarea uraniului în scopuri pașnice
- Un mic adaos de uraniu dă sticlei o frumoasă culoare galben-verde.
- Uraniul de sodiu este folosit ca pigment galben în pictură.
- Compușii de uraniu au fost utilizați ca vopsele pentru vopsirea pe porțelan și pentru glazuri și emailuri ceramice (vopsite în culori: galben, maro, verde și negru, în funcție de gradul de oxidare).
- La începutul secolului al XX-lea, azotatul de uranil a fost utilizat pe scară largă pentru a îmbunătăți negativele și colorarea (nuanțare) pozitive (printuri fotografice) maro.
- Aliajele de fier și uraniu sărăcit (uraniu-238) sunt utilizate ca materiale magnetostrictive puternice.
Un izotop este o varietate de atomi ai unui element chimic care au același număr atomic (ordinal), dar numere de masă diferite.
Un element din grupa III a tabelului periodic, aparținând actinidelor; metal greu, ușor radioactiv. Toriul are o serie de aplicații în care joacă uneori un rol de neînlocuit. Poziția acestui metal în tabelul periodic al elementelor și structura nucleului au predeterminat utilizarea sa în domeniul utilizărilor pașnice ale energiei atomice.
*** Oliguria (din grecescul oligos - mic și ouron - urină) - o scădere a cantității de urină excretată de rinichi.
Uranus este a șaptea planetă din sistemul solar și a treia gigant gazoasă. Planeta este a treia ca mărime și a patra ca masă și și-a primit numele în onoarea tatălui zeului roman Saturn.
Exact Uranus are onoarea de a fi prima planetă descoperită în istoria modernă. Cu toate acestea, în realitate, descoperirea sa inițială a acesteia ca planetă nu s-a întâmplat de fapt. În 1781, astronomul William Herschelîn timp ce observa stele din constelația Gemeni, a observat un anumit obiect în formă de disc, pe care l-a înregistrat inițial ca o cometă, pe care l-a raportat Societății Regale de Știință a Angliei. Cu toate acestea, mai târziu, Herschel însuși a fost nedumerit de faptul că orbita obiectului s-a dovedit a fi practic circulară și nu eliptică, așa cum este cazul cometelor. Abia atunci când această observație a fost confirmată de alți astronomi, Herschel a ajuns la concluzia că a descoperit de fapt o planetă, nu o cometă, iar descoperirea a fost în cele din urmă acceptată pe scară largă.
După ce a confirmat datele că obiectul descoperit este o planetă, Herschel a primit privilegiul extraordinar de a-i da numele. Fără ezitare, astronomul a ales numele regelui George al III-lea al Angliei și a numit planeta Georgium Sidus, care tradus înseamnă „Steaua lui George”. Cu toate acestea, numele nu a primit niciodată recunoaștere științifică și oamenii de știință, în cea mai mare parte, a ajuns la concluzia că este mai bine să aderăm la o anumită tradiție în denumirea planetelor sistemului solar și anume să le denumim în cinstea vechilor zei romani. Așa și-a primit numele modern Uranus.
În prezent, singura misiune planetară care a reușit să culeagă informații despre Uranus este Voyager 2.
Această întâlnire, care a avut loc în 1986, a permis oamenilor de știință să obțină o cantitate destul de mare de date despre planetă și să facă multe descoperiri. Nava spațială a transmis mii de fotografii cu Uranus, lunile și inelele sale. Deși multe fotografii ale planetei au arătat puțin mai mult decât culoarea albastru-verde care putea fi văzută de la telescoapele de la sol, alte imagini au arătat prezența a zece luni necunoscute anterior și a două inele noi. Nu sunt planificate noi misiuni în Uranus pentru viitorul apropiat.
Datorită culorii albastru închis a lui Uranus, s-a dovedit a fi mult mai dificil să creezi un model atmosferic al planetei decât modelele aceluiași sau chiar . Din fericire, imaginile de la telescopul spațial Hubble au oferit o imagine mai amplă. Tehnologii mai moderne de imagistică cu telescopul au făcut posibilă obținerea unor imagini mult mai detaliate decât cele ale lui Voyager 2. Astfel, datorită fotografiilor Hubble, s-a putut afla că pe Uranus există benzi latitudinale, ca și pe alți giganți gazosi. În plus, vitezele vântului de pe planetă pot ajunge la peste 576 km/oră.
Se crede că motivul apariției unei atmosfere monotone este compoziția stratului său superior. Straturile vizibile ale norilor sunt compuse în principal din metan, care absoarbe aceste lungimi de undă observate corespunzătoare culorii roșii. Astfel, undele reflectate sunt reprezentate ca culori albastru si verde.
Sub acest strat exterior de metan, atmosfera este formată din aproximativ 83% hidrogen (H2) și 15% heliu, cu puțin metan și acetilenă prezente. Această compoziție este similară cu alți giganți gazosi din Sistemul Solar. Cu toate acestea, atmosfera lui Uranus este izbitor de diferită într-un alt fel. În timp ce Jupiter și Saturn au în mare parte atmosfere gazoase, atmosfera lui Uranus conține mult mai multă gheață. Dovadă în acest sens sunt temperaturile extrem de scăzute de la suprafață. Având în vedere faptul că temperatura atmosferei lui Uranus atinge -224 ° C, poate fi numită cea mai rece atmosferă din sistemul solar. În plus, datele disponibile indică faptul că astfel de temperaturi extrem de scăzute sunt prezente pe aproape întreaga suprafață a lui Uranus, chiar și pe partea care nu este iluminată de Soare.
Uranus, conform oamenilor de știință planetar, este format din două straturi: miezul și mantaua. Modelele actuale sugerează că miezul este compus în principal din rocă și gheață și are o masă de aproximativ 55 de ori mai mare. Mantaua planetei cântărește 8,01 x 10 până la o putere de 24 kg, sau aproximativ 13,4 mase Pământului. În plus, mantaua este formată din apă, amoniac și alte elemente volatile. Principala diferență dintre mantaua lui Uranus și Jupiter și Saturn este că este înghețată, deși nu în sensul tradițional al cuvântului. Cert este că gheața este foarte fierbinte și groasă, iar grosimea mantalei este de 5,111 km.
Ceea ce este cel mai surprinzător în ceea ce privește compoziția lui Uranus și ceea ce îl deosebește de ceilalți giganți gazosi ai sistemului nostru stelar, este că nu radiază mai multă energie decât primește de la Soare. Dat fiind faptul că chiar și , care este foarte apropiat ca dimensiune de Uranus, produce de aproximativ 2,6 ori mai multă căldură decât primește de la Soare, oamenii de știință de astăzi sunt foarte intrigați de o putere atât de slabă generată de Uranus. În acest moment, există două explicații pentru acest fenomen. Primul indică faptul că Uranus a fost expus la un obiect spațial masiv în trecut, ceea ce a făcut ca planeta să piardă o mare parte din căldura sa internă (dobândită în timpul formării) în spațiu. A doua teorie afirmă că există un fel de barieră în interiorul planetei care nu permite căldurii interne a planetei să scape la suprafață.
Orbita și rotația lui Uranus
Însăși descoperirea lui Uranus a permis oamenilor de știință să dubleze aproape raza sistemului solar cunoscut. Aceasta înseamnă că, în medie, orbita lui Uranus este de aproximativ 2,87 x 10 la o putere de 9 km. Motivul pentru o distanță atât de mare este durata trecerii radiației solare de la Soare la planetă. Este nevoie de aproximativ două ore și patruzeci de minute pentru ca lumina soarelui să ajungă la Uranus, care este de aproape douăzeci de ori mai lung decât este nevoie pentru ca lumina soarelui să ajungă pe Pământ. Distanța enormă afectează și durata anului pe Uranus; durează aproape 84 de ani pământeni.
Excentricitatea orbitală a lui Uranus este de 0,0473, care este doar puțin mai mică decât cea a lui Jupiter - 0,0484. Acest factor îl face pe Uranus al patrulea dintre toate planetele din Sistemul Solar în ceea ce privește orbită circulară. Motivul pentru o excentricitate atât de mică a orbitei lui Uranus este că diferența dintre periheliul său de 2,74 x 10 la puterea de 9 km și afeliul său de 3,01 x 109 km este de numai 2,71 x 10 la puterea de 8 km.
Cel mai interesant punct despre rotația lui Uranus este poziția axei. Faptul este că axa de rotație pentru fiecare planetă, cu excepția lui Uranus, este aproximativ perpendiculară pe planul lor orbital, dar axa lui Uranus este înclinată cu aproape 98°, ceea ce înseamnă efectiv că Uranus se rotește pe o parte. Rezultatul acestei poziții a axei planetei este că polul nord al lui Uranus se află pe Soare pentru jumătate din an planetar, iar cealaltă jumătate se află pe polul sudic al planetei. Cu alte cuvinte, ziua pe o emisferă a lui Uranus durează 42 de ani pământeni, iar noaptea pe cealaltă emisferă durează aceeași cantitate. Oamenii de știință citează din nou o coliziune cu un corp cosmic uriaș drept motivul pentru care Uranus „s-a întors pe o parte”.
Având în vedere faptul că cele mai populare dintre inelele din sistemul nostru solar au rămas multă vreme inelele lui Saturn, inelele lui Uranus nu au putut fi descoperite până în 1977. Cu toate acestea, acesta nu este singurul motiv; există încă două motive pentru o astfel de detecție tardivă: distanța planetei de Pământ și reflectivitatea scăzută a inelelor în sine. În 1986, sonda spațială Voyager 2 a putut determina prezența a încă două inele pe planetă, pe lângă cele cunoscute la acea vreme. În 2005, telescopul spațial Hubble a observat încă două. Astăzi, oamenii de știință planetari știu despre 13 inele ale lui Uranus, dintre care cel mai strălucitor este inelul Epsilon.
Inelele lui Uranus diferă de cele ale lui Saturn în aproape toate punctele de vedere - de la dimensiunea particulelor la compoziție. În primul rând, particulele care alcătuiesc inelele lui Saturn sunt mici, cu puțin mai mult de câțiva metri în diametru, în timp ce inelele lui Uranus conțin multe corpuri de până la douăzeci de metri în diametru. În al doilea rând, particulele din inelele lui Saturn sunt în mare parte făcute din gheață. Inelele lui Uranus, totuși, sunt compuse atât din gheață, cât și din praf și resturi semnificative.
William Herschel a descoperit Uranus abia în 1781, deoarece planeta era prea slabă pentru a fi văzută de civilizațiile antice. Herschel însuși a crezut inițial că Uranus este o cometă, dar ulterior și-a revizuit opinia, iar știința a confirmat statutul planetar al obiectului. Astfel, Uranus a devenit prima planetă descoperită în istoria modernă. Numele original propus de Herschel a fost „Steaua lui George” – în onoarea regelui George al III-lea, dar comunitatea științifică nu a acceptat-o. Numele „Uranus” a fost propus de astronomul Johann Bode, în onoarea vechiului zeu roman Uranus.
Uranus se rotește pe axa sa o dată la 17 ore și 14 minute. Ca și , planeta se rotește într-o direcție retrogradă, opusă direcției Pământului și a celorlalte șase planete.
Se crede că înclinarea neobișnuită a axei lui Uranus ar putea provoca o coliziune uriașă cu un alt corp cosmic. Teoria este că o planetă de dimensiunea Pământului s-a ciocnit brusc cu Uranus, care și-a deplasat axa cu aproape 90 de grade.
Viteza vântului pe Uranus poate ajunge până la 900 km pe oră.
Uranus are o masă de aproximativ 14,5 ori mai mare decât masa Pământului, ceea ce îl face cel mai ușor dintre cei patru giganți gazosi din sistemul nostru solar.
Uranus este adesea numit „gigant de gheață”. Pe lângă hidrogen și heliu din stratul său superior (ca și alți giganți gazosi), Uranus are și o manta de gheață care înconjoară miezul său de fier. Atmosfera superioară este formată din amoniac și cristale de metan înghețate, ceea ce îi conferă lui Uranus culoarea albastră pal, caracteristică.
Uranus este a doua cea mai puțin densă planetă din sistemul solar, după Saturn.
Uraniul (U) este un element cu număr atomic 92 și greutate atomică 238,029. Este un element chimic radioactiv din grupa III a tabelului periodic al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev, aparține familiei actinidelor. Uraniul este un metal foarte greu (de 2,5 ori mai greu decât fierul, de peste 1,5 ori mai greu decât plumbul), alb-argintiu, metal strălucitor. În forma sa pură, este puțin mai moale decât oțelul, maleabil, flexibil și are ușoare proprietăți paramagnetice.
Uraniul natural este format dintr-un amestec de trei izotopi: 238U (99,274%) cu un timp de înjumătățire de 4,51∙109 ani; 235U (0,702%) cu un timp de înjumătățire de 7,13∙108 ani; 234U (0,006%) cu un timp de înjumătățire de 2,48∙105 ani. Ultimul izotop nu este primar, ci radiogenic; face parte din seria radioactivă 238U. Izotopii de uraniu 238U și 235U sunt strămoșii a două serii radioactive. Elementele finale ale acestor serii sunt izotopii de plumb 206Pb și 207Pb.
În prezent, 23 de izotopi radioactivi artificiali ai uraniului sunt cunoscuți cu numere de masă de la 217 la 242. „Durata lungă” dintre aceștia este 233U cu un timp de înjumătățire de 1,62∙105 ani. Se obține ca rezultat al iradierii cu neutroni a toriu și este capabil de fisiune sub influența neutronilor termici.
Uraniul a fost descoperit în 1789 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth, ca urmare a experimentelor sale cu mineralul pitchblenda - „pulciul de uraniu”. Noul element a fost numit în onoarea planetei Uranus, descoperită recent (1781) de William Herschel. Pentru următoarea jumătate de secol, substanța obținută de Klaproth a fost considerată un metal, dar în 1841 acest lucru a fost infirmat de chimistul francez Eugene Melchior Peligo, care a dovedit natura oxidică a uraniului (UO2), obținut de chimistul german. Peligo însuși a reușit să obțină uraniu metal prin reducerea UCl4 cu potasiu metal și, de asemenea, a determinat greutatea atomică a noului element. Următorul în dezvoltarea cunoștințelor despre uraniu și proprietățile sale a fost D.I. Mendeleev - în 1874, pe baza teoriei pe care a dezvoltat-o despre periodizarea elementelor chimice, a plasat uraniul în celula cea mai îndepărtată a tabelului său. Chimistul rus a dublat greutatea atomică a uraniului (120), determinată anterior de Peligo; corectitudinea unor astfel de presupuneri a fost confirmată doisprezece ani mai târziu de experimentele chimistului german Zimmermann.
Timp de multe decenii, uraniul a fost de interes doar pentru un cerc restrâns de chimiști și oameni de știință naturală; utilizarea sa a fost, de asemenea, limitată - producția de sticlă și vopsele. Abia odată cu descoperirea radioactivității acestui metal (în 1896 de către Henri Becquerel) a început prelucrarea industrială a minereurilor de uraniu în 1898. Mult mai târziu (1939) a fost descoperit fenomenul de fisiune nucleară, iar din 1942 uraniul a devenit principalul combustibil nuclear.
Cea mai importantă proprietate a uraniului este că nucleele unora dintre izotopii săi sunt capabile de fisiune atunci când captează neutroni; ca urmare a acestui proces, este eliberată o cantitate imensă de energie. Această proprietate a elementului nr. 92 este utilizată în reactoarele nucleare, care servesc ca surse de energie și, de asemenea, stă la baza funcționării bombei atomice. Uraniul este folosit în geologie pentru a determina vârsta mineralelor și rocilor pentru a determina succesiunea proceselor geologice (geocronologie). Datorită faptului că rocile conțin concentrații diferite de uraniu, acestea au radioactivitate diferită. Această proprietate este utilizată la identificarea rocilor folosind metode geofizice. Această metodă este cea mai utilizată în geologia petrolului în timpul studiilor geofizice ale puțurilor. Compușii de uraniu au fost folosiți ca vopsele pentru vopsirea pe porțelan și pentru glazuri și emailuri ceramice (vopsite în culori: galben, maro, verde și negru, în funcție de gradul de oxidare), de exemplu, uranatul de sodiu Na2U2O7 a fost folosit ca pigment galben în pictura.
Proprietăți biologice
Uraniul este un element destul de comun în mediul biologic; concentratorii acestui metal sunt considerați a fi unele tipuri de ciuperci și alge, care sunt incluse în lanțul ciclului biologic al uraniului în natură, conform schemei: apă - plante acvatice - pești - oameni. Astfel, cu alimente și apă, uraniul intră în corpul oamenilor și al animalelor, sau mai degrabă în tractul gastrointestinal, unde sunt absorbiți aproximativ un procent din compușii ușor solubili și nu mai mult de 0,1% din cei puțin solubili. Acest element intră în tractul respirator și în plămâni, precum și în mucoasele și pielea cu aer. În tractul respirator, și în special în plămâni, absorbția are loc mult mai intens: compușii ușor solubili sunt absorbiți cu 50%, iar cei puțin solubili cu 20%. Astfel, uraniul se găsește în cantități mici (10-5 - 10-8%) în țesuturile animale și umane. La plante (în reziduu uscat), concentrația de uraniu depinde de conținutul său în sol, astfel încât cu o concentrație în sol de 10-4%, planta conține 1,5∙10-5% sau mai puțin. Distribuția uraniului între țesuturi și organe este neuniformă; principalele locuri de acumulare sunt țesutul osos (scheletul), ficatul, splina, rinichii, precum și plămânii și ganglionii limfatici bronhopulmonari (dacă compușii slab solubili intră în plămâni). Uraniul (carbonați și complexe cu proteine) este îndepărtat din sânge destul de repede. În medie, conținutul celui de-al 92-lea element în organele și țesuturile animalelor și oamenilor este de 10-7%. De exemplu, sângele bovinelor conține 1∙10-8 g/ml de uraniu, iar sângele uman conține 4∙10-10 g/g. Ficatul de bovine conține 8∙10-8 g/g, la om în același organ 6∙10-9 g/g; splina bovinelor conține 9∙10-8 g/g, la om - 4,7∙10-7 g/g. În țesuturile musculare ale bovinelor se acumulează până la 4∙10-11 g/g. În plus, în corpul uman, uraniul este conținut în plămâni în intervalul 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; în rinichi 5,3∙10-9 g/g (stratul cortical) şi 1,3∙10-8 g/g (stratul medular); în țesutul osos 1∙10-9 g/g; în măduva osoasă 1∙10-8 g/g; în păr 1,3∙10-7 g/g. Uraniul găsit în oase provoacă iradierea constantă a țesutului osos (perioada de îndepărtare completă a uraniului din schelet este de 600 de zile). Cea mai mică cantitate din acest metal se află în creier și inimă (aproximativ 10-10 g/g). După cum am menționat mai devreme, principalele moduri prin care uraniul intră în organism sunt apa, alimentele și aerul. Doza zilnică de metal care intră în organism cu alimente și lichide este de 1,9∙10-6 g, cu aer - 7∙10-9 g. Cu toate acestea, în fiecare zi uraniul este excretat din organism: cu urină de la 0,5∙10-7 g. până la 5∙10-7 g; cu fecale de la 1,4∙10-6 g la 1,8∙10-6 g. Pierderi de la păr, unghii și fulgi de piele moartă - 2∙10-8 g.
Oamenii de știință sugerează că uraniul în cantități mici este necesar pentru funcționarea normală a corpului uman, a animalelor și a plantelor. Cu toate acestea, rolul său în fiziologie nu a fost încă clarificat. S-a stabilit că conținutul mediu de element 92 în corpul uman este de aproximativ 9∙10-5 g (Comisia Internațională pentru Protecția împotriva Radiațiilor). Adevărat, această cifră fluctuează oarecum pentru diferite regiuni și teritorii.
În ciuda rolului său biologic încă necunoscut, dar cert în organismele vii, uraniul rămâne unul dintre cele mai periculoase elemente. În primul rând, acest lucru se manifestă prin efectul toxic al acestui metal, care se datorează proprietăților sale chimice, în special solubilității compușilor. De exemplu, compușii solubili (uranil și alții) sunt mai toxici. Cel mai adesea, otrăvirea cu uraniu și compușii săi are loc la fabricile de îmbogățire, întreprinderile de extracție și prelucrare a materiilor prime de uraniu și alte unități de producție în care uraniul este implicat în procesele tehnologice.
Pătrunzând în organism, uraniul afectează absolut toate organele și țesuturile acestora, deoarece acțiunea are loc la nivel celular: suprimă activitatea enzimelor. Rinichii sunt afectați în primul rând, ceea ce se manifestă printr-o creștere bruscă a zahărului și a proteinelor în urină, dezvoltând ulterior oligurie. Sunt afectate tractul gastrointestinal și ficatul. Intoxicatia cu uraniu se imparte in acuta si cronica, aceasta din urma dezvoltandu-se treptat si poate fi asimptomatica sau cu simptome usoare. Cu toate acestea, ulterior intoxicația cronică duce la tulburări ale hematopoiezei, ale sistemului nervos și alte probleme grave de sănătate.
O tonă de rocă de granit conține aproximativ 25 de grame de uraniu. Energia care poate fi eliberată în timpul arderii acestor 25 de grame într-un reactor este comparabilă cu energia care este eliberată în timpul arderii a 125 de tone de cărbune în cuptoarele centralelor termice puternice! Pe baza acestor date, se poate presupune că, în viitorul apropiat, granitul va fi considerat unul dintre tipurile de combustibil mineral. În total, stratul de suprafață relativ subțire de douăzeci de kilometri al scoarței terestre conține aproximativ 1014 tone de uraniu; atunci când este transformat în echivalent de energie, rezultatul este pur și simplu o cifră colosală - 2,36,1024 kilowați-oră. Chiar și toate zăcămintele de combustibili fosili dezvoltate, explorate și propuse luate împreună nu sunt capabile să furnizeze nici măcar o milioneme din această energie!
Se știe că aliajele de uraniu supuse tratamentului termic se remarcă prin limite de randament mai mari, rezistență crescută la fluaj și coroziune și o tendință mai mică de modificare a formei produselor sub fluctuațiile de temperatură și sub influența iradierii. Pe baza acestor principii, la începutul secolului al XX-lea și până în anii treizeci, uraniul sub formă de carbură a fost folosit la producerea oțelurilor pentru scule. În plus, a fost folosit pentru a înlocui wolfram în unele aliaje, care era mai ieftin și mai accesibil. În producția de ferouraniu, ponderea U a fost de până la 30%. Adevărat, în a doua treime a secolului al XX-lea o astfel de utilizare a uraniului a dispărut.
După cum se știe, în adâncurile Pământului nostru există un proces constant de descompunere a izotopilor de urnă. Deci, oamenii de știință au calculat că eliberarea instantanee de energie din întreaga masă a acestui metal închis în învelișul pământului ar încălzi planeta noastră la o temperatură de câteva mii de grade! Cu toate acestea, un astfel de fenomen, din fericire, este imposibil - la urma urmei, eliberarea de căldură are loc treptat, pe măsură ce nucleele de uraniu și derivații săi suferă o serie de transformări radioactive pe termen lung. Durata unor astfel de transformări poate fi judecată după timpul de înjumătățire al izotopilor naturali ai uraniului, de exemplu, pentru 235U este de 7.108 ani, iar pentru 238U - 4,51.109 ani. Cu toate acestea, căldura uraniului încălzește semnificativ Pământul. Dacă întreaga masă a Pământului ar conține aceeași cantitate de uraniu ca și în stratul superior de douăzeci de kilometri, atunci temperatura planetei ar fi mult mai mare decât este acum. Cu toate acestea, pe măsură ce vă deplasați spre centrul Pământului, concentrația de uraniu scade.
În reactoarele nucleare, doar o mică parte din uraniul încărcat este procesată, acest lucru se datorează zgurii combustibilului cu produse de fisiune: 235U se arde, reacția în lanț se stinge treptat. Cu toate acestea, barele de combustibil sunt încă pline cu combustibil nuclear, care trebuie consumat din nou. Pentru a face acest lucru, elementele vechi de combustibil sunt demontate și trimise spre reciclare - sunt dizolvate în acizi, iar uraniul este extras din soluția rezultată prin extracție; fragmentele de fisiune care trebuie eliminate rămân în soluție. Astfel, se dovedește că industria uraniului este practic o producție chimică fără deșeuri!
Plantele pentru separarea izotopilor de uraniu ocupă o suprafață de câteva zeci de hectare, iar aria partițiilor poroase din cascadele de separare ale plantei este aproximativ aceeași. Acest lucru se datorează complexității metodei de difuzie pentru separarea izotopilor de uraniu - la urma urmei, pentru a crește concentrația de 235U de la 0,72 la 99%, sunt necesare câteva mii de pași de difuzie!
Folosind metoda uraniului-plumb, geologii au putut afla vârsta celor mai vechi minerale; atunci când au studiat rocile meteoritice, au putut determina data aproximativă a nașterii planetei noastre. Datorită „ceasului cu uraniu”, a fost determinată vârsta solului lunar. Interesant, s-a dovedit că timp de 3 miliarde de ani nu a existat nicio activitate vulcanică pe Lună, iar satelitul natural al Pământului rămâne un corp pasiv. La urma urmei, chiar și cele mai tinere bucăți de materie lunară au trăit mai mult decât vârsta celor mai vechi minerale terestre.
Poveste
Utilizarea uraniului datează de foarte mult timp - încă din secolul I î.Hr., oxidul natural de uraniu a fost folosit pentru a face o glazură galbenă folosită la colorarea ceramicii.
În timpurile moderne, studiul uraniului a avut loc treptat - în mai multe etape, cu creștere continuă. Începutul a fost descoperirea acestui element în 1789 de către filozoful și chimistul german Martin Heinrich Klaproth, care a redus „pământul” galben-auriu extras din minereu de smoală săsească („zuia de uraniu”) la o substanță asemănătoare metalului negru (uraniu). oxid - UO2). Numele a fost dat în onoarea celei mai îndepărtate planete cunoscute la acea vreme - Uranus, care la rândul său a fost descoperită în 1781 de William Herschel. În acest moment, prima etapă în studiul noului element (Klaproth era încrezător că a descoperit un nou metal) se încheie și vine o pauză de mai bine de cincizeci de ani.
Anul 1840 poate fi considerat începutul unei noi etape în istoria cercetării uraniului. Din acest an, un tânăr chimist din Franța, Eugene Melchior Peligo (1811-1890), a preluat problema obținerii uraniului metalic; în curând (1841) a reușit - uraniul metalic s-a obținut prin reducerea UCl4 cu potasiu metalic. În plus, el a demonstrat că uraniul descoperit de Klaproth este de fapt doar oxidul său. De asemenea, francezul a determinat greutatea atomică estimată a noului element - 120. Apoi, din nou, a avut loc o pauză lungă în studiul proprietăților uraniului.
Abia în 1874 au apărut noi presupuneri despre natura uraniului: Dmitri Ivanovici Mendeleev, urmând teoria pe care a dezvoltat-o despre periodizarea elementelor chimice, găsește un loc pentru un nou metal în tabelul său, plasând uraniul în ultima celulă. În plus, Mendeleev a dublat greutatea atomică a uraniului presupusă anterior, fără a greși nici în acest sens, ceea ce a fost confirmat de experimentele chimistului german Zimmermann 12 ani mai târziu.
Din 1896, descoperirile în domeniul studierii proprietăților uraniului au „căzut” una după alta: în anul menționat mai sus, destul de întâmplător (în timp ce studiam fosforescența cristalelor de sulfat de potasiu uranil), fizica de 43 de ani. profesorul Antoine Henri Becquerel deschide „Razele lui Becquerel”, redenumit mai târziu radioactivitate de Marie Curie. În același an, Henri Moissan (din nou un chimist din Franța) dezvoltă o metodă de producere a uraniului metalic pur.
În 1899, Ernest Rutherford a descoperit eterogenitatea radiațiilor din preparatele de uraniu. S-a dovedit că există două tipuri de radiații - razele alfa și beta, diferite în proprietăți: poartă sarcini electrice diferite, au lungimi diferite de cale în materie și capacitatea lor de ionizare este, de asemenea, diferită. Un an mai târziu, razele gamma au fost descoperite și de Paul Villar.
Ernest Rutherford și Frederick Soddy au dezvoltat împreună teoria radioactivității uraniului. Pe baza acestei teorii, în 1907, Rutherford a întreprins primele experimente pentru a determina vârsta mineralelor atunci când studia uraniul și toriul radioactiv. În 1913, F. Soddy a introdus conceptul de izotopi (din greaca veche iso - „egal”, „identic”, și topos - „loc”). În 1920, același om de știință a sugerat că izotopii ar putea fi folosiți pentru a determina vârsta geologică a rocilor. Ipotezele sale s-au dovedit a fi corecte: în 1939, Alfred Otto Karl Nier a creat primele ecuații pentru calcularea vârstelor și a folosit un spectrometru de masă pentru a separa izotopii.
În 1934, Enrico Fermi a efectuat o serie de experimente privind bombardarea elementelor chimice cu neutroni – particule descoperite de J. Chadwick în 1932. În urma acestei operațiuni, în uraniu au apărut substanțe radioactive necunoscute anterior. Fermi și alți oameni de știință care au participat la experimentele sale au sugerat că au descoperit elemente transuraniu. Timp de patru ani, au fost făcute încercări de a detecta elemente transuraniu printre produsele bombardamentului cu neutroni. Totul s-a încheiat în 1938, când chimiștii germani Otto Hahn și Fritz Strassmann au stabilit că, prin captarea unui neutron liber, nucleul izotopului de uraniu 235U se divide, eliberând (pe un nucleu de uraniu) o cantitate destul de mare de energie, în principal din cauza cineticii. fragmente de energie și radiații. Chimiștii germani nu au reușit să avanseze mai departe. Lise Meitner și Otto Frisch au putut să-și fundamenteze teoria. Această descoperire a fost originea utilizării energiei intra-atomice atât în scopuri pașnice, cât și în scopuri militare.
Fiind în natură
Conținutul mediu de uraniu din scoarța terestră (clarke) este de 3∙10-4% din masă, ceea ce înseamnă că există mai mult din acesta în intestinele pământului decât argint, mercur și bismut. Uraniul este un element caracteristic pentru stratul de granit și învelișul sedimentar al scoarței terestre. Deci, într-o tonă de granit există aproximativ 25 de grame de element nr. 92. În total, peste 1000 de tone de uraniu sunt conținute în stratul superior relativ subțire al Pământului, de douăzeci de kilometri. În rocile magmatice acide 3,5∙10-4%, în argile și șisturi 3,2∙10-4%, în special îmbogățite în materie organică, în roci bazice 5∙10-5%, în rocile ultramafice ale mantalei 3∙10-7% .
Uraniul migrează viguros în apele reci și calde, neutre și alcaline sub formă de ioni simpli și complecși, în special sub formă de complexe carbonatice. Reacțiile redox joacă un rol important în geochimia uraniului, totul pentru că compușii uraniului, de regulă, sunt foarte solubili în ape cu mediu oxidant și slab solubili în ape cu mediu reducător (hidrogen sulfurat).
Sunt cunoscute peste o sută de minereuri minerale de uraniu; ele diferă în ceea ce privește compoziția chimică, originea și concentrația de uraniu; din întreaga varietate, doar o duzină prezintă interes practic. Principalii reprezentanți ai uraniului, care au cea mai mare importanță industrială, în natură pot fi considerați oxizi - uraninit și varietățile sale (smoală smoală și negru de uraniu), precum și silicați - coffinit, titanați - davidit și brannerit; fosfați hidrați și arseniați de uranil - mica de uraniu.
Uraninitul - UO2 este prezent predominant în rocile antice - precambriene sub formă de forme cristaline clare. Uranitul formează serii izomorfe cu thorianit ThO2 și ittrocerianit (Y,Ce)O2. În plus, toate uranitele conțin produse de descompunere radiogenă ai uraniului și toriu: K, Po, He, Ac, Pb, precum și Ca și Zn. Uraninitul în sine este un mineral la temperatură înaltă, caracteristic pegmatitelor de granit și sienită în asociere cu niobat-tantal-titanați complexi de uraniu (columbit, piroclor, samarskite și altele), zircon, monazit. În plus, uranitul apare în roci hidrotermale, skarn și sedimentare. Depozite mari de uraninit sunt cunoscute în Canada, Africa, Statele Unite ale Americii, Franța și Australia.
Pitchblenda (U3O8), cunoscută și sub denumirea de gudron de uraniu sau blenda de rășini, care formează agregate colomorfe criptocristaline - un mineral vulcanic și hidrotermal, este reprezentată în formațiunile paleozoice și mai tinere de temperatură înaltă și medie. Sateliții constanti ai pitchblendei sunt sulfuri, arsenide, bismut nativ, arsen și argint, carbonați și alte elemente. Aceste minereuri sunt foarte bogate în uraniu, dar sunt extrem de rare, adesea însoțite de radiu, acest lucru se explică ușor: radiul este un produs direct al dezintegrarii izotopice a uraniului.
Negrule de uraniu (agregate pământoase libere) se prezintă în principal în formațiuni tinere - cenozoice și mai tinere, caracteristice depozitelor hidrotermale sulfuro-uraniu și sedimentare.
Uraniul este, de asemenea, extras ca produs secundar din minereuri care conțin mai puțin de 0,1%, de exemplu, din conglomerate purtătoare de aur.
Principalele zăcăminte de minereuri de uraniu sunt situate în SUA (Colorado, Dakota de Nord și de Sud), Canada (provincile Ontario și Saskatchewan), Africa de Sud (Witwatersrand), Franța (Masif Central), Australia (Teritoriul de Nord) și multe alte țări. . În Rusia, principala regiune a minereului de uraniu este Transbaikalia. Aproximativ 93% din uraniul rusesc este extras la zăcământul din regiunea Chita (lângă orașul Krasnokamensk).
Aplicație
Energia nucleară modernă este pur și simplu de neconceput fără elementul nr. 92 și proprietățile sale. Deși nu cu mult timp în urmă - înainte de lansarea primului reactor nuclear, minereurile de uraniu erau extrase în principal pentru a extrage radiu din ele. Cantități mici de compuși ai uraniului au fost utilizate în unii coloranți și catalizatori. De fapt, uraniul era considerat un element care nu avea aproape nicio semnificație industrială și cât de radical s-a schimbat situația după descoperirea capacității izotopilor de uraniu de a fi fisiune! Acest metal a primit instantaneu statutul de materie primă strategică nr. 1.
În zilele noastre, principala zonă de aplicare a uraniului metalic, precum și a compușilor săi, este combustibilul pentru reactoare nucleare. Astfel, în reactoarele staționare ale centralelor nucleare se folosește un amestec slab (natural) de izotopi de uraniu, iar în centralele nucleare și reactoarele cu neutroni rapidi se folosește uraniu foarte îmbogățit.
Izotopul de uraniu 235U este cel mai utilizat, deoarece este posibilă o reacție nucleară în lanț auto-susținută, ceea ce nu este tipic pentru alți izotopi de uraniu. Datorită acestei proprietăți, 235U este folosit ca combustibil în reactoare nucleare, precum și în arme nucleare. Cu toate acestea, separarea izotopului 235U de uraniul natural este o problemă tehnologică complexă și costisitoare.
Cel mai comun izotop al uraniului din natură, 238U, se poate fisiune atunci când este bombardat cu neutroni de înaltă energie. Această proprietate a acestui izotop este folosită pentru a crește puterea armelor termonucleare - sunt utilizați neutronii generați de o reacție termonucleară. În plus, izotopul de plutoniu 239Pu este obținut din izotopul 238U, care, la rândul său, poate fi folosit și în reactoare nucleare și într-o bombă atomică.
Recent, izotopul de uraniu 233U, produs artificial în reactoare din toriu, și-a găsit o mare utilizare; este obținut prin iradierea toriului în fluxul de neutroni al unui reactor nuclear:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
Neutroni termici fisionali 233U; în plus, în reactoarele cu 233U, poate avea loc reproducerea extinsă a combustibilului nuclear. Deci, atunci când un kilogram de 233U arde într-un reactor de toriu, ar trebui să se acumuleze în el 1,1 kg de 233U nou (ca urmare a captării neutronilor de către nucleele de toriu). În viitorul apropiat, ciclul uraniu-toriu din reactoarele cu neutroni termici va fi principalul concurent al ciclului uraniu-plutoniu pentru reproducerea combustibilului nuclear în reactoare cu neutroni rapizi. Reactoarele care folosesc acest nuclid drept combustibil există deja și funcționează (KAMINI în India). 233U este, de asemenea, cel mai promițător combustibil pentru motoarele de rachete nucleare în fază gazoasă.
Alți izotopi artificiali ai uraniului nu joacă un rol semnificativ.
După ce izotopii „necesari” 234U și 235U sunt extrași din uraniul natural, materia primă rămasă (238U) se numește „uraniu sărăcit”, este la jumătate la fel de radioactiv decât uraniul natural, în principal datorită eliminării 234U din acesta. Deoarece principala utilizare a uraniului este producerea de energie, din acest motiv uraniul sărăcit este un produs cu utilizare redusă, cu valoare economică scăzută. Cu toate acestea, datorită prețului său scăzut, precum și a densității sale ridicate și a secțiunii transversale de captare extrem de mare, este utilizat pentru protecția împotriva radiațiilor și ca balast în aplicații aerospațiale, cum ar fi suprafețele de control a aeronavelor. În plus, uraniul sărăcit este folosit ca balast în aterizatoarele spațiale și iahturile de curse; la rotoarele giroscopului de mare viteză, volantele mari și la forarea puțurilor de petrol.
Cu toate acestea, cea mai faimoasă utilizare a uraniului sărăcit este în aplicațiile militare - ca miezuri pentru obuzele care străpung armura și armura tancului modern, cum ar fi tancul M-1 Abrams.
Utilizările mai puțin cunoscute ale uraniului implică în principal compușii săi. Așadar, un mic adaos de uraniu dă o fluorescență galben-verzuie frumoasă sticlei, unii compuși ai uraniului sunt fotosensibili, din acest motiv azotatul de uranil a fost utilizat pe scară largă pentru a îmbunătăți negativul și culoarea (nuanța) pozitive (printuri fotografice) maro.
Carbura 235U aliată cu carbură de niobiu și carbură de zirconiu este folosită ca combustibil pentru motoarele cu reacție nucleare. Aliajele de fier și uraniu sărăcit (238U) sunt utilizate ca materiale magnetostrictive puternice. Uranatul de sodiu Na2U2O7 a fost folosit ca pigment galben în pictură; anterior, compușii de uraniu erau utilizați ca vopsele pentru vopsirea pe porțelan și pentru glazuri și emailuri ceramice (vopsite în culori: galben, maro, verde și negru, în funcție de gradul de oxidare) .
Productie
Uraniul este obținut din minereuri de uraniu, care diferă semnificativ într-o serie de caracteristici (condiții de formare, „contrast”, conținut de impurități utile etc.), principalul dintre acestea fiind procentul de uraniu. După acest criteriu, se disting cinci tipuri de minereuri: foarte bogate (conțin peste 1% uraniu); bogat (1-0,5%); medie (0,5-0,25%); obișnuite (0,25-0,1%) și sărace (mai puțin de 0,1%). Cu toate acestea, chiar și din minereuri care conțin 0,01-0,015% uraniu, acest metal este extras ca produs secundar.
De-a lungul anilor de dezvoltare a materiilor prime de uraniu, au fost dezvoltate multe metode de separare a uraniului de minereuri. Acest lucru se datorează atât importanței strategice a uraniului în unele zone, cât și diversității manifestărilor sale naturale. Cu toate acestea, în ciuda varietății de metode și materii prime, orice producție de uraniu constă în trei etape: concentrarea preliminară a minereului de uraniu; leșierea uraniului și obținerea de compuși ai uraniului suficient de puri prin precipitare, extracție sau schimb ionic. În continuare, în funcție de scopul uraniului rezultat, produsul este îmbogățit cu izotopul 235U sau redus imediat la uraniu elementar.
Deci, minereul este inițial concentrat - roca este zdrobită și umplută cu apă. În acest caz, elementele mai grele ale amestecului se depun mai repede. În rocile care conțin minerale primare de uraniu au loc precipitații rapide, deoarece sunt foarte grele. Atunci când minereurile care conțin minerale secundare de uraniu sunt concentrate, se depun rocă sterilă, care este mult mai grea decât mineralele secundare, dar poate conține elemente foarte utile.
Minereurile de uraniu nu sunt aproape niciodată îmbogățite, cu excepția metodei organice de sortare radiometrică, bazată pe radiația γ a radiului, care însoțește întotdeauna uraniul.
Următoarea etapă în producția de uraniu este levigarea, aducând astfel uraniul în soluție. Practic, minereurile sunt levigate cu soluții de acizi sulfuric, uneori azotic sau soluții de sodă cu transfer de uraniu într-o soluție acidă sub formă de UO2SO4 sau anioni complecși și într-o soluție de sodă sub formă de anion cu 4 complexe. Metoda care folosește acid sulfuric este mai ieftină, însă nu este întotdeauna aplicabilă dacă materia primă conține uraniu tetravalent (rășină de uraniu), care nu este solubilă în acid sulfuric. În astfel de cazuri, se folosește leșierea alcalină sau uraniul tetravalent este oxidat la o stare hexavalentă. Folosirea sodei caustice (sodă caustică) este recomandată atunci când se scurge minereurile care conțin magneză sau dolomit, care necesită prea mult acid pentru a se dizolva.
După etapa de levigare, soluția conține nu numai uraniu, ci și alte elemente, care, la fel ca uraniul, sunt extrase cu aceiași solvenți organici, depuse pe aceleași rășini schimbătoare de ioni și precipită în aceleași condiții. Într-o astfel de situație, pentru izolarea selectivă a uraniului, este necesară utilizarea multor reacții redox pentru a elimina elementul nedorit în diferite etape. Unul dintre avantajele metodelor de schimb de ioni și extracție este că uraniul este extras destul de complet din soluții sărace.
După toate operațiunile de mai sus, uraniul este transformat în stare solidă - într-unul dintre oxizi sau în tetrafluorură de UF4. Un astfel de uraniu conține impurități cu o secțiune transversală mare de captare termică a neutronilor - litiu, bor, cadmiu și metale din pământuri rare. În produsul final, conținutul lor nu trebuie să depășească o sută de miimi și milioane de procente! Pentru a face acest lucru, uraniul este dizolvat din nou, de data aceasta în acid azotic. Nitratul de uranil UO2(NO3)2 în timpul extracției cu tributil fosfat și alte substanțe este purificat suplimentar la standardele cerute. Această substanță este apoi cristalizată (sau precipitată) și calcinată cu grijă. În urma acestei operațiuni se formează trioxid de uraniu UO3, care se reduce cu hidrogen la UO2. La temperaturi de la 430 la 600° C, oxidul de uraniu reacţionează cu acidul fluorhidric uscat şi se transformă în tetrafluorură de UF4. Deja din acest compus, uraniul metal se obține de obicei cu ajutorul calciului sau magneziului prin reducere obișnuită.
Proprietăți fizice
Uraniul metal este foarte greu, este de două ori și jumătate mai greu decât fierul și de o ori și jumătate mai greu decât plumbul! Acesta este unul dintre cele mai grele elemente stocate în intestinele Pământului. Cu culoarea și strălucirea alb-argintie, uraniul seamănă cu oțelul. Metal pur Este plastic, moale, are o densitate mare, dar în același timp este ușor de prelucrat. Uraniul este electropozitiv și are proprietăți paramagnetice minore - susceptibilitatea magnetică specifică la temperatura camerei este de 1,72·10 -6, are conductivitate electrică scăzută, dar reactivitate ridicată. Acest element are trei modificări alotrope: α, β și γ. Forma α are o rețea cristalină ortorombică cu următorii parametri: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Această formă este stabilă în intervalul de temperatură de la temperatura camerei până la 667,7°C. Densitatea uraniului în forma a la o temperatură de 25°C este de 19,05 ± 0,2 g/cm3. Forma β are o rețea cristalină tetragonală, stabilă în intervalul de temperatură de la 667,7°C la 774,8°C. Parametrii rețelei tetragonale: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. γ-formă cu o structură cubică centrată pe corp, stabilă de la 774,8°C până la punctul de topire (1132°C).
Toate cele trei faze pot fi văzute în timpul procesului de recuperare a uraniului. Pentru aceasta, se folosește un aparat special, care este o țeavă de oțel fără sudură, care este căptușită cu oxid de calciu; acest lucru este necesar pentru ca oțelul țevii să nu interacționeze cu uraniul. Un amestec de tetrafluorură de uraniu și magneziu (sau calciu) este încărcat în aparat, după care este încălzit la 600 ° C. Când se atinge această temperatură, aprindetorul electric este pornit și o reacție de reducere exotermă, în care amestecul încărcat se topește complet. Uraniul lichid (temperatura 1132 ° C) datorită greutății sale se scufundă complet în fund. După depunerea completă a uraniului în partea inferioară a aparatului, începe răcirea, uraniul se cristalizează, atomii săi sunt aranjați în ordine strictă, formând o rețea cubică - aceasta este faza γ. Următoarea tranziție are loc la 774 ° C - rețeaua cristalină a metalului de răcire devine tetragonală, ceea ce corespunde fazei β. Când temperatura lingoului scade la 668° C, atomii își rearanjează din nou rândurile, aranjate în valuri în straturi paralele - faza α. În plus, nu apar modificări.
Parametrii principali ai uraniului se referă întotdeauna la faza α. Punct de topire (topire) 1132°C, punctul de fierbere al uraniului (tfierbere) 3818°C. Capacitate termică specifică la temperatura camerei 27,67 kJ/(kg·K) sau 6,612 cal/(g·°С). Rezistivitatea electrică la o temperatură de 25°C este de aproximativ 3·10 -7 ohm·cm, iar deja la 600°С este de 5,5·10 -7 ohm·cm. Conductivitatea termică a uraniului se modifică, de asemenea, în funcție de temperatură: în intervalul 100-200 ° C este egală cu 28,05 W/(m K) sau 0,067 cal/(cm sec ° C), iar când este crescută la 400 ° C crește până la 29,72 W/(m K) 0,071 cal/(cm sec °C). Uraniul are supraconductivitate la 0,68 K. Duritatea medie Brinell este de 19,6 - 21,6·10 2 Mn/m 2 sau 200-220 kgf/mm 2.
Multe proprietăți mecanice ale celui de-al 92-lea element depind de puritatea acestuia și de modurile de tratament termic și mecanic. Deci pentru uraniu turnat rezistența la tracțiune la temperatura camerei este de 372-470 MN/m2 sau 38-48 kgf/mm2, modulul elastic mediu este de 20,5·10 -2 MN/m2 sau 20,9·10 -3 kgf/mm2. Rezistența uraniului crește după stingerea din fazele β și γ.
Iradierea uraniului printr-un flux de neutroni, interacțiunea cu elementele combustibile de răcire cu apă din uraniu metalic și alți factori de funcționare în reactoare puternice cu neutroni termici - toate acestea duc la modificări ale proprietăților fizice și mecanice ale uraniului: metalul devine fragil, fluent. se dezvoltă, iar produsele din uraniu metalic sunt deformate. Din acest motiv, aliajele de uraniu, de exemplu cu molibden, sunt utilizate în reactoarele nucleare; un astfel de aliaj este rezistent la apă, întărește metalul, menținând o rețea cubică la temperatură ridicată.
Proprietăți chimice
Din punct de vedere chimic, uraniul este un metal foarte activ. În aer, se oxidează cu formarea unei pelicule iridescente de dioxid de UO2 la suprafață, care nu protejează metalul de oxidarea ulterioară, așa cum se întâmplă cu titanul, zirconiul și o serie de alte metale. Cu oxigen, uraniul formează dioxid de UO2, trioxid de UO3 și un număr mare de oxizi intermediari, dintre care cel mai important este U3O8; proprietățile acestor oxizi sunt similare cu UO2 și UO3. În stare de pulbere, uraniul este piroforic și se poate aprinde cu o încălzire ușoară (150 °C și peste), arderea este însoțită de o flacără strălucitoare, formând în cele din urmă U3O8. La o temperatură de 500-600 °C, uraniul interacționează cu fluorul formând cristale verzi în formă de ac, ușor solubile în apă și acizi - tetrafluorura de uraniu UF4, precum și UF6 - hexafluorura (cristale albe care se sublimează fără a se topi la o temperatură de 500-600 °C). 56,4 °C). UF4, UF6 sunt exemple de interacțiune a uraniului cu halogenii pentru a forma halogenuri de uraniu. Uraniul se combină cu ușurință cu sulful, formând o serie de compuși, dintre care cel mai important este SUA - combustibil nuclear. Uraniul reacționează cu hidrogenul la 220 °C pentru a forma hidrura UH3, care este foarte activă din punct de vedere chimic. Odată cu încălzirea suplimentară, UH3 se descompune în hidrogen și uraniu sub formă de pulbere. Interacțiunea cu azotul are loc la temperaturi mai ridicate - de la 450 la 700 °C și presiunea atmosferică - se obține nitrură U4N7; cu creșterea presiunii azotului la aceleași temperaturi, se pot obține UN, U2N3 și UN2. La temperaturi mai ridicate (750-800 °C), uraniul reacționează cu carbonul pentru a forma UC monocarbură, UC2 dicarbură și, de asemenea, U2C3. Uraniul reacționează cu apa pentru a forma UO2 și H2, mai lent cu apa rece și mai activ cu apa fierbinte. În plus, reacția are loc și cu vaporii de apă la temperaturi de la 150 la 250 °C. Acest metal se dizolvă în HCI clorhidric și acizi azotici HNO3, mai puțin activ în acid fluorhidric foarte concentrat și reacționează lent cu H2SO4 sulfuric și acizii ortofosforici H3PO4. Produșii reacțiilor cu acizii sunt săruri de uraniu tetravalente. Din acizii anorganici și sărurile unor metale (aur, platină, cupru, argint, staniu și mercur), uraniul este capabil să înlocuiască hidrogenul. Uraniul nu interacționează cu alcalii.
În compuși, uraniul este capabil să prezinte următoarele stări de oxidare: +3, +4, +5, +6, uneori +2. U3+ nu există în natură și poate fi obținut doar în laborator. Compușii de uraniu pentavalent sunt în cea mai mare parte instabili și se descompun destul de ușor în compuși de uraniu tetravalent și hexavalent, care sunt cei mai stabili. Uraniul hexavalent se caracterizează prin formarea ionului de uranil UO22+, ale cărui săruri sunt de culoare galbenă și sunt foarte solubile în apă și acizi minerali. Un exemplu de compuși de uraniu hexavalenți este trioxidul de uraniu sau anhidrida de uraniu UO3 (pulbere portocalie), care este un oxid amfoter. Când sunt dizolvate în acizi, se formează săruri, de exemplu, uraniu clorură de uraniu UO2Cl2. Când alcalii acționează asupra soluțiilor de săruri de uranil, se obțin săruri ale acidului uranic H2UO4 - uranați și acid diuranic H2U2O7 - diuranați, de exemplu, uranat de sodiu Na2UO4 și diuranat de sodiu Na2U2O7. Sărurile de uraniu tetravalent (tetraclorura de uraniu UCl4) sunt verzi și mai puțin solubile. Când sunt expuși la aer pentru o perioadă lungă de timp, compușii care conțin uraniu tetravalent sunt de obicei instabili și se transformă în cei hexavalenti. Sărurile de uranil, cum ar fi clorura de uranil, se descompun în prezența luminii puternice sau a materiei organice.
