; atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,029; kov. Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U - 99,2739 % s polčasom rozpadu T ½ = 4,51 10 9 rokov, 235 U - 0,7024 % (T ½ = 7,13 10 8 rokov) a 234 U - 0,0057 % ½ = 2,48·10 5 rokov).
Z 11 umelých rádioaktívnych izotopov s hmotnostnými číslami od 227 do 240 je dlhožijúci izotop 233 U (T ½ = 1,62·10 5 rokov); získava sa neutrónovým ožarovaním tória. 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií.
Historický odkaz. Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik M. G. Klaproth a pomenoval ho na počesť planéty Urán, ktorú objavil W. Herschel v roku 1781. V kovovom stave získal Urán v roku 1841 francúzsky chemik E. Peligo pri redukcii. UCI4 s kovom draslíka. Pôvodne bola Uránu pridelená atómová hmotnosť 120 a až v roku 1871 D.I. Mendelejev dospel k záveru, že táto hodnota by sa mala zdvojnásobiť.
O urán sa dlho zaujímal len úzky okruh chemikov a obmedzené využitie našiel pri výrobe farieb a skla. S objavom fenoménu rádioaktivity v uráne v roku 1896 a rádiu v roku 1898 sa začalo priemyselné spracovanie uránových rúd s cieľom získať a využiť rádium vo vedeckom výskume a medicíne. Od roku 1942, po objavení jadrového štiepenia v roku 1939, sa urán stal hlavným jadrovým palivom.
Distribúcia Uránu v prírode. Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Priemerný obsah uránu v zemskej kôre (clarke) je 2,5 10 -4 % hm., v kyslých vyvrelých horninách 3,5 10 -4 %, v íloch a bridliciach 3,2 10 -4 %, v zásaditých horninách 5 ·10 -5 %. , v ultrabázických horninách plášťa 3·10 -7 %. Urán energicky migruje v studených a horúcich, neutrálnych a alkalických vodách vo forme jednoduchých a komplexných iónov, najmä vo forme uhličitanových komplexov. Redoxné reakcie hrajú dôležitú úlohu v geochémii uránu, pretože zlúčeniny uránu sú spravidla vysoko rozpustné vo vodách s oxidačným prostredím a slabo rozpustné vo vodách s redukčným prostredím (napríklad sírovodík).
Je známych asi 100 uránových minerálov; 12 z nich má priemyselný význam. V priebehu geologickej histórie sa obsah uránu v zemskej kôre znížil v dôsledku rádioaktívneho rozpadu; Tento proces je spojený s akumuláciou atómov Pb a He v zemskej kôre. Rádioaktívny rozpad uránu hrá dôležitú úlohu v energii zemskej kôry, je významným zdrojom hlbokého tepla.
Fyzikálne vlastnosti uránu. Urán má podobnú farbu ako oceľ a je ľahko spracovateľný. Má tri alotropné modifikácie - α, β a γ s teplotami fázovej transformácie: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-forma má kosoštvorcovú mriežku (a = 2,8538 Á, b = 5,8662 Á, c = 4,9557 Á), β-forma má tetragonálnu mriežku (pri 720 °C a = 10,759 Á, b = 5,656 Á), γ-forma - kubická mriežka centrovaná na telo (pri 850 °C a = 3,538 Å). Hustota uránu v a-forme (25 °C) je 19,05 g/cm3; tpl 1132 °C; teplota varu 3818 °C; tepelná vodivosť (100-200 °C), 28,05 W/(mK), (200-400 °C) 29,72 W/(mK); merná tepelná kapacita (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); špecifický elektrický odpor pri izbovej teplote je asi 3·10-7 ohm·cm, pri 600 °C 5,5·10-7 ohm·cm; má supravodivosť pri 0,68 K; slabá paramagnetická, špecifická magnetická susceptibilita pri izbovej teplote 1,72·10 -6.
Mechanické vlastnosti uránu závisia od jeho čistoty a od spôsobov mechanického a tepelného spracovania. Priemerná hodnota modulu pružnosti pre liaty urán je 20,5·10-2 Mn/m 2 ; pevnosť v ťahu pri izbovej teplote 372-470 Mn/m2; pevnosť stúpa po vytvrdnutí z β- a γ-fázy; priemerná tvrdosť podľa Brinella 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .
Ožarovanie tokom neutrónov (ktoré prebieha v jadrovom reaktore) mení fyzikálne a mechanické vlastnosti uránu: vzniká tečenie a zvyšuje sa krehkosť, pozoruje sa deformácia produktov, čo si vynucuje použitie uránu v jadrových reaktoroch vo forme rôznych uránov zliatin.
Urán je rádioaktívny prvok. Jadrá 235 U a 233 U sa štiepia spontánne, ako aj pri záchyte pomalých (tepelných) aj rýchlych neutrónov s efektívnym prierezom štiepenia 508 10 -24 cm 2 (508 stodola) a 533 10 -24 cm 2 (533 stodola ), resp. 238 štiepenie jadier U pri zachytení iba rýchlych neutrónov s energiou najmenej 1 MeV; pri zachytávaní pomalých neutrónov sa 238 U mení na 239 Pu, ktorého jadrové vlastnosti sú blízke 235 U. Kritická hmotnosť uránu (93,5 % 235 U) vo vodných roztokoch je menšia ako 1 kg, pre otvorenú guľu - asi 50 kg, pre loptu s reflektorom - 15-23 kg; kritická hmotnosť 233 U je približne 1/3 kritickej hmotnosti 235 U.
Chemické vlastnosti uránu. Konfigurácia vonkajšieho elektrónového obalu atómu uránu je 7s 2 6d l 5f 3. Urán je reaktívny kov, v zlúčeninách vykazuje oxidačné stavy +3, +4, + 5, +6, niekedy +2; najstabilnejšie zlúčeniny sú U (IV) a U (VI). Na vzduchu pomaly oxiduje s tvorbou oxidového (IV) filmu na povrchu, ktorý nechráni kov pred ďalšou oxidáciou. Vo svojom práškovom stave je urán samozápalný a horí jasným plameňom. S kyslíkom tvorí oxid (IV) UO 2, oxid (VI) UO 3 a veľké množstvo intermediárnych oxidov, z ktorých najvýznamnejší je U 3 O 8. Tieto prechodné oxidy majú vlastnosti podobné UO2 a UO3. Pri vysokých teplotách má UO 2 široký rozsah homogenity od UO 1,60 do UO 2,27. S fluórom pri 500-600 °C tvorí tetrafluorid UF 4 (zelené ihličkovité kryštály, málo rozpustné vo vode a kyselinách) a hexafluorid UF 6 (biela kryštalická látka, ktorá sublimuje bez topenia pri 56,4 °C); so sírou - množstvo zlúčenín, z ktorých je najdôležitejšie US (jadrové palivo). Keď urán interaguje s vodíkom pri 220 °C, získa sa hydrid UH3; s dusíkom pri teplotách od 450 do 700 °C a atmosférickom tlaku - nitrid U 4 N 7, pri vyššom tlaku dusíka a rovnakej teplote možno získať UN, U 2 N 3 a UN 2; s uhlíkom pri 750-800 °C - monokarbid UC, dikarbid UC 2, ako aj U 2 C 3; s kovmi tvorí zliatiny rôznych typov. Urán pomaly reaguje s vriacou vodou za vzniku UO 2 nH 2, s vodnou parou - v rozmedzí teplôt 150-250 ° C; rozpustný v kyseline chlorovodíkovej a dusičnej, mierne rozpustný v koncentrovanej kyseline fluorovodíkovej. U(VI) je charakterizovaný tvorbou uranylového iónu UO 2 2+; uranylové soli majú žltú farbu a sú vysoko rozpustné vo vode a minerálnych kyselinách; U(IV) soli sú zelené a menej rozpustné; uranylový ión je mimoriadne schopný vytvárať komplexy vo vodných roztokoch s anorganickými aj organickými látkami; Technologicky najdôležitejšie sú uhličitanové, síranové, fluoridové, fosfátové a iné komplexy. Je známe veľké množstvo uranátov (soli kyseliny uránovej neizolované v čistej forme), ktorých zloženie sa mení v závislosti od podmienok výroby; Všetky uranáty majú nízku rozpustnosť vo vode.
Urán a jeho zlúčeniny sú radiačné a chemicky toxické. Maximálna prípustná dávka (MAD) pre pracovnú expozíciu je 5 rem za rok.
Prijímanie Uránu. Urán sa získava z uránových rúd s obsahom 0,05 – 0,5 % U. Rudy sa prakticky neobohacujú, s výnimkou obmedzeného rádiometrického triedenia založeného na γ-žiarení rádia, ktoré urán vždy sprevádza. V zásade sa rudy lúhujú roztokmi kyseliny sírovej, niekedy dusičnej alebo roztokmi sódy s prechodom uránu do kyslého roztoku vo forme UO 2 SO 4 alebo komplexných aniónov 4- a do roztoku sódy - vo forme 4 -. Na extrakciu a koncentráciu uránu z roztokov a buničiny, ako aj na jeho čistenie od nečistôt sa používa sorpcia na iónomeničových živiciach a extrakcia organickými rozpúšťadlami (tributylfosfát, kyseliny alkylfosforečné, amíny). Ďalej sa z roztokov pridaním alkálií vyzrážajú uranáty amónne alebo sodné alebo hydroxid U(OH)4. Na získanie zlúčenín vysokej čistoty sa technické produkty rozpustia v kyseline dusičnej a podrobia sa rafinačným čistiacim operáciám, ktorých konečnými produktmi sú UO3 alebo U308; tieto oxidy sa redukujú pri 650 – 800 °C vodíkom alebo disociovaným amoniakom na UO 2, po čom nasleduje jeho premena na UF 4 pôsobením plynného fluorovodíka pri 500 – 600 °C. UF4 možno tiež získať vyzrážaním kryštalického hydrátu UF4nH20 kyselinou fluorovodíkovou z roztokov, po čom nasleduje dehydratácia produktu pri 450 °C v prúde vodíka. V priemysle je hlavnou metódou získavania uránu z UF 4 jeho vápenato-tepelná alebo horčíkovo-tepelná redukcia s uvoľňovaním uránu vo forme ingotov s hmotnosťou do 1,5 t. Ingoty sa rafinujú vo vákuových peciach.
Veľmi dôležitým procesom v technológii uránu je obohatenie jeho izotopu 235 U nad prirodzený obsah v rudách alebo izolácia tohto izotopu v jeho čistej forme, keďže 235 U je hlavným jadrovým palivom; Robí sa to plynovou tepelnou difúziou, odstredivými a inými metódami založenými na rozdiele hmotností 238 U a 235 U; v separačných procesoch sa urán používa vo forme prchavého hexafluoridu UF 6. Pri získavaní vysoko obohateného uránu alebo izotopov sa berie do úvahy ich kritické množstvo; najpohodlnejšou metódou je v tomto prípade redukcia oxidov uránu vápnikom; výsledná CaO troska sa ľahko oddelí od uránu rozpustením v kyselinách. Na získanie práškového uránu, oxidu (IV), karbidov, nitridov a iných žiaruvzdorných zlúčenín sa používajú metódy práškovej metalurgie.
Aplikácia Uránu. Kovový urán alebo jeho zlúčeniny sa používajú predovšetkým ako jadrové palivo v jadrových reaktoroch. Prírodná alebo nízko obohatená zmes izotopov uránu sa používa v stacionárnych reaktoroch jadrových elektrární, vysoko obohatený produkt sa používa v jadrových elektrárňach alebo v reaktoroch pracujúcich na rýchlych neutrónoch. 235 U je zdrojom jadrovej energie v jadrových zbraniach. 238 U slúži ako zdroj sekundárneho jadrového paliva – plutónia.
Urán v tele. Nachádza sa v mikromnožstvách (10 -5 -10 -8%) v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V rastlinnom popole (s obsahom uránu asi 10 -4% v pôde) je jeho koncentrácia 1,5·10 -5%. V najväčšej miere je urán akumulovaný niektorými hubami a riasami (tie sa aktívne podieľajú na biogénnej migrácii uránu pozdĺž reťazca voda - vodné rastliny - ryby - človek). Urán sa do tela zvierat a ľudí dostáva s potravou a vodou v gastrointestinálnom trakte, so vzduchom v dýchacom trakte, ako aj cez kožu a sliznice. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte - asi 1% prichádzajúceho množstva rozpustných zlúčenín a nie viac ako 0,1% ťažko rozpustných zlúčenín; 50 % a 20 % sa absorbuje v pľúcach. Urán je v tele distribuovaný nerovnomerne. Hlavným depotom (miestami ukladania a akumulácie) je slezina, obličky, kostra, pečeň a pri vdýchnutí zle rozpustných zlúčenín pľúca a bronchopulmonálne lymfatické uzliny. Urán (vo forme uhličitanov a komplexov s bielkovinami) v krvi dlho necirkuluje. Obsah uránu v orgánoch a tkanivách zvierat a ľudí nepresahuje 10 -7 g/g. Krv dobytka teda obsahuje 1·10 -8 g/ml, pečeň 8·10 -8 g/g, svaly 4·10 -11 g/g, slezina 9·10 8-8 g/g. Obsah uránu v ľudských orgánoch je: v pečeni 6·10 -9 g/g, v pľúcach 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, v slezine 4,7·10 -7 g/g , v krvi 4-10 -10 g/ml, v obličkách 5,3·10 -9 (kortikálna vrstva) a 1,3·10 -8 g/g (dreňová vrstva), v kostiach 1·10 -9 g/g , v kostnej dreni 1-10 -8 g/g, vo vlasoch 1,3·10 -7 g/g. Urán obsiahnutý v kostnom tkanive spôsobuje jeho neustále ožarovanie (polčas rozpadu uránu z kostry je cca 300 dní). Najnižšie koncentrácie uránu sú v mozgu a srdci (10 -10 g/g). Denný príjem uránu potravou a tekutinami je 1,9·10 -6 g, vzduchom - 7·10 -9 g Denné vylučovanie uránu z ľudského tela je: močom 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, s výkalmi - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, s vlasmi - 2·10 -8 g.
Podľa Medzinárodnej komisie pre ochranu pred žiarením je priemerný obsah uránu v ľudskom tele 9,10 -5 g. Táto hodnota sa môže v rôznych regiónoch líšiť. Predpokladá sa, že urán je nevyhnutný pre normálne fungovanie zvierat a rastlín.
Toxický účinok uránu je určený jeho chemickými vlastnosťami a závisí od rozpustnosti: uranyl a iné rozpustné zlúčeniny uránu sú toxickejšie. Otrava uránom a jeho zlúčeninami je možná v podnikoch na ťažbu a spracovanie uránových surovín a iných priemyselných zariadeniach, kde sa používa v technologickom procese. Keď urán vstúpi do tela, ovplyvňuje všetky orgány a tkanivá a je všeobecným bunkovým jedom. Príznaky otravy sú spôsobené primárnym poškodením obličiek (výskyt bielkovín a cukru v moči, následná oligúria); postihnutá je aj pečeň a gastrointestinálny trakt. Existujú akútne a chronické otravy; posledné sa vyznačujú postupným vývojom a menej závažnými symptómami. Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoézy, nervového systému atď.. Predpokladá sa, že molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou potláčať aktivitu enzýmov.
URÁN (z názvu planéty Urán), U - rádioaktívna chemikália. prvok skupiny III periodickej sústavy prvkov; pri. n. 92, o. m, 238,029; patrí medzi aktinidy. Strieborne biely lesklý kov. V zlúčeninách vykazuje oxidačné stavy od +2 do +6, najcharakteristickejšie sú +4 a +6.
Prírodný urán pozostáva z izotopov 238U (99,282 %), 235U (0,712 %) a 234U (0,006 %). Medzi umelými izotopmi má praktický význam izotop 233U. U. vo forme oxidu U02 objavil (1789) nem. chemik M.-G. Klaproth. Kovový urán bol prijatý (1841) Francúzmi. chemik E.-M. Peligo. Od 40-tych rokov 20. storočie U. nadobudol význam ako zdroj jadrovej energie uvoľnenej pri štiepení jej atómov pri zachytávaní neutrónov; 235U a 233U majú túto vlastnosť. Izotop 238U sa pri zachytávaní neutrónov mení na (239Pu), čo je tiež jadrové palivo. Obsah uránu v zemskej kôre je 0,3-0,0004%. Jeho hlavným minerálom je odroda uranitu - smolinec (uránová smola) (40-76% U). Urán sa v malom množstve nachádza v žule (0,0004 %), pôde (0,0001 – 0,00004 %) a vo vodách (~10 – 8 %).
Známe sú tri jeho alotropické modifikácie: alfa-urán s ortorombickou kryštálovou mriežkou a periódami a = 2,8541 A, b = 5,8692 A a c = 4,9563 A (teplota 25 °C), ktorý sa pri t-re 667,7 °C premení na beta-urán s tetragonálnou kryštálovou mriežkou a s periódami a = 10,759 A a c = 5,656 A (t-ra 720 °C); nad teplotou 774,8°C je gamaurán stabilný s kubickou mriežkou centrovanou na telo a s periódou a = 3,524 A (teplota 805°C).
Hustota alfa-uránu pri izbovej teplote je 19,05 g/cm3; teplota topenia 1132 °C; bod varu 3820° C (tlak 1 at). Teplo premien alfa⇄ beta, beta ⇄ gama, topenie a vyparovanie uránu, respektíve ~ 0,70; 1,15; 4,75 a 107-117 kcal/mol. Tepelná kapacita c = 6,4 cal/mol (teplota 25 °C). Priemerný koeficient tepelná rozťažnosť alfa uránu pozdĺž osí a, b a c v teplotnom rozsahu 20-500 °C, respektíve 32,9; -6,3 a 27,6 10-6 deg-1. Koeficient tepelnej vodivosti uránu pri izbovej teplote je ~ 0,06 cal/cm s deg a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Elektrický odpor alfa uránu závisí od kryštalografického smeru; jeho priemerná hodnota pre urán polykryštalickej vzorky vysokej čistoty je ~ 30 μΩ x cm pri izbovej teplote a zvyšuje sa na ~ 54 μΩ x cm pri 600 ° C. Anizotropia Youngovho modulu sa pozoruje aj v alfa uráne. Polykryštalický alfa urán má Youngov modul 2,09 x 104 kgf/mm2; modul pružnosti v šmyku 0,85 x 104 kgf/mm2; koeficient Poisson 0,23. Tvrdosť alfa-uránu pri izbovej teplote je HV = 200, ale pri teplote 600 °C klesá na 12.
Pri prechode z alfa na beta urán sa tvrdosť zvyšuje z ~ 10 na ~ 30. Pevnosť v ťahu žíhaného alfa uránu (0,02 % C) pri teplote 20 ° C je ~ 42 kgf/mm2, zvyšuje sa na 49 kgf/ mm2 pri teplote 100 9 C a potom takmer lineárne klesá na ~ 11 kgf/mm2 so zvýšením teploty na 600° C. Pri teplote 20° C sú medza klzu, relatívne predĺženie a relatívne kontrakcie resp. 26 kgf/mm2, 8 a 11 %, a pri teplote 600 °C - 9 kgf/mm2, 26 a 65 %. Zvýšenie obsahu uhlíka z 0,01 na 0,20 % zvyšuje medze pevnosti a klzuσ 0,2 od 37 a 24 do 52 a 32 kgf/mm2. Všetky mechanické vlastnosti uránu výrazne závisia od prítomnosti nečistôt a predbežnej úpravy.
Dotvarovanie uránu je závislé najmä od cyklických zmien teploty, čo je spojené s dodatočným tepelným namáhaním vznikajúcim v dôsledku veľkého rozdielu koeficientu. tepelná expanzia pozdĺž rôznych kryštalografických smerov alfa-uránu. Rázová húževnatosť alfa uránu (0,03 % C), nízka pri teplotách 20 a 100 ° C (1,4 a 2,3 kgf-m/cm2, v tomto poradí), sa zvyšuje takmer lineárne na 11,7 kgf-m/cm2 pri teplote 500 ° C. Charakteristickým znakom je predlžovanie polykryštalických alfa-uránových tyčiniek s textúrou pozdĺž osi vplyvom opakovaného zahrievania a ochladzovania.
Pri štiepení atómov uránu sa tvoria nerozpustné a v uráne nerozpustné atómy, čo vedie k napučiavaniu kovu (veľmi nežiaduce pre jadrové palivo). Urán už pri izbovej teplote oxiduje na suchom vzduchu za tvorby tenkého oxidového filmu, pri zahriatí na teplotu 200°C vzniká oxid vápenatý U02, pri teplote 200-400°C - U308, pri vyššej. teplota - U308.U03 (presnejšie tuhé roztoky na báze týchto oxidov). Rýchlosť oxidácie je nízka pri teplote 50 ° C a veľmi vysoká pri teplote 300 ° C. Urán reaguje pomaly s dusíkom pod teplotou 400 ° C, ale pomerne rýchlo pri teplote 750 - 800 ° C. Interakcia s vodíkom nastáva už pri teplote miestnosti za vzniku hydridu UH3.
Vo vode pri teplote do 70°C sa na uráne vytvára film oxidu, ktorý má ochranný účinok; pri teplote 100° C sa interakcia výrazne zrýchľuje. Na získanie U. sa jej rudy obohacujú mokrými chemikáliami. metóda, lúhovanie kyselinou sírovou za prítomnosti oxidačného činidla – oxidu manganičitého. Urán sa extrahuje z roztoku síranu organickými rozpúšťadlami alebo sa izoluje pomocou fenolových živíc. Výsledný koncentrát sa rozpustí v roztoku dusíka. Výsledný dusičnan uranylu U02 (N03)2 sa extrahuje napríklad butylfosfátom a po uvoľnení z butylfosfátu sa zlúčeniny U rozložia pri teplote 500-700 °C. Výsledné vysoko čisté U308 a U03 sú redukuje vodíkom pri teplote 600-800 °C na oxid U02.
Kovový urán sa získava metalotermickou redukciou (vápnikom alebo horčíkom) oxidu uraničitého UO2 alebo fluoridu uránového UF4, predtým získaného z oxidu pôsobením bezvodého fluorovodíka pri teplote 500 °C. Posledný spôsob je bežnejší a umožňuje jeden na získanie ingotov vysokej čistoty (0,0045 % Fe, 0,001 % Si, 0,003 % C) a vážiacich viac ako tonu. Kovový urán sa získava aj elektrolýzou v soľných kúpeľoch s obsahom UF4 pri teplote 800-1200°C. Surový urán sa zvyčajne podrobuje rafinačnému taveniu (teplota 1450-1600°C) v grafitových téglikoch, vo vysokofrekvenčných vákuových peciach s odlievaním do grafitových foriem.
Malé prototypy sa deformujú kovaním v stave alfa, ktoré sa používa spolu s lisovaním v stave alfa alebo gama aj na deformáciu veľkých ingotov. Valcovanie za studena zvyšuje pevnostné charakteristiky uránu, tvrdosť pri lisovaní o 40%, zvyšuje HV z 235 na 325. K odstráneniu kalenia dochádza najmä pri teplote 350-450°C v kove technickej čistoty a je sprevádzané rekryštalizáciou za týchto podmienok ; sekundárna, kolektívna rekryštalizácia sa vyvíja pri teplote 600-650° C. Ochladzovanie uránu vo vode alebo oleji zo stavu beta alebo gama nepotláča tvorbu alfa fázy, ale zušľachťuje zrno alfa uránu, najmä v prítomnosti nečistoty. Metal U.,
V správe od irackého veľvyslanca pri OSN Mohammed Ali al-Hakim z 9. júla sú im vraj k dispozícii extrémisti ISIS (Islamský štát v Iraku a Levante). MAAE (Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu) sa ponáhľala s vyhlásením, že jadrové látky, ktoré predtým Irak používal, majú nízke toxické vlastnosti, a teda aj materiály, ktoré zadržali islamisti.
Zdroj americkej vlády oboznámený so situáciou pre agentúru Reuters povedal, že urán, ktorý militanti ukradli, s najväčšou pravdepodobnosťou nebol obohatený, a preto je nepravdepodobné, že by sa použil na výrobu jadrových zbraní. Iracké úrady oficiálne informovali Organizáciu Spojených národov o tomto incidente a vyzvali ich, aby „zabránili hrozbe jeho použitia“, uvádza RIA Novosti.
Zlúčeniny uránu sú mimoriadne nebezpečné. AiF.ru hovorí o tom, čo presne, ako aj o tom, kto a ako môže vyrábať jadrové palivo.
čo je urán?
Urán je chemický prvok s atómovým číslom 92, strieborno-biely lesklý kov, označený v periodickej tabuľke symbolom U. V čistej forme je o niečo mäkší ako oceľ, kujný, pružný, nachádza sa v zemskej kôre (litosfére ) a v morskej vode a vo svojej čistej forme sa prakticky nevyskytuje. Jadrové palivo sa vyrába z izotopov uránu.
Urán je ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Foto: Commons.wikimedia.org / Pôvodný používateľ, ktorý odovzdal obsah, bol Zxctypo na adrese en.wikipedia.
Rádioaktivita uránu
V roku 1938 nem fyzici Otto Hahn a Fritz Strassmann ožiaril jadro uránu neutrónmi a urobil objav: zachytením voľného neutrónu sa jadro izotopu uránu rozdelí a uvoľní obrovskú energiu v dôsledku kinetickej energie úlomkov a žiarenia. V rokoch 1939-1940 Yuliy Khariton A Jakov Zeldovič prvýkrát teoreticky vysvetlil, že pri malom obohatení prírodného uránu uránom-235 je možné vytvoriť podmienky pre nepretržité štiepenie atómových jadier, to znamená dať procesu reťazový charakter.
Čo je obohatený urán?
Obohatený urán je urán, ktorý sa vyrába pomocou technologický proces zvyšovania podielu izotopu 235U v uráne. V dôsledku toho sa prírodný urán delí na obohatený a ochudobnený urán. Po extrakcii 235U a 234U z prírodného uránu sa zvyšný materiál (urán-238) nazýva „ochudobnený urán“, pretože je ochudobnený o izotop 235. Podľa niektorých odhadov je v Spojených štátoch uložených asi 560 000 ton hexafluoridu ochudobneného uránu (UF6). Ochudobnený urán je o polovicu menej rádioaktívny ako prírodný urán, a to najmä vďaka odstráneniu 234U z neho. Keďže primárnym využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je málo využívaný produkt s nízkou ekonomickou hodnotou.
V jadrovej energetike sa používa iba obohatený urán. Najpoužívanejším izotopom uránu je 235U, v ktorom je možná samoudržiavacia jadrová reťazová reakcia. Preto sa tento izotop používa ako palivo v jadrových reaktoroch a jadrových zbraniach. Izolácia izotopu U235 z prírodného uránu je komplexná technológia, ktorú nie je možné implementovať v mnohých krajinách. Obohacovanie uránu umožňuje výrobu atómových jadrových zbraní – jednofázových alebo jednostupňových výbušných zariadení, v ktorých hlavný energetický výstup pochádza z jadrovej reakcie štiepenia ťažkých jadier za vzniku ľahších prvkov.
Urán-233, umelo vyrábaný v reaktoroch z tória (tórium-232 zachytáva neutrón a mení sa na tórium-233, ktoré sa rozpadá na protaktínium-233 a potom na urán-233), sa môže v budúcnosti stať bežným jadrovým palivom pre jadrovú energetiku závody (už teraz existujú reaktory, ktoré tento nuklid využívajú ako palivo, napr. KAMINI v Indii) a výroba atómových bômb (kritická hmotnosť cca 16 kg).
Jadro strely kalibru 30 mm (kanón GAU-8 lietadla A-10) s priemerom asi 20 mm je vyrobené z ochudobneného uránu. Foto: Commons.wikimedia.org / Pôvodný používateľ, ktorý odovzdal obsah, bol Nrcprm2026 na adrese en.wikipedia
Ktoré krajiny produkujú obohatený urán?
- Francúzsko
- Nemecko
- Holandsko
- Anglicko
- Japonsko
- Rusko
- Čína
- Pakistan
- Brazília
10 krajín produkujúcich 94 % svetovej produkcie uránu. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Prečo sú zlúčeniny uránu nebezpečné?
Urán a jeho zlúčeniny sú toxické. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je maximálna povolená koncentrácia (MPC) vo vzduchu 0,015 mg/m³, pre nerozpustné formy uránu je MAC 0,075 mg/m³. Keď urán vstúpi do tela, ovplyvňuje všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Urán, podobne ako mnohé iné ťažké kovy, sa takmer nevratne viaže na bielkoviny, predovšetkým na sulfidové skupiny aminokyselín, čím narúša ich funkciu. Molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou potláčať aktivitu enzýmov. Primárne sú postihnuté obličky (bielkoviny a cukor sa objavujú v moči, oligúria). Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoézy a nervového systému.
Využitie uránu na mierové účely
- Malý prídavok uránu dodáva sklu krásnu žltozelenú farbu.
- Sodík urán sa používa ako žltý pigment v maliarstve.
- Zlúčeniny uránu sa používali ako farby na maľovanie na porcelán a na keramické glazúry a emaily (maľované farbami: žltá, hnedá, zelená a čierna, podľa stupňa oxidácie).
- Na začiatku 20. storočia sa dusičnan uranylu vo veľkej miere používal na zvýraznenie negatívov a farebných (odtieňujúcich) pozitívov (fotografických odtlačkov) hnedej.
- Zliatiny železa a ochudobneného uránu (urán-238) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály.
Izotop je množstvo atómov chemického prvku, ktoré majú rovnaké atómové (poradové) číslo, ale rôzne hmotnostné čísla.
Prvok skupiny III periodickej tabuľky patriaci medzi aktinidy; ťažký, mierne rádioaktívny kov. Tórium má množstvo aplikácií, v ktorých hrá niekedy nezastupiteľnú úlohu. Postavenie tohto kovu v periodickej tabuľke prvkov a štruktúra jadra predurčili jeho využitie v oblasti mierového využitia atómovej energie.
*** Oligúria (z gréckeho oligos - malý a ouron - moč) - zníženie množstva moču vylučovaného obličkami.
Urán je siedma planéta slnečnej sústavy a tretí plynný gigant. Planéta je tretia najväčšia a štvrtá najväčšia podľa hmotnosti a svoje meno dostala na počesť otca rímskeho boha Saturna.
presne tak Urán má tú česť byť prvou objavenou planétou v modernej histórii. V skutočnosti sa však jeho prvotný objav ako planéty v skutočnosti neuskutočnil. V roku 1781 astronóm William Herschel pri pozorovaní hviezd v súhvezdí Blíženci si všimol istý diskovitý objekt, ktorý spočiatku zaznamenal ako kométu, o čom informoval Kráľovskú vedeckú spoločnosť Anglicka. Neskôr bol však samotný Herschel zmätený skutočnosťou, že dráha objektu sa ukázala byť prakticky kruhová a nie eliptická, ako je to v prípade komét. Až keď toto pozorovanie potvrdili aj iní astronómovia, Herschel dospel k záveru, že v skutočnosti objavil planétu, nie kométu, a objav bol napokon všeobecne prijatý.
Po potvrdení údajov, že objavený objekt je planéta, dostal Herschel mimoriadne privilégium dať mu svoje meno. Astronóm si bez váhania vybral meno anglického kráľa Juraja III. a planétu pomenoval Georgium Sidus, čo v preklade znamená „Georgova hviezda“. Toto meno však nikdy nezískalo vedecké uznanie a vedci z väčšej časti, dospel k záveru, že je lepšie držať sa určitej tradície pri pomenovaní planét slnečnej sústavy, a to pomenovať ich na počesť starorímskych bohov. Tak dostal Urán svoje moderné meno.
V súčasnosti je jedinou planetárnou misiou, ktorej sa podarilo zhromaždiť informácie o Urane, Voyager 2.
Toto stretnutie, ktoré sa uskutočnilo v roku 1986, umožnilo vedcom získať pomerne veľké množstvo údajov o planéte a urobiť veľa objavov. Kozmická loď odovzdala tisíce fotografií Uránu, jeho mesiacov a prstencov. Hoci mnohé fotografie planéty ukazovali o niečo viac ako modrozelenú farbu, ktorú bolo možné vidieť z pozemných ďalekohľadov, iné snímky ukázali prítomnosť desiatich predtým neznámych mesiacov a dvoch nových prstencov. V blízkej budúcnosti sa neplánujú žiadne nové misie na Urán.
Kvôli tmavomodrej farbe Uránu sa ukázalo, že je oveľa ťažšie vytvoriť atmosférický model planéty ako modely rovnakého alebo dokonca . Našťastie snímky z Hubbleovho vesmírneho teleskopu poskytli širší obraz. Modernejšie technológie zobrazovania pomocou teleskopov umožnili získať oveľa detailnejšie snímky, než aké má sonda Voyager 2. Vďaka fotografiám z Hubbleovho teleskopu sa teda podarilo zistiť, že na Uráne existujú pásy zemepisnej šírky, podobne ako na iných plynných obroch. Navyše rýchlosť vetra na planéte môže dosiahnuť viac ako 576 km/h.
Predpokladá sa, že dôvodom vzniku monotónnej atmosféry je zloženie jej najvyššej vrstvy. Viditeľné vrstvy oblakov sa skladajú predovšetkým z metánu, ktorý absorbuje pozorované vlnové dĺžky zodpovedajúce červenej farbe. Odrazené vlny sú teda reprezentované ako modrá a zelená farba.
Pod touto vonkajšou vrstvou metánu sa atmosféra skladá z približne 83 % vodíka (H2) a 15 % hélia, s určitým množstvom metánu a acetylénu. Toto zloženie je podobné ako u iných plynových obrov v Slnečnej sústave. Atmosféra Uránu je však nápadne odlišná v inom smere. Zatiaľ čo Jupiter a Saturn majú prevažne plynnú atmosféru, atmosféra Uránu obsahuje oveľa viac ľadu. Svedčia o tom extrémne nízke teploty na povrchu. Vzhľadom na skutočnosť, že teplota atmosféry Uránu dosahuje -224 ° C, možno ho nazvať najchladnejšou atmosférou v slnečnej sústave. Dostupné údaje navyše naznačujú, že takéto extrémne nízke teploty sú prítomné takmer na celom povrchu Uránu, dokonca aj na tej strane, ktorá nie je osvetlená Slnkom.
Urán sa podľa planetárnych vedcov skladá z dvoch vrstiev: jadra a plášťa. Súčasné modely naznačujú, že jadro pozostáva hlavne z kameňa a ľadu a je asi 55-krát väčšie ako hmotnosť. Plášť planéty váži 8,01 x 10 na silu 24 kg, čo je asi 13,4 hmotnosti Zeme. Okrem toho sa plášť skladá z vody, amoniaku a iných prchavých prvkov. Hlavný rozdiel medzi plášťom Uránu a Jupitera a Saturnu je v tom, že je ľadový, aj keď nie v tradičnom zmysle slova. Faktom je, že ľad je veľmi horúci a hrubý a hrúbka plášťa je 5,111 km.
Čo je na zložení Uránu najprekvapujúcejšie a čo ho odlišuje od ostatných plynných obrov našej hviezdnej sústavy, je to, že nevyžaruje viac energie, ako dostáva od Slnka. Vzhľadom na skutočnosť, že dokonca aj , ktorý je svojou veľkosťou veľmi blízky Uránu, produkuje asi 2,6-krát viac tepla ako prijíma od Slnka, vedcov dnes veľmi zaujala taká slabá energia generovaná Uránom. V súčasnosti existujú dve vysvetlenia tohto javu. Prvý naznačuje, že Urán bol v minulosti vystavený masívnemu vesmírnemu objektu, čo spôsobilo, že planéta stratila veľkú časť svojho vnútorného tepla (získaného počas formovania) do vesmíru. Druhá teória tvrdí, že vo vnútri planéty je nejaká bariéra, ktorá neumožňuje vnútornému teplu planéty uniknúť na povrch.
Obežná dráha a rotácia Uránu
Samotný objav Uránu umožnil vedcom takmer zdvojnásobiť polomer známej slnečnej sústavy. To znamená, že priemerná obežná dráha Uránu je asi 2,87 x 10 na silu 9 km. Dôvodom takejto obrovskej vzdialenosti je trvanie prechodu slnečného žiarenia zo Slnka na planétu. Slnečnému žiareniu trvá približne dve hodiny a štyridsať minút, kým dosiahne Urán, čo je takmer dvadsaťkrát dlhšie, než kým slnečné svetlo dorazí na Zem. Obrovská vzdialenosť ovplyvňuje aj dĺžku roka na Uráne, trvá takmer 84 pozemských rokov.
Orbitálna excentricita Uránu je 0,0473, čo je len o niečo menej ako u Jupitera – 0,0484. Tento faktor robí Urán štvrtou zo všetkých planét slnečnej sústavy, pokiaľ ide o kruhovú obežnú dráhu. Dôvodom takejto malej excentricity dráhy Uránu je, že rozdiel medzi jeho perihéliom 2,74 x 10 na silu 9 km a aféliom 3,01 x 109 km je len 2,71 x 10 na silu 8 km.
Najzaujímavejším bodom rotácie Uránu je poloha osi. Faktom je, že os rotácie každej planéty okrem Uránu je približne kolmá na ich obežnú rovinu, ale os Uránu je naklonená takmer o 98°, čo v skutočnosti znamená, že sa Urán otáča na svoju stranu. Výsledkom tejto polohy osi planéty je, že severný pól Uránu je polovicu planetárneho roka na Slnku a druhá polovica je na južnom póle planéty. Inými slovami, deň na jednej pologuli Uránu trvá 42 pozemských rokov a noc na druhej pologuli trvá rovnako dlho. Vedci opäť uvádzajú kolíziu s obrovským kozmickým telesom ako dôvod, prečo sa Urán „prevrátil na bok“.
Vzhľadom na skutočnosť, že najobľúbenejším z prstencov v našej slnečnej sústave zostali dlho prstence Saturna, prstence Uránu mohli byť objavené až v roku 1977. Nie je to však jediný dôvod, pre takéto neskoré odhalenie sú ešte dva dôvody: vzdialenosť planéty od Zeme a nízka odrazivosť samotných prstencov. V roku 1986 bola sonda Voyager 2 schopná určiť prítomnosť ďalších dvoch prstencov na planéte, okrem tých, ktoré boli v tom čase známe. V roku 2005 Hubbleov vesmírny teleskop zaznamenal ďalšie dva. Dnes planetárni vedci poznajú 13 prstencov Uránu, z ktorých najjasnejší je prstenec Epsilon.
Kruhy Uránu sa líšia od prstencov Saturna takmer vo všetkých smeroch – od veľkosti častíc až po zloženie. Po prvé, častice, ktoré tvoria prstence Saturna, sú malé, majú priemer o niečo viac ako niekoľko metrov, zatiaľ čo prstence Uránu obsahujú mnoho telies až do priemeru dvadsať metrov. Po druhé, častice v Saturnových prstencoch sú väčšinou tvorené ľadom. Kruhy Uránu sa však skladajú z ľadu a značného množstva prachu a trosiek.
William Herschel objavil Urán až v roku 1781, pretože planéta bola príliš slabá na to, aby ju mohli vidieť staroveké civilizácie. Sám Herschel spočiatku veril, že Urán je kométa, ale neskôr svoj názor upravil a veda potvrdila planetárny stav objektu. Urán sa tak stal prvou objavenou planétou v modernej histórii. Pôvodný názov navrhnutý Herschelom bol „Georgova hviezda“ – na počesť kráľa Juraja III., ale vedecká komunita ho neprijala. Názov „Urán“ navrhol astronóm Johann Bode na počesť starorímskeho boha Urána.
Urán sa otočí okolo svojej osi raz za 17 hodín a 14 minút. Planéta sa otáča retrográdnym smerom, opačným ako je smer Zeme a ostatných šiestich planét.
Predpokladá sa, že nezvyčajný sklon osi Uránu by mohol spôsobiť obrovskú zrážku s iným kozmickým telesom. Teória hovorí, že planéta údajne veľkosti Zeme sa prudko zrazila s Uránom, čo posunulo svoju os takmer o 90 stupňov.
Rýchlosť vetra na Uráne môže dosiahnuť až 900 km za hodinu.
Urán má hmotnosť približne 14,5-násobok hmotnosti Zeme, vďaka čomu je najľahším zo štyroch plynných obrov našej slnečnej sústavy.
Urán je často označovaný ako „ľadový obr“. Okrem vodíka a hélia vo svojej hornej vrstve (ako iní plynní obri) má Urán aj ľadový plášť, ktorý obklopuje jeho železné jadro. Hornú vrstvu atmosféry tvoria čpavok a ľadové kryštály metánu, čo dodáva Uránu jeho charakteristickú bledomodrú farbu.
Urán je po Saturne druhou planétou s najnižšou hustotou v slnečnej sústave.
Urán (U) je prvok s atómovým číslom 92 a atómovou hmotnosťou 238,029. Je to rádioaktívny chemický prvok skupiny III periodickej tabuľky Dmitrija Ivanoviča Mendeleeva, ktorý patrí do rodiny aktinidov. Urán je veľmi ťažký (2,5-krát ťažší ako železo, viac ako 1,5-krát ťažší ako olovo), strieborno-biely, lesklý kov. Vo svojej čistej forme je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, pružná a má mierne paramagnetické vlastnosti.
Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238U (99,274 %) s polčasom rozpadu 4,51∙109 rokov; 235U (0,702 %) s polčasom rozpadu 7,13∙108 rokov; 234U (0,006 %) s polčasom rozpadu 2,48∙105 rokov. Posledný izotop nie je primárny, ale rádiogénny; je súčasťou rádioaktívnej série 238U. Izotopy uránu 238U a 235U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií. Poslednými prvkami týchto sérií sú izotopy olova 206Pb a 207Pb.
V súčasnosti je známych 23 umelých rádioaktívnych izotopov uránu s hmotnostnými číslami od 217 do 242. Medzi nimi je „dlhoveký“ 233U s polčasom rozpadu 1,62∙105 rokov. Získava sa v dôsledku neutrónového ožarovania tória a je schopný štiepenia pod vplyvom tepelných neutrónov.
Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth ako výsledok svojich experimentov s minerálnou smolou – „uránovou smolou“. Nový prvok bol pomenovaný na počesť planéty Urán, ktorú nedávno objavil (1781) William Herschel. Ďalšie polstoročie bola látka získaná Klaprothom považovaná za kov, no v roku 1841 to vyvrátil francúzsky chemik Eugene Melchior Peligo, ktorý dokázal oxidickú povahu uránu (UO2), získaného nemeckým chemikom. Samotnému Peligovi sa podarilo získať kovový urán redukciou UCl4 kovovým draslíkom a tiež určil atómovú hmotnosť nového prvku. Ďalším vo vývoji poznatkov o uráne a jeho vlastnostiach bol D.I.Mendelejev - v roku 1874 na základe teórie, ktorú vypracoval o periodizácii chemických prvkov, umiestnil urán do najvzdialenejšej bunky svojho stola. Ruský chemik zdvojnásobil atómovú hmotnosť uránu (120), ktorú predtým určil Peligo, správnosť takýchto predpokladov potvrdili o dvanásť rokov neskôr experimenty nemeckého chemika Zimmermanna.
O urán sa dlhé desaťročia zaujímal len úzky okruh chemikov a prírodovedcov, obmedzené bolo aj jeho využitie - výroba skla a farieb. Až objavením rádioaktivity tohto kovu (v roku 1896 Henrim Becquerelom) sa v roku 1898 začalo priemyselné spracovanie uránových rúd. Oveľa neskôr (1939) bol objavený fenomén jadrového štiepenia a od roku 1942 sa urán stal hlavným jadrovým palivom.
Najdôležitejšou vlastnosťou uránu je, že jadrá niektorých jeho izotopov sú schopné štiepenia pri zachytávaní neutrónov, v dôsledku čoho sa uvoľňuje obrovské množstvo energie. Táto vlastnosť prvku č. 92 sa využíva v jadrových reaktoroch, ktoré slúžia ako zdroje energie a je základom aj fungovania atómovej bomby. Urán sa používa v geológii na určenie veku minerálov a hornín s cieľom určiť postupnosť geologických procesov (geochronológia). Vzhľadom na to, že horniny obsahujú rôzne koncentrácie uránu, majú rôznu rádioaktivitu. Táto vlastnosť sa využíva pri identifikácii hornín pomocou geofyzikálnych metód. Táto metóda sa najviac používa v ropnej geológii pri geofyzikálnych prieskumoch vrtov. Zlúčeniny uránu sa používali ako farby na maľovanie na porcelán a na keramické glazúry a emaily (maľované farbami: žltá, hnedá, zelená a čierna, v závislosti od stupňa oxidácie), napríklad uranát sodný Na2U2O7 bol použitý ako žltý pigment v r. maľovanie.
Biologické vlastnosti
Urán je pomerne bežný prvok v biologickom prostredí, za koncentrátory tohto kovu sa považujú niektoré druhy húb a rias, ktoré sú zaradené do reťazca biologického cyklu uránu v prírode podľa schémy: voda - vodné rastliny - ryby - ľudia. S potravou a vodou sa teda urán dostáva do tela ľudí a zvierat, respektíve do gastrointestinálneho traktu, kde sa absorbuje asi percento prichádzajúcich ľahko rozpustných zlúčenín a nie viac ako 0,1 % ťažko rozpustných. Tento prvok vstupuje vzduchom do dýchacích ciest a pľúc, ako aj do slizníc a kože. V dýchacom trakte a najmä v pľúcach dochádza k absorpcii oveľa intenzívnejšie: ľahko rozpustné zlúčeniny sa absorbujú o 50% a ťažko rozpustné o 20%. Urán sa teda nachádza v malých množstvách (10-5 - 10-8%) v tkanivách zvierat a ľudí. V rastlinách (v sušine) závisí koncentrácia uránu od jeho obsahu v pôde, takže pri koncentrácii v pôde 10-4% rastlina obsahuje 1,5∙10-5% alebo menej. Distribúcia uránu medzi tkanivami a orgánmi je nerovnomerná, hlavnými miestami akumulácie sú kostné tkanivo (kostra), pečeň, slezina, obličky, ako aj pľúca a bronchopulmonálne lymfatické uzliny (ak sa do pľúc dostanú zle rozpustné zlúčeniny). Urán (uhličitany a komplexy s bielkovinami) sa z krvi odstraňuje pomerne rýchlo. V priemere je obsah 92. prvku v orgánoch a tkanivách zvierat a ľudí 10-7%. Napríklad krv hovädzieho dobytka obsahuje 1∙10-8 g/ml uránu a ľudská krv obsahuje 4∙10-10 g/g. Pečeň dobytka obsahuje 8∙10-8 g/g, u ľudí v tom istom orgáne 6∙10-9 g/g; slezina hovädzieho dobytka obsahuje 9∙10-8 g/g, u ľudí - 4,7∙10-7 g/g. Vo svalových tkanivách hovädzieho dobytka sa hromadí až 4∙10-11 g/g. Navyše v ľudskom tele je urán obsiahnutý v pľúcach v rozmedzí 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; v obličkách 5,3∙10-9 g/g (kortikálna vrstva) a 1,3∙10-8 g/g (medulárna vrstva); v kostnom tkanive 1∙10-9 g/g; v kostnej dreni 1∙10-8 g/g; vo vlasoch 1,3∙10-7 g/g. Urán nachádzajúci sa v kostiach spôsobuje neustále ožarovanie kostného tkaniva (doba úplného odstránenia uránu z kostry je 600 dní). Najmenšie množstvo tohto kovu je v mozgu a srdci (asi 10-10 g/g). Ako už bolo spomenuté, hlavnými cestami, ktorými sa urán dostáva do tela, sú voda, potrava a vzduch. Denná dávka kovu vstupujúceho do tela s jedlom a tekutinami je 1,9∙10-6 g, so vzduchom - 7∙10-9 g. Každý deň sa však urán z tela vylučuje: močom od 0,5∙10-7 g do 5∙10-7 g; s výkalmi od 1,4∙10-6 g do 1,8∙10-6 g. Straty z vlasov, nechtov a odumretých šupiniek kože - 2∙10-8 g.
Vedci naznačujú, že urán v nepatrných množstvách je nevyhnutný pre normálne fungovanie ľudského tela, zvierat a rastlín. Jeho úloha vo fyziológii však ešte nebola objasnená. Zistilo sa, že priemerný obsah prvku 92 v ľudskom tele je asi 9∙10-5 g (Medzinárodná komisia pre ochranu pred žiarením). Je pravda, že toto číslo v rôznych regiónoch a územiach trochu kolíše.
Napriek svojej stále neznámej, ale definitívnej biologickej úlohe v živých organizmoch zostáva urán jedným z najnebezpečnejších prvkov. V prvom rade sa to prejavuje toxickým účinkom tohto kovu, ktorý je spôsobený jeho chemickými vlastnosťami, najmä rozpustnosťou zlúčenín. Napríklad rozpustné zlúčeniny (uranyl a iné) sú toxickejšie. Najčastejšie k otravám uránom a jeho zlúčeninami dochádza v továrňach na obohacovanie, v podnikoch na ťažbu a spracovanie uránových surovín a iných výrobných zariadeniach, kde sa urán podieľa na technologických procesoch.
Urán, ktorý preniká do tela, ovplyvňuje absolútne všetky orgány a ich tkanivá, pretože k pôsobeniu dochádza na bunkovej úrovni: potláča aktivitu enzýmov. Primárne sú postihnuté obličky, čo sa prejavuje prudkým zvýšením cukru a bielkovín v moči, následne sa rozvinie oligúria. Postihnutý je gastrointestinálny trakt a pečeň. Otrava uránom sa delí na akútnu a chronickú, pričom tá druhá sa vyvíja postupne a môže byť asymptomatická alebo s miernymi príznakmi. Následná chronická otrava však vedie k poruchám krvotvorby, nervového systému a ďalším vážnym zdravotným problémom.
Tona žulovej horniny obsahuje približne 25 gramov uránu. Energia, ktorá sa môže uvoľniť pri spaľovaní týchto 25 gramov v reaktore, je porovnateľná s energiou, ktorá sa uvoľní pri spaľovaní 125 ton uhlia v peciach výkonných tepelných kotlov! Na základe týchto údajov možno predpokladať, že v blízkej budúcnosti bude žula považovaná za jeden z druhov minerálneho paliva. Celkovo relatívne tenká dvadsaťkilometrová povrchová vrstva zemskej kôry obsahuje približne 1014 ton uránu, po prepočte na energetický ekvivalent je výsledkom jednoducho kolosálne číslo – 2,36,1024 kilowatthodín. Dokonca ani všetky vyvinuté, preskúmané a navrhované ložiská fosílnych palív dohromady nie sú schopné poskytnúť ani milióntinu tejto energie!
Je známe, že uránové zliatiny podrobené tepelnému spracovaniu sa vyznačujú vyššími medzami prieťažnosti, tečením a zvýšenou odolnosťou proti korózii a menšou tendenciou meniť tvar produktov pri kolísaní teploty a vplyvom ožiarenia. Na základe týchto princípov sa začiatkom 20. storočia až do tridsiatych rokov urán vo forme karbidu používal pri výrobe nástrojových ocelí. Okrem toho sa používal ako náhrada volfrámu v niektorých zliatinách, ktorý bol lacnejší a dostupnejší. Pri výrobe ferouránu bol podiel U až 30 %. Pravda, v druhej tretine 20. storočia prišlo takéto využitie uránu naprázdno.
Ako je známe, v hlbinách našej Zeme prebieha neustály proces rozpadu urnových izotopov. Vedci teda vypočítali, že okamžité uvoľnenie energie z celej hmoty tohto kovu uzavretého v zemskom obale by našu planétu zahrialo na teplotu niekoľko tisíc stupňov! Takýto jav je však, našťastie, nemožný – napokon k uvoľňovaniu tepla dochádza postupne, keďže jadrá uránu a jeho deriváty prechádzajú radom dlhodobých rádioaktívnych premien. Trvanie takýchto premien možno posudzovať podľa polčasov prirodzených izotopov uránu, napríklad pre 235U je to 7 108 rokov a pre 238U - 4,51 109 rokov. Uránové teplo však Zem výrazne ohrieva. Ak by celá hmota Zeme obsahovala rovnaké množstvo uránu ako v hornej dvadsaťkilometrovej vrstve, potom by teplota na planéte bola oveľa vyššia ako teraz. Keď sa však pohybujete smerom k stredu Zeme, koncentrácia uránu klesá.
V jadrových reaktoroch sa spracováva len malá časť naloženého uránu, je to spôsobené troskou paliva štiepnymi produktmi: vyhorí 235U, reťazová reakcia postupne zanikne. Palivové tyče sú však stále naplnené jadrovým palivom, ktoré sa musí opäť spotrebovať. Za týmto účelom sa staré palivové články demontujú a posielajú na recykláciu - rozpustia sa v kyselinách a urán sa z výsledného roztoku extrahuje extrakciou, v roztoku zostávajú štiepne fragmenty, ktoré je potrebné zlikvidovať. Ukazuje sa teda, že uránový priemysel je prakticky bezodpadová chemická výroba!
Závody na separáciu izotopov uránu zaberajú plochu niekoľkých desiatok hektárov a plocha poréznych priečok v separačných kaskádach závodu je približne rovnaká. Je to spôsobené zložitosťou difúznej metódy oddeľovania izotopov uránu – veď na zvýšenie koncentrácie 235U z 0,72 na 99 % je potrebných niekoľko tisíc difúznych krokov!
Pomocou metódy urán-olovo dokázali geológovia zistiť vek najstarších minerálov, pri štúdiu meteoritových hornín dokázali určiť približný dátum zrodu našej planéty. Vďaka „uránovým hodinám“ bol určený vek lunárnej pôdy. Zaujímavé je, že sa ukázalo, že už 3 miliardy rokov neprebehla na Mesiaci žiadna sopečná činnosť a prirodzený satelit Zeme zostáva pasívnym telesom. Veď aj tie najmladšie kúsky mesačnej hmoty žili dlhšie ako vek najstarších pozemských minerálov.
Príbeh
Používanie uránu sa datuje veľmi dávno – už v 1. storočí pred naším letopočtom sa prírodný oxid uránu používal na výrobu žltej glazúry používanej na farbenie keramiky.
V modernej dobe k štúdiu uránu dochádzalo postupne - v niekoľkých etapách, s nepretržitým rastom. Začiatkom bol objav tohto prvku v roku 1789 nemeckým prírodným filozofom a chemikom Martinom Heinrichom Klaprothom, ktorý zredukoval zlatožltú „zem“ ťaženú zo saskej smolnej rudy („uránovej smoly“) na látku podobnú čiernemu kovu (urán oxid - UO2). Názov dostal na počesť najvzdialenejšej planéty, ktorá bola v tom čase známa - Urán, ktorý zase objavil v roku 1781 William Herschel. V tomto bode sa končí prvá etapa štúdia nového prvku (Klaproth bol presvedčený, že objavil nový kov) a prichádza viac ako päťdesiatročná prestávka.
Rok 1840 možno považovať za začiatok nového míľnika v histórii výskumu uránu. Od tohto roku sa mladý chemik z Francúzska Eugene Melchior Peligo (1811-1890) chopil problému získavania kovového uránu, čoskoro (1841) sa mu to podarilo - kovový urán sa získal redukciou UCl4 kovovým draslíkom. Navyše dokázal, že urán objavený Klaprothom je v skutočnosti len jeho oxid. Francúz určil aj odhadovanú atómovú hmotnosť nového prvku – 120. Potom opäť nastala dlhá prestávka v štúdiu vlastností uránu.
Až v roku 1874 sa objavili nové predpoklady o povahe uránu: Dmitrij Ivanovič Mendelejev podľa svojej teórie o periodizácii chemických prvkov nachádza vo svojej tabuľke miesto pre nový kov a urán umiestnil do poslednej bunky. Mendelejev navyše zdvojnásobil dovtedy predpokladanú atómovú hmotnosť uránu, pričom sa ani v tomto nepomýlil, čo o 12 rokov neskôr potvrdili experimenty nemeckého chemika Zimmermanna.
Od roku 1896 objavy v oblasti štúdia vlastností uránu „padali“ jeden za druhým: v spomínanom roku úplnou náhodou (pri štúdiu fosforescencie kryštálov uranylsulfátu draselného) 43-ročná fyzika profesor Antoine Henri Becquerel otvára „Becquerelove lúče“, neskôr premenované na rádioaktivitu podľa Marie Curie. V tom istom roku Henri Moissan (opäť chemik z Francúzska) vyvinul metódu výroby čistého kovového uránu.
V roku 1899 Ernest Rutherford objavil heterogenitu žiarenia z uránových prípravkov. Ukázalo sa, že existujú dva druhy žiarenia – alfa a beta lúče, odlišné svojimi vlastnosťami: nesú rôzne elektrické náboje, majú rôznu dĺžku dráhy v hmote a odlišná je aj ich ionizačná schopnosť. O rok neskôr objavil gama lúč aj Paul Villar.
Ernest Rutherford a Frederick Soddy spoločne vyvinuli teóriu rádioaktivity uránu. Na základe tejto teórie Rutherford v roku 1907 podnikol prvé experimenty na určenie veku minerálov pri štúdiu rádioaktívneho uránu a tória. V roku 1913 F. Soddy predstavil koncept izotopov (zo starogréckeho iso - „rovnaký“, „identický“ a topos – „miesto“). V roku 1920 ten istý vedec navrhol, že izotopy by sa mohli použiť na určenie geologického veku hornín. Jeho predpoklady sa ukázali ako správne: v roku 1939 vytvoril Alfred Otto Karl Nier prvé rovnice na výpočet veku a na oddelenie izotopov použil hmotnostný spektrometer.
V roku 1934 Enrico Fermi uskutočnil sériu experimentov o bombardovaní chemických prvkov neutrónmi – časticami objavenými J. Chadwickom v roku 1932. V dôsledku tejto operácie sa v uráne objavili dovtedy neznáme rádioaktívne látky. Fermi a ďalší vedci, ktorí sa zúčastnili na jeho experimentoch, naznačili, že objavili transuránové prvky. Štyri roky sa robili pokusy odhaliť transuránové prvky medzi produktmi neutrónového bombardovania. Všetko sa skončilo v roku 1938, keď nemeckí chemici Otto Hahn a Fritz Strassmann zistili, že zachytením voľného neutrónu sa jadro izotopu uránu 235U rozštiepi, čím sa uvoľní (na jedno jadro uránu) pomerne veľké množstvo energie, najmä v dôsledku kinetickej energie. energetické fragmenty a žiarenie. Nemeckým chemikom sa nepodarilo postúpiť ďalej. Lise Meitner a Otto Frisch dokázali svoju teóriu podložiť. Tento objav bol pôvodom využitia vnútroatómovej energie na mierové aj vojenské účely.
Byť v prírode
Priemerný obsah uránu v zemskej kôre (clarke) je 3∙10-4% hmotnosti, čo znamená, že v útrobách zeme je ho viac ako striebra, ortuti a bizmutu. Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Takže v tone žuly je asi 25 gramov prvku č. 92. Celkovo je v relatívne tenkej dvadsaťkilometrovej hornej vrstve Zeme viac ako 1000 ton uránu. V kyslých vyvrelých horninách 3,5∙10-4%, v íloch a bridliciach 3,2∙10-4%, zvlášť obohatených o organickú hmotu, v bázických horninách 5∙10-5%, v ultramafických horninách plášťa 3∙10-7% .
Urán energicky migruje v studených a horúcich, neutrálnych a alkalických vodách vo forme jednoduchých a komplexných iónov, najmä vo forme uhličitanových komplexov. Redoxné reakcie hrajú dôležitú úlohu v geochémii uránu, pretože zlúčeniny uránu sú spravidla vysoko rozpustné vo vodách s oxidačným prostredím a málo rozpustné vo vodách s redukčným prostredím (sírovodík).
Je známych viac ako sto minerálnych rúd uránu; líšia sa chemickým zložením, pôvodom a koncentráciou uránu; z celej odrody je praktických len tucet. Za hlavných predstaviteľov uránu, ktorí majú najväčší priemyselný význam, možno v prírode považovať oxidy - uraninit a jeho odrody (smola a uránová čerň), ako aj silikáty - coffinit, titanáty - davidit a brannerit; fosfáty hydratované a uranylarzeničnany – uránové sľudy.
Uraninit - UO2 je prítomný prevažne v starých - prekambrických horninách vo forme čírych kryštalických foriem. Uraninit tvorí izomorfné série s thorianitom ThO2 a yttroceryanitom (Y,Ce)O2. Okrem toho všetky uraninity obsahujú rádiogénne produkty rozpadu uránu a tória: K, Po, He, Ac, Pb, ako aj Ca a Zn. Samotný uraninit je vysokoteplotný minerál, charakteristický pre granitové a syenitové pegmatity v spojení s komplexnými niobát-tantalititanátmi uránu (columbit, pyrochlór, samarskit a iné), zirkón, monazit. Okrem toho sa uraninit vyskytuje v hydrotermálnych, skarnových a sedimentárnych horninách. Veľké ložiská uraninitu sú známe v Kanade, Afrike, Spojených štátoch amerických, Francúzsku a Austrálii.
V paleozoických a mladších vysoko- a strednoteplotných súvrstviach je zastúpený smolinec (U3O8), známy aj ako uránový decht alebo živicová zmes, ktorý tvorí kryptokryštalické kolomorfné agregáty - vulkanický a hydrotermálny minerál. Konštantnými satelitmi smoly sú sulfidy, arzenidy, prírodný bizmut, arzén a striebro, uhličitany a niektoré ďalšie prvky. Tieto rudy sú veľmi bohaté na urán, ale sú extrémne zriedkavé, často sprevádzané rádiom, čo sa dá ľahko vysvetliť: rádium je priamym produktom izotopového rozpadu uránu.
Uránové černe (sypké zemité agregáty) sú zastúpené najmä v mlado - kenozoických a mladších súvrstviach, charakteristických pre hydrotermálne sulfido-uránové a sedimentárne ložiská.
Urán sa tiež získava ako vedľajší produkt z rúd obsahujúcich menej ako 0,1 %, napríklad zo zlatonosných konglomerátov.
Hlavné ložiská uránových rúd sa nachádzajú v USA (Colorado, Severná a Južná Dakota), Kanade (provincie Ontário a Saskatchewan), Južnej Afrike (Witwatersrand), Francúzsku (Massif Central), Austrálii (Severné územie) a mnohých ďalších krajinách. . V Rusku je hlavnou oblasťou uránovej rudy Transbaikalia. Asi 93 % ruského uránu sa ťaží na ložisku v regióne Čita (neďaleko mesta Krasnokamensk).
Aplikácia
Moderná jadrová energetika je jednoducho nemysliteľná bez prvku č.92 a jeho vlastností. Aj keď to nie je tak dávno – pred spustením prvého jadrového reaktora sa uránové rudy ťažili najmä na získavanie rádia z nich. Malé množstvá zlúčenín uránu boli použité v niektorých farbivách a katalyzátoroch. V skutočnosti bol urán považovaný za prvok, ktorý nemal takmer žiadny priemyselný význam a ako radikálne sa situácia zmenila po objave schopnosti izotopov uránu štiepiť sa! Tento kov okamžite získal štatút strategickej suroviny č.
V súčasnosti je hlavnou oblasťou použitia kovového uránu, ako aj jeho zlúčenín, palivo pre jadrové reaktory. V reaktoroch stacionárnych jadrových elektrární sa teda používa nízko obohatená (prírodná) zmes izotopov uránu a v jadrových elektrárňach a reaktoroch s rýchlymi neutrónmi sa používa vysoko obohatený urán.
Najpoužívanejší je izotop uránu 235U, pretože je v ňom možná samoudržiavacia jadrová reťazová reakcia, ktorá nie je typická pre iné izotopy uránu. Vďaka tejto vlastnosti sa 235U používa ako palivo v jadrových reaktoroch, ako aj v jadrových zbraniach. Oddelenie izotopu 235U od prírodného uránu je však zložitý a nákladný technologický problém.
Najbežnejší izotop uránu v prírode, 238U, sa môže štiepiť, keď je bombardovaný vysokoenergetickými neutrónmi. Táto vlastnosť tohto izotopu sa využíva na zvýšenie výkonu termonukleárnych zbraní – využívajú sa neutróny generované termonukleárnou reakciou. Okrem toho sa z izotopu 238U získava izotop plutónia 239Pu, ktorý sa zase môže použiť aj v jadrových reaktoroch a v atómovej bombe.
Nedávno našiel veľké využitie izotop uránu 233U, umelo vyrábaný v reaktoroch z tória, ktorý sa získava ožarovaním tória v toku neutrónov jadrového reaktora:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
233U štiepne tepelné neutróny, navyše v reaktoroch s 233U môže dôjsť k rozšírenej reprodukcii jadrového paliva. Takže keď v tóriovom reaktore vyhorí kilogram 233U, malo by sa v ňom nahromadiť 1,1 kg nového 233U (v dôsledku zachytávania neutrónov jadrami tória). Cyklus urán-tórium v tepelných neutrónových reaktoroch bude v blízkej budúcnosti hlavným konkurentom uránovo-plutóniového cyklu pre reprodukciu jadrového paliva v reaktoroch s rýchlymi neutrónmi. Reaktory využívajúce tento nuklid ako palivo už existujú a fungujú (KAMINI v Indii). 233U je tiež najsľubnejším palivom pre plynové jadrové raketové motory.
Ostatné umelé izotopy uránu nehrajú významnú úlohu.
Po vyťažení „potrebných“ izotopov 234U a 235U z prírodného uránu sa zvyšná surovina (238U) nazýva „ochudobnený urán“, je o polovicu menej rádioaktívna ako prírodný urán, a to najmä vďaka odstráneniu 234U z neho. Keďže hlavným využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je z tohto dôvodu málo využívaný produkt s nízkou ekonomickou hodnotou. Vzhľadom na nízku cenu, ako aj vysokú hustotu a extrémne vysoký zachytávací prierez sa však používa na ochranu pred žiarením a ako predradník v leteckých aplikáciách, ako sú riadiace plochy lietadiel. Okrem toho sa ochudobnený urán používa ako záťaž vo vesmírnych pristávacích a závodných jachtách; vo vysokorýchlostných rotoroch gyroskopov, veľkých zotrvačníkov a pri vŕtaní ropných vrtov.
Najznámejšie využitie ochudobneného uránu je však vo vojenských aplikáciách – ako jadrá pre pancierové panciere a moderné pancierovanie tankov, ako je tank M-1 Abrams.
Menej známe využitie uránu zahŕňa najmä jeho zlúčeniny. Takže malý prídavok uránu dáva sklu krásnu žltozelenú fluorescenciu, niektoré zlúčeniny uránu sú fotosenzitívne, z tohto dôvodu sa dusičnan uranyl široko používal na zvýraznenie negatívov a farebných (odtieňujúcich) pozitívov (fotografických odtlačkov) hnedej.
Karbid 235U legovaný karbidom nióbu a karbidom zirkónia sa používa ako palivo pre jadrové prúdové motory. Zliatiny železa a ochudobneného uránu (238U) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály. Uranát sodný Na2U2O7 sa používal ako žltý pigment v maľbe; predtým sa zlúčeniny uránu používali ako farby na maľovanie na porcelán a na keramické glazúry a emaily (maľované vo farbách: žltá, hnedá, zelená a čierna, v závislosti od stupňa oxidácie) .
Výroba
Urán sa získava z uránových rúd, ktoré sa výrazne líšia v mnohých charakteristikách (podmienky tvorby, „kontrast“, obsah užitočných nečistôt atď.), z ktorých hlavným je percento uránu. Podľa tohto kritéria sa rozlišuje päť druhov rúd: veľmi bohaté (obsahujú viac ako 1 % uránu); bohaté (1-0,5 %); priemer (0,5-0,25 %); bežné (0,25-0,1 %) a chudobné (menej ako 0,1 %). Avšak aj z rúd obsahujúcich 0,01 – 0,015 % uránu sa tento kov získava ako vedľajší produkt.
V priebehu rokov vývoja uránových surovín sa vyvinulo mnoho metód na separáciu uránu od rúd. Je to dané tak strategickým významom uránu v niektorých oblastiach, ako aj rôznorodosťou jeho prírodných prejavov. Napriek všetkej rozmanitosti metód a surovín však každá výroba uránu pozostáva z troch etáp: predbežná koncentrácia uránovej rudy; lúhovanie uránu a získavanie dostatočne čistých zlúčenín uránu zrážaním, extrakciou alebo iónovou výmenou. Ďalej, v závislosti od účelu výsledného uránu, sa produkt obohatí izotopom 235U alebo sa okamžite redukuje na elementárny urán.
Takže ruda sa spočiatku koncentruje - hornina sa rozdrví a naplní vodou. V tomto prípade sa ťažšie prvky zmesi usadia rýchlejšie. V horninách obsahujúcich primárne uránové minerály dochádza k ich rýchlemu zrážaniu, keďže sú veľmi ťažké. Pri koncentrácii rúd obsahujúcich sekundárne uránové minerály sa ukladá odpadová hornina, ktorá je oveľa ťažšia ako sekundárne minerály, ale môže obsahovať veľmi užitočné prvky.
Uránové rudy sa takmer nikdy neobohacujú, s výnimkou organickej metódy rádiometrického triedenia, založenej na γ-žiarení rádia, ktoré vždy sprevádza urán.
Ďalšou fázou výroby uránu je lúhovanie, teda uvedenie uránu do roztoku. Zásadne sa rudy lúhujú roztokmi kyseliny sírovej, niekedy dusičnej alebo roztokmi sódy s prechodom uránu do kyslého roztoku vo forme UO2SO4 alebo komplexných aniónov a do roztoku sódy vo forme 4-komplexného aniónu. Metóda využívajúca kyselinu sírovú je lacnejšia, nie je však vždy použiteľná, ak surovina obsahuje štvormocný urán (uránovú živicu), ktorý nie je rozpustný v kyseline sírovej. V takýchto prípadoch sa využíva alkalické lúhovanie alebo sa štvormocný urán oxiduje do šesťmocného stavu. Pri lúhovaní rúd obsahujúcich magnezit alebo dolomit, ktoré vyžadujú príliš veľa kyseliny na rozpustenie, sa odporúča použiť lúh sodný (lúh sodný).
Po fáze lúhovania roztok obsahuje nielen urán, ale aj ďalšie prvky, ktoré sa podobne ako urán extrahujú rovnakými organickými rozpúšťadlami, nanášajú sa na rovnaké iónomeničové živice a vyzrážajú sa za rovnakých podmienok. V takejto situácii je na selektívnu izoláciu uránu potrebné použiť veľa redoxných reakcií, aby sa nežiaduci prvok v rôznych štádiách eliminoval. Jednou z výhod iónovej výmeny a extrakčných metód je, že urán je úplne extrahovaný z chudobných roztokov.
Po všetkých vyššie uvedených operáciách sa urán premení na pevné skupenstvo – na niektorý z oxidov alebo na tetrafluorid UF4. Takýto urán obsahuje nečistoty s veľkým prierezom zachytávania tepelných neutrónov – lítium, bór, kadmium a kovy vzácnych zemín. V konečnom produkte by ich obsah nemal presiahnuť stotisíciny a milióntiny percenta! Za týmto účelom sa urán opäť rozpustí, tentoraz v kyseline dusičnej. Uranylnitrát UO2(NO3)2 sa pri extrakcii tributylfosfátom a niektorými ďalšími látkami dodatočne čistí na požadované štandardy. Táto látka sa potom kryštalizuje (alebo vyzráža) a opatrne kalcinuje. V dôsledku tejto operácie vzniká oxid uránový UO3, ktorý sa redukuje vodíkom na UO2. Pri teplotách od 430 do 600 °C oxid uránový reaguje so suchým fluorovodíkom a mení sa na tetrafluorid UF4. Už z tejto zlúčeniny sa obyčajnou redukciou získava kovový urán pomocou vápnika alebo horčíka.
Fyzikálne vlastnosti
Kovový urán je veľmi ťažký, je dva a pol krát ťažší ako železo a jeden a pol krát ťažší ako olovo! Ide o jeden z najťažších prvkov uložených v útrobách Zeme. Urán svojou striebristo-bielou farbou a leskom pripomína oceľ. Čistý kov Je plastický, mäkký, má vysokú hustotu, no zároveň sa ľahko spracováva. Urán je elektropozitívny a má menšie paramagnetické vlastnosti – špecifická magnetická susceptibilita pri izbovej teplote je 1,72·10 -6, má nízku elektrickú vodivosť, ale vysokú reaktivitu. Tento prvok má tri alotropné modifikácie: α, β a γ. a-forma má ortorombickú kryštálovú mriežku s nasledujúcimi parametrami: a = 2,8538 Á, b = 5,8662 Á, c = 469557 Á. Táto forma je stabilná v teplotnom rozsahu od izbovej teploty do 667,7 °C. Hustota uránu v α-forme pri teplote 25 °C je 19,05 ± 0,2 g/cm3. β-forma má tetragonálnu kryštálovú mriežku, stabilnú v teplotnom rozsahu od 667,7 °C do 774,8 °C. Parametre tetragonálnej mriežky: a = 10,759 Á, b = 5,656 Á. γ-forma s kubickou štruktúrou centrovanou na telo, stabilná od 774,8 °C do bodu topenia (1132 °C).
Všetky tri fázy možno vidieť počas procesu získavania uránu. Na to sa používa špeciálne zariadenie, ktorým je bezšvíková oceľová rúra, ktorá je obložená oxidom vápenatým, čo je potrebné, aby oceľ rúry neinteragovala s uránom. Do aparatúry sa vloží zmes fluoridu uránového a horčíka (alebo vápnika), potom sa zahreje na 600 °C. Po dosiahnutí tejto teploty sa zapne elektrický zapaľovač a exotermická redukčná reakcia, pri ktorej sa naložená zmes úplne roztopí. Kvapalný urán (teplota 1132 °C) vďaka svojej hmotnosti úplne klesá na dno. Po úplnom nanesení uránu na dno zariadenia začne chladenie, urán kryštalizuje, jeho atómy sú usporiadané v prísnom poradí a vytvárajú kubickú mriežku - to je γ-fáza. Ďalší prechod nastáva pri 774°C - kryštálová mriežka chladiaceho kovu sa stáva tetragonálnou, čo zodpovedá β-fáze. Keď teplota ingotu klesne na 668°C, atómy opäť usporiadajú svoje rady, usporiadané do vĺn v rovnobežných vrstvách - fáza α. Ďalej nenastanú žiadne zmeny.
Hlavné parametre uránu sa vždy vzťahujú na fázu α. Teplota topenia (tavenie) 1132° C, teplota varu uránu (tvar) 3818° C. Merná tepelná kapacita pri izbovej teplote 27,67 kJ/(kg·K) alebo 6,612 cal/(g·°С). Elektrický odpor pri teplote 25°C je približne 3·10 -7 ohm·cm a už pri 600°С je 5,5·10 -7 ohm·cm. Tepelná vodivosť uránu sa tiež mení v závislosti od teploty: v rozsahu 100-200 °C sa rovná 28,05 W/(mK) alebo 0,067 cal/(cm sec °C), pri zvýšení na 400 °C zvyšuje sa až na 29,72 W/(m K) 0,071 cal/(cm sec ° C). Urán má supravodivosť pri 0,68 K. Priemerná tvrdosť podľa Brinella je 19,6 – 21,6·10 2 Mn/m 2 alebo 200 – 220 kgf/mm 2.
Mnohé mechanické vlastnosti 92. prvku závisia od jeho čistoty a od spôsobov tepelného a mechanického spracovania. Teda pre liaty urán pevnosť v ťahu pri izbovej teplote je 372-470 MN/m2 alebo 38-48 kgf/mm2, priemerný modul pružnosti je 20,5·10 -2 MN/m2 alebo 20,9·10 -3 kgf/mm2. Pevnosť uránu sa zvyšuje po ochladení z β- a γ-fázy.
Ožarovanie uránu neutrónovým tokom, interakcia s vodným chladením palivových článkov vyrobených z kovového uránu a ďalšie faktory prevádzky vo výkonných tepelných neutrónových reaktoroch - to všetko vedie k zmenám fyzikálnych a mechanických vlastností uránu: kov sa stáva krehkým, tečie sa vyvíja a výrobky vyrobené z kovového uránu sa deformujú. Z tohto dôvodu sa v jadrových reaktoroch používajú zliatiny uránu, napríklad s molybdénom, takáto zliatina je odolná voči vode, spevňuje kov, pričom zachováva vysokoteplotnú kubickú mriežku.
Chemické vlastnosti
Chemicky je urán veľmi aktívnym kovom. Na vzduchu oxiduje za vzniku dúhového filmu oxidu UO2 na povrchu, ktorý nechráni kov pred ďalšou oxidáciou, ako je to v prípade titánu, zirkónu a mnohých iných kovov. Urán tvorí s kyslíkom oxid UO2, oxid UO3 a veľké množstvo medziproduktov, z ktorých najvýznamnejší je U3O8, vlastnosti týchto oxidov sú podobné UO2 a UO3. V práškovom stave je urán samozápalný a môže sa vznietiť pri miernom zahriatí (150 °C a viac), horenie je sprevádzané jasným plameňom, v konečnom dôsledku vytvára U3O8. Pri teplote 500-600 °C interaguje urán s fluórom za vzniku zelených ihličkovitých kryštálov, málo rozpustných vo vode a kyselinách - tetrafluorid uránu UF4, ako aj UF6 - hexafluorid (biele kryštály, ktoré sublimujú bez topenia pri teplote 56,4 °C). UF4, UF6 sú príklady interakcie uránu s halogénmi za vzniku halogenidov uránu. Urán sa ľahko spája so sírou, pričom vzniká množstvo zlúčenín, z ktorých najvýznamnejšie je americké – jadrové palivo. Urán reaguje s vodíkom pri 220 °C za vzniku hydridu UH3, ktorý je chemicky veľmi aktívny. Ďalším zahrievaním sa UH3 rozkladá na vodík a práškový urán. K interakcii s dusíkom dochádza pri vyšších teplotách - od 450 do 700 °C a atmosférickom tlaku - vzniká nitrid U4N7, so zvyšujúcim sa tlakom dusíka pri rovnakých teplotách možno získať UN, U2N3 a UN2. Pri vyšších teplotách (750-800 °C) urán reaguje s uhlíkom za vzniku monokarbidu UC, dikarbidu UC2 a tiež U2C3. Urán reaguje s vodou za vzniku UO2 a H2, pomalšie so studenou vodou a aktívnejšie s horúcou vodou. Okrem toho reakcia prebieha aj s vodnou parou pri teplotách od 150 do 250 °C. Tento kov sa rozpúšťa v chlorovodíkovej HCl a kyselinách dusičnej HNO3, menej aktívne vo vysoko koncentrovanej kyseline fluorovodíkovej a pomaly reaguje so sírovou H2SO4 a ortofosforečnou kyselinou H3PO4. Produkty reakcií s kyselinami sú soli štvormocného uránu. Z anorganických kyselín a solí niektorých kovov (zlato, platina, meď, striebro, cín a ortuť) je urán schopný vytláčať vodík. Urán neinteraguje s alkáliami.
V zlúčeninách je urán schopný vykazovať nasledujúce oxidačné stavy: +3, +4, +5, +6, niekedy +2. U3+ v prírode neexistuje a dá sa získať iba v laboratóriu. Zlúčeniny päťmocného uránu sú z väčšej časti nestabilné a pomerne ľahko sa rozkladajú na zlúčeniny štvormocného a šesťmocného uránu, ktoré sú najstabilnejšie. Šesťmocný urán sa vyznačuje tvorbou uranylového iónu UO22+, ktorého soli majú žltú farbu a sú vysoko rozpustné vo vode a minerálnych kyselinách. Príkladom zlúčenín šesťmocného uránu je oxid uránový alebo anhydrid uránu UO3 (oranžový prášok), čo je amfotérny oxid. Pri rozpustení v kyselinách vznikajú soli, napríklad chlorid uránu a uránu UO2Cl2. Pri pôsobení alkálií na roztoky uranylových solí sa získajú soli kyseliny uranovej H2UO4 - uranáty a kyseliny diuranovej H2U2O7 - diuranáty, napríklad uranát sodný Na2UO4 a diuranát sodný Na2U2O7. Soli štvormocného uránu (chlorid uránový UCl4) sú zelené a menej rozpustné. Pri dlhodobom pôsobení vzduchu sú zlúčeniny obsahujúce štvormocný urán zvyčajne nestabilné a menia sa na šesťmocné. Soli uranylu, ako je chlorid uranyl, sa rozkladajú v prítomnosti jasného svetla alebo organickej hmoty.
