Uranijum, hemijski element: istorija otkrića i reakcija nuklearne fisije. Ruda urana: svojstva, primjena, rudarstvo

Uranijum je radioaktivni metal. U prirodi se uranijum sastoji od tri izotopa: uranijum-238, uranijum-235 i uranijum-234. Najveći nivo stabilnosti zabilježen je kod uranijuma-238.

Radioaktivni raspad uranijuma

Radioaktivni raspad je proces nagle promjene u sastavu ili unutrašnjoj strukturi atomskih jezgara, koje karakterizira nestabilnost. U tom slučaju se emituju elementarne čestice, gama zraci i/ili nuklearni fragmenti. Radioaktivne supstance sadrže radioaktivno jezgro. Ćerka jezgra koja nastaje radioaktivnim raspadom također može postati radioaktivna i nakon određenog vremena prolazi kroz raspad. Ovaj proces se nastavlja sve dok se ne formira stabilno jezgro bez radioaktivnosti. E. Rutherford je eksperimentalno dokazao 1899. da soli urana emituju tri vrste zraka:

• α-zrake - tok pozitivno nabijenih čestica
• β-zrake - tok negativno nabijenih čestica
• γ-zraci ne stvaraju devijacije u magnetnom polju.

Radioaktivnost uranijuma

Prirodna radioaktivnost je ono što razlikuje radioaktivni uran od ostalih elemenata. Atomi uranijuma, bez obzira na sve faktore i uslove, postepeno se menjaju. U tom slučaju se emituju nevidljivi zraci. Nakon transformacija koje se dešavaju sa atomima urana, dobija se drugi radioaktivni element i proces se ponavlja. On će ponoviti onoliko puta koliko je potrebno da dobije neradioaktivni element. Na primjer, neki lanci transformacija imaju do 14 faza. U ovom slučaju, međuelement je radij, a posljednja faza je formiranje olova. Ovaj metal nije radioaktivni element, pa je niz transformacija prekinut. Međutim, potrebno je nekoliko milijardi godina da se uran u potpunosti pretvori u olovo.
Radioaktivna ruda uranijuma često izaziva trovanja u preduzećima koja se bave rudarenjem i preradom uranijumskih sirovina. U ljudskom organizmu uranijum je opšti ćelijski otrov. Prvenstveno utiče na bubrege, ali i na jetru i gastrointestinalni trakt.
Uranijum nema potpuno stabilne izotope. Najduži životni period uočen je za uranijum-238. Polu-raspad uranijuma-238 dešava se tokom 4,4 milijarde godina. Nešto manje od jedne milijarde godina, odvija se poluraspad uranijuma-235 - 0,7 milijardi godina. Uran-238 zauzima preko 99% ukupne zapremine prirodnog uranijuma. Zbog svog kolosalnog poluraspada, radioaktivnost ovog metala nije visoka; na primjer, alfa čestice ne mogu prodrijeti u stratum corneum ljudske kože. Nakon niza studija, naučnici su otkrili da glavni izvor zračenja nije sam uranijum, već gas radon koji proizvodi, kao i produkti njegovog raspadanja koji ulaze u ljudski organizam tokom disanja.

Nuklearne tehnologije se u velikoj mjeri zasnivaju na korištenju radiohemijskih metoda, koje se zauzvrat temelje na nuklearnim fizičkim, fizičkim, kemijskim i toksičnim svojstvima radioaktivnih elemenata.

U ovom poglavlju ćemo se ograničiti na kratak opis svojstava glavnih fisionih izotopa – uranijuma i plutonijuma.

Uran

Uran ( uranijum) U - element grupe aktinida, 7-0. period periodnog sistema, Z=92, atomska masa 238.029; najteži koji se nalazi u prirodi.

Poznato je 25 izotopa uranijuma, svi su radioaktivni. Najlakši 217U (Tj/ 2 =26 ms), najteži 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 min). Postoji 6 nuklearnih izomera. Prirodni uranijum sadrži tri radioaktivna izotopa: 2 8 i (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 godina) i 2 34 U (0,0056%, ti/ 2=2,48-juz l). Specifična radioaktivnost prirodnog uranijuma je 2,48104 Bq, podijeljena gotovo na pola između 2 34 U i 288 U; 2 35U daje mali doprinos (specifična aktivnost 2 zi izotopa u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 2 3 8 U). Poprečni presjeci hvatanja termalnih neutrona su 46, 98 i 2,7 barn za 2 zzi, 2 35U i 2 3 8 U, respektivno; odjeljak odjeljenja 527 i 584 štala za 2 zzi i 2 z 8 i, respektivno; prirodna mješavina izotopa (0,7% 235U) 4,2 ambar.

Table 1. Nuklearna fizička svojstva 2 h9 Ri i 2 35Ts.

Table 2. Hvatanje neutrona 2 35Ts i 2 z 8 C.

Šest izotopa uranijuma je sposobno za spontanu fisiju: ​​282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i i 2 z 8 i. Prirodni izotopi 2 33 i 2 35 U fisuju se pod uticajem toplotnih i brzih neutrona, i jezgra 2 3 8 su sposobni za fisiju samo kada zahvate neutrone sa energijom većom od 1,1 MeV. Prilikom hvatanja neutrona sa nižom energijom, jezgra 288 U se prvo transformišu u jezgra 2 -i9U, koja se zatim podvrgavaju p-raspadu i transformišu prvo u 2 -"*9Np, a zatim u 2 39Pu. Efektivni poprečni preseci za hvatanje toplote neutroni od 2 34U, 2 jezgra 35U i 2 3 8 i jednaki su 98, 683 i 2,7 barn, respektivno. Potpuna fisija od 2 35 U dovodi do “ekvivalenata toplotne energije” od 2-107 kWh/kg2. 35 U i 2 zzi se koriste kao nuklearno gorivo, sposobno da podrži lančanu reakciju fisije.

Nuklearni reaktori proizvode n umjetnih izotopa uranijuma s masenim brojevima 227-^240, od kojih je najdugovječniji 233U (7 V 2 =i.62 *io 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torijuma. U super-moćnim neutronskim tokovima termonuklearne eksplozije, rađaju se izotopi uranijuma s masenim brojem 239^257.

Uran-232- tehnogeni nuklid, a-emiter, T x / 2=68,9 godina, roditeljski izotopi 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) i 23 2 Ra(p), kćer nuklid 228 Th. Intenzitet spontane fisije je 0,47 divizija/s kg.

Uran-232 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

P + -raspad nuklida *3 a Np (Ti/2 =14,7 min):

U nuklearnoj industriji, 2 3 2 U se proizvodi kao nusproizvod tokom sinteze fisivnog (oružanog) nuklida 2 zi u ciklusu goriva torijuma. Kada se 2 3 2 Th ozrači neutronima, dolazi do glavne reakcije:

i sporedna reakcija u dva koraka:

Proizvodnja 232 U iz torija se dešava samo sa brzim neutronima (E„>6 MeV). Ako početna supstanca sadrži 2 3°TH, tada se formiranje 2 3 2 U dopunjuje reakcijom: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Ova reakcija se odvija upotrebom termičkih neutrona. Generacija 2 3 2 U je nepoželjna iz više razloga. On se suzbija upotrebom torija sa minimalnom koncentracijom od 2 3°TH.

Propadanje 2 × 2 događa se u sljedećim smjerovima:

Raspad u 228 Th (vjerovatnoća 10%, energija raspada 5,414 MeV):

energija emitovanih alfa čestica je 5,263 MeV (u 31,6% slučajeva) i 5,320 MeV (u 68,2% slučajeva).

• - spontana fisija (vjerovatnoća manja od ~ 12%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (vjerovatnost raspada manja od 5*10" 12%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 2

Uran-232 je osnivač dugog lanca raspada, koji uključuje nuklide - emitere tvrdih y-kvanta:

^U-(3,64 dana, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 sati , p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (ubod), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna tokom proizvodnje 2 zi u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 2 3 2 U ometa razvoj energije torijuma. Ono što je neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 11 ima veliki presjek fisije pod utjecajem neutrona (75 barna za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barna. 2 3 2 U se koristi u metodi radioaktivnog tragača u hemijskim istraživanjima.

2 h 2 i osnivač je dugog lanca raspada (prema shemi 2 h 2 T), koji uključuje emitere nuklida tvrdih y-kvanta. Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna tokom proizvodnje 2 zi u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 232 U ometa razvoj energije torijuma. Ono što je neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 U ima visok presjek fisije pod utjecajem neutrona (75 barna za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barna. 2 3 2 U se često koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim i fizičkim istraživanjima.

Uran-233- umjetni radionuklid, a-emiter (energija 4,824 (82,7%) i 4,783 MeV (14,9%)), Tvi= 1,585105 godina, roditeljski nuklidi 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 zzRa(r), kćer nuklid 22 9Th. 2 zzi se dobija u nuklearnim reaktorima iz torija: 2 z 2 Th hvata neutron i pretvara se u 2 zzT, koji se raspada u 2 zzRa, a zatim u 2 zzi. Jezgra 2 zi (neparni izotop) su sposobna i za spontanu fisiju i za fisiju pod uticajem neutrona bilo koje energije, što ih čini pogodnim za proizvodnju i atomskog oružja i reaktorskog goriva. Efektivni poprečni presek fisije je 533 barna, presek hvatanja je 52 bara, prinos neutrona: po događaju fisije - 2,54, po apsorbovanom neutronu - 2,31. Kritična masa od 2 zzi je tri puta manja od kritične mase od 2 35U (-16 kg). Intenzitet spontane fisije je 720 divizija/s kg.

Uran-233 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

- (3 + -raspad nuklida 2 33Np (7^=36,2 min):

U industrijskoj skali, 2 zi se dobija iz 2 32Th zračenjem neutronima:

Kada se neutron apsorbuje, 2 zzi jezgro se obično razdvaja, ali povremeno hvata neutron, pretvarajući se u 2 34U. Iako se 2 zzi obično dijeli nakon apsorpcije neutrona, ponekad zadržava neutron, pretvarajući se u 2 34U. Proizvodnja 2 zir-a vrši se u brzim i termičkim reaktorima.

Sa stanovišta oružja, 2 ZZI je uporediv sa 2 39Pu: njegova radioaktivnost je 1/7 aktivnosti 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 litara naspram 24100 litara za Pu), kritična masa 2 zi je 60% veća od ^Pu (16 kg naspram 10 kg), a stopa spontane fisije je 20 puta veća (bth - ' naspram 310 10). Neutronski fluks od 2 zzi je tri puta veći od 2 39Pi. Stvaranje nuklearnog naboja na bazi 2 zi zahtijeva više napora nego na ^Pi. Glavna prepreka je prisustvo 232 U nečistoće u 2ZZI, čije y-zračenje projekata raspadanja otežava rad sa 2ZZI i olakšava otkrivanje gotovog oružja. Osim toga, kratko vrijeme poluraspada od 2 3 2 U čini ga aktivnim izvorom alfa čestica. 2 zi sa 1% 232 i ima tri puta veću a-aktivnost od plutonijuma za oružje i, shodno tome, veću radiotoksičnost. Ova a-aktivnost uzrokuje stvaranje neutrona u svjetlosnim elementima punjenja oružja. Da bi se ovaj problem minimizirao, prisustvo elemenata kao što su Be, B, F, Li treba da bude minimalno. Prisustvo neutronske pozadine ne utiče na rad implozijskih sistema, ali topovska kola zahtevaju visok nivo čistoće lakih elemenata.Sadržaj 23 2 U u oružju klase 2 ne bi trebalo da prelazi 5 delova na milion (0,0005% ) U gorivu termoenergetskih reaktora prisustvo 2 3G nije štetno, pa čak i poželjno, jer smanjuje mogućnost upotrebe uranijuma u oružane svrhe. Nakon prerade istrošenog goriva i ponovne upotrebe goriva, sadržaj 232U dostiže oko 1+ 0,2%.

Propadanje 2 zi događa se u sljedećim smjerovima:

Raspad u 22 9Th (vjerovatnoća 10%, energija raspada 4,909 MeV):

energija emitovanih yahr čestica je 4,729 MeV (u 1,61% slučajeva), 4,784 MeV (u 13,2% slučajeva) i 4,824 MeV (u 84,4% slučajeva).

• - spontana podjela (vjerovatnoća
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada manja od 1,3*10_13%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 24 Ne (verovatnoća raspada 7,3-10-“%):

Lanac raspada od 2 zzi pripada seriji neptunija.

Specifična radioaktivnost 2 zi je 3,57-8 Bq/g, što odgovara a-aktivnosti (i radiotoksičnosti) od -15% plutonijuma. Samo 1% 2 3 2 U povećava radioaktivnost na 212 mCi/g.

Uran-234(Uran II, UII) dio prirodnog uranijuma (0,0055%), 2,445105 godina, a-emiter (energija a-čestica 4,777 (72%) i

4.723 (28%) MeV), izvorni radionuklidi: 2 h 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

kćerki izotop u 2 z”th.

Tipično, 234 U je u ravnoteži sa 2 h 8 u, raspada i formira se istom brzinom. Otprilike polovinu radioaktivnosti prirodnog uranijuma doprinosi 234U. Tipično, 234U se dobija jono-izmjenjivačkom hromatografijom starih preparata čistih 2 × 8 Pu. Tokom a-raspada, *zRi daje 2 34U, tako da su stari preparati od 2 h 8 Ru dobri izvori 2 34U. yuo g 238Pi sadrži nakon godinu dana 776 mg 2 34U, nakon 3 godine

2,2 g 2 34U. Koncentracija 2 34U u visoko obogaćenom uranijumu je prilično visoka zbog preferencijalnog obogaćivanja lakim izotopima. Budući da je 2 34u jak y-emiter, postoje ograničenja njegove koncentracije u uranijumu namijenjenom preradi u gorivo. Povećani nivoi 234i prihvatljivi su za reaktore, ali prerađeno istrošeno gorivo već sadrži neprihvatljive nivoe ovog izotopa.

Propadanje 234i se dešava u sljedećim smjerovima:

A-raspad na 2 3°T (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,857 MeV):

energija emitovanih alfa čestica je 4,722 MeV (u 28,4% slučajeva) i 4,775 MeV (u 71,4% slučajeva).

• - spontana podjela (vjerovatnoća 1,73-10-9%).
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada 1,4-10%, prema ostalim podacima 3,9-10%):

• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 4Ne i 26 Ne (verovatnoća raspada 9-10", 2%, prema ostalim podacima 2,3-10_11%):

Jedini poznati izomer je 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Poprečni presjek apsorpcije 2 34U termalnih neutrona je 100 barn, a za rezonantni integral prosječen za različite međuneutrone je 700 barn. Stoga se u reaktorima na termalnim neutronima pretvara u fisijski 235U bržom brzinom nego što se mnogo veća količina 238U (sa poprečnim presjekom od 2,7 barn) pretvara u 2 39Ru. Kao rezultat toga, istrošeno gorivo sadrži manje 2 34U od svježeg goriva.

Uran-235 pripada porodici 4P+3, sposoban da proizvede lančanu reakciju fisije. Ovo je prvi izotop u kojem je otkrivena reakcija prisilne nuklearne fisije pod utjecajem neutrona. Apsorbirajući neutron, 235U postaje 2 zbi, koji se dijeli na dva dijela, oslobađajući energiju i emitujući nekoliko neutrona. Fisibilan neutronima bilo koje energije i sposoban za spontanu fisiju, izotop 2 35U je dio prirodnog ufana (0,72%), a-emitera (energije 4,397 (57%) i 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 godina, matični nuklidi 2 35Pa, 2 35Np i 2 39Pu, kćerka - 23Th. Brzina spontane fisije 2 3su 0,16 fisije/s kg. Kada se jedno 2 35U jezgro fisije, oslobađa se 200 MeV energije = 3,210 p J, tj. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Presek fisije termalnim neutronima je 545 barna, a brzim neutronima - 1,22 barna, prinos neutrona: po aktu fisije - 2,5, po apsorbovanom neutronu - 2,08.

Komentar. Poprečni presjek za hvatanje sporog neutrona za proizvodnju izotopa 2 sii (oo barn), tako da je ukupni presjek spore apsorpcije neutrona 645 barn.

• - spontana fisija (vjerovatnoća 7*10~9%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 °Ne, 2 5Ne i 28 Mg (verovatnoće su 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10,0%):

Rice. 1.

Jedini poznati izomer je 2 35n»u (7/2 = 2b min).

Specifična aktivnost 2 35C 7,77-4 Bq/g. Kritična masa uranijuma za oružje (93,5% 2 35U) za loptu sa reflektorom je 15-7-23 kg.

Fisija 2 » 5U se koristi u atomskom oružju, za proizvodnju energije i za sintezu važnih aktinida. Lančana reakcija se održava viškom neutrona nastalih tokom fisije od 2 35C.

Uran-236 nalazi se prirodno na Zemlji u tragovima (ima ga više na Mjesecu), a-emiter (?

Rice. 2. Radioaktivna porodica 4/7+2 (uključujući -z 8 i).

U atomskom reaktoru, 2 sz apsorbuje termalni neutron, nakon čega se fisira s vjerovatnoćom od 82%, a sa vjerovatnoćom od 18% emituje y-kvant i pretvara se u 2 sb i (za 100 cijepanih jezgara 2 35U postoji su 22 formirana jezgra 2 3 6 U) . U malim količinama je dio svježeg goriva; akumulira se kada se uranijum ozrači neutronima u reaktoru, pa se stoga koristi kao “signalni uređaj” za istrošeno nuklearno gorivo. 2 hb i nastaje kao nusproizvod prilikom odvajanja izotopa difuzijom plina tokom regeneracije iskorištenog nuklearnog goriva. 236 U je neutronski otrov nastao u energetskom reaktoru; njegovo prisustvo u nuklearnom gorivu kompenzirano je visokim nivoom obogaćivanja 2 35 U.

2 z b i koristi se kao indikator miješanja okeanskih voda.

uran-237,T&= 6,75 dana, beta i gama emiter, može se dobiti nuklearnim reakcijama:

Detekcija 287 i izvršena duž linija sa Ey= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U se koristi u metodi radiotracera u hemijskim istraživanjima. Mjerenje koncentracije (2-4°Am) u ispadima iz testova atomskog oružja daje vrijedne informacije o vrsti punjenja i opremi koja se koristi.

Uran-238- pripada familiji 4P+2, fisilan je na neutronima visoke energije (više od 1,1 MeV), sposoban za spontanu fisiju, čini osnovu prirodnog uranijuma (99,27%), a-emiter, 7’; /2=4>468-109 godina, direktno se raspada u 2 34Th, formira niz genetski srodnih radionuklida, a nakon 18 produkata prelazi u 206 Rb. Čisti 2 3 8 U ima specifičnu radioaktivnost od 1,22-104 Bq. Period poluraspada je veoma dug - oko 10 16 godina, tako da je verovatnoća fisije u odnosu na glavni proces - emisiju alfa čestice - samo 10" 7. Jedan kilogram uranijuma daje samo 10 spontanih fisija u sekundi, a za isto vreme alfa čestice emituju 20 miliona jezgara.Matični nuklidi: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, ćerka T,/ 2 = 2 :i 4 Th.

Uran-238 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Među sekundarnim mineralima čest je hidratizirani kalcijum uranil fosfat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Često uranijum u mineralima prati i drugi korisni elementi - titan , tantal, rijetke zemlje. Stoga je prirodno težiti složenoj preradi ruda koje sadrže uranijum.

Osnovna fizička svojstva uranijuma: atomska masa 238,0289 amu. (g/mol); atomski radijus 138 pm (1 pm = 12 m); energija jonizacije (prvi elektron 7,11 eV; elektronska konfiguracija -5f36d‘7s 2; oksidaciona stanja 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2°; T t,1=3818°; gustina 19,05; specifični toplotni kapacitet 0,115 JDKmol); vlačna čvrstoća 450 MPa, toplota fuzije 12,6 kJ/mol, toplota isparavanja 417 kJ/mol, specifična toplota 0,115 J/(mol-K); molarni volumen 12,5 cm3/mol; karakteristična Debye temperatura © D =200K, temperatura prijelaza u supravodljivo stanje oko.68K.

Uranijum je težak, srebrno-bijeli, sjajni metal. Nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv, ima neznatna paramagnetna svojstva i piroforan je u obliku praha. Uranijum ima tri alotropna oblika: alfa (ortorombni, a-U, parametri rešetke 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilno do 667,7°), beta (tetragonalno, p-U, stabilno od 667,7 do 774,8°), gama (sa kubičnom telo centriranom rešetkom, y-U, postoji od 774,8° do = tačaka topljenja, frm ii34 0), pri čemu je uranijum najpogodniji za obradu.

Na sobnoj temperaturi, ortorombska a-faza je stabilna; prizmatična struktura se sastoji od valovitih atomskih slojeva paralelnih s ravninom ABC, u izuzetno asimetričnoj prizmatičnoj rešetki. Unutar slojeva atomi su čvrsto povezani, dok je jačina veza između atoma u susjednim slojevima znatno slabija (slika 4). Ova anizotropna struktura otežava legiranje uranijuma sa drugim metalima. Samo molibden i niobijum stvaraju legure čvrste faze sa uranijumom. Međutim, metalni uran može stupiti u interakciju s mnogim legurama, stvarajući intermetalne spojeve.

U opsegu 668^775° nalazi se (3-uran. Rešetka tetragonalnog tipa ima slojevitu strukturu sa slojevima paralelnim ravnini ab na pozicijama 1/4S, 1/2 With i 3/4C jedinične ćelije. Na temperaturama iznad 775° formira se y-uranijum sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo. Dodatak molibdena omogućava da y-faza bude prisutna na sobnoj temperaturi. Molibden formira širok spektar čvrstih rastvora sa y-uranijem i stabilizuje y-fazu na sobnoj temperaturi. y-Uranijum je mnogo mekši i savitljiviji od krhkih a- i (3-faza.

Neutronsko zračenje ima značajan utjecaj na fizička i mehanička svojstva uranijuma, uzrokujući povećanje veličine uzorka, promjenu oblika, kao i naglo pogoršanje mehaničkih svojstava (puzanje, krhkost) blokova uranijuma tokom rad nuklearnog reaktora. Povećanje zapremine je posledica akumulacije u uranijumu tokom fisije nečistoća elemenata manje gustine (prevod 1% uranijum u fragmentacione elemente povećava zapreminu za 3,4%).

Rice. 4. Neke kristalne strukture uranijuma: a - a-uranijum, b - p-uranijum.

Najčešći načini za dobijanje uranijuma u metalnom stanju su redukcija njegovih fluorida sa alkalnim ili zemnoalkalnim metalima ili elektroliza rastopljenih soli. Uranijum se takođe može dobiti metalotermnom redukcijom iz karbida sa volframom ili tantalom.

Sposobnost lakog odustajanja od elektrona određuje redukciona svojstva uranijuma i njegovu veću hemijsku aktivnost. Uranijum može stupiti u interakciju sa gotovo svim elementima osim plemenitih plinova, stičući oksidacijska stanja +2, +3, +4, +5, +6. U rastvoru glavna valencija je 6+.

Brzo oksidirajući na zraku, metalni uranijum je prekriven prelijevim filmom oksida. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu (na temperaturama od 1504-175°), formirajući i;) Ov. Na 1000°, uranijum se spaja sa azotom, formirajući žuti uranijum nitrid. Voda može reagirati s metalom, sporo na niskim temperaturama i brzo na visokim temperaturama. Uranijum burno reaguje sa kipućom vodom i parom da bi se oslobodio vodonik, koji sa uranijumom formira hidrid

Ova reakcija je energičnija od sagorevanja uranijuma u kiseoniku. Ova hemijska aktivnost uranijuma čini neophodnom da se uranijum u nuklearnim reaktorima zaštiti od kontakta sa vodom.

Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući U(IV) soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uranijum istiskuje vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao što su živa, srebro, bakar, kalaj, platina i zlato. Kada se snažno protresu, metalne čestice uranijuma počinju da sijaju.

Strukturne karakteristike elektronskih omotača atoma uranijuma (prisustvo ^/-elektrona) i neka njegova fizičko-hemijska svojstva služe kao osnova za klasifikovanje uranijuma kao člana serije aktinida. Međutim, postoji hemijska analogija između uranijuma i Cr, Mo i W. Uranijum je visoko reaktivan i reaguje sa svim elementima osim plemenitih gasova. U čvrstoj fazi, primjeri U(VI) su uranil trioksid U0 3 i uranil hlorid U0 2 C1 2. Uranijum tetrahlorid UC1 4 i uranijum dioksid U0 2

Primjeri za U(IV). Supstance koje sadrže U(IV) su obično nestabilne i postaju heksavalentne kada su duže izložene vazduhu.

U sistem uranijum-kiseonik ugrađeno je šest oksida: UO, U0 2, U 4 0 9 i 3 Ov, U0 3. Odlikuje ih širok raspon homogenosti. U0 2 je bazični oksid, dok je U0 3 amfoteričan. U0 3 - u interakciji s vodom formira niz hidrata, od kojih su najvažniji diuranska kiselina H 2 U 2 0 7 i uranska kiselina H 2 1U 4. Sa alkalijama, U0 3 formira soli ovih kiselina - uranate. Kada se U0 3 otopi u kiselinama, nastaju soli dvostruko nabijenog uranil katjona U0 2 a+.

Uran dioksid, U0 2, stehiometrijskog sastava je smeđe boje. Kako se sadržaj kisika u oksidu povećava, boja se mijenja iz tamno smeđe u crnu. Kristalna struktura tipa CaF 2, A = 0,547 nm; gustina 10,96 g/cm"* (najveća gustina među uranijum oksidima). , pl =2875 0 , Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Uranijum dioksid je poluvodič sa provodljivošću rupa i jakim paramagnetikom. MPC = o.015 mg/m3. Nerastvorljivo u vodi. Na temperaturi od -200° dodaje kiseonik, dostižući sastav U0 2>25.

Uranijum (IV) oksid se može dobiti sledećim reakcijama:

Uran dioksid pokazuje samo bazična svojstva, odgovara bazičnom hidroksidu U(OH) 4, koji se zatim pretvara u hidratisani hidroksid U0 2 H 2 0. Uran dioksid se polako otapa u jakim neoksidirajućim kiselinama u odsustvu atmosferskog kiseonika sa formiranje III+ jona:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)

Rastvorljiv je u koncentriranim kiselinama, a brzina rastvaranja se može značajno povećati dodavanjem jona fluora.

Kada se rastvori u dušičnoj kiselini, dolazi do stvaranja uranil jona 1O 2 2+:

Triuran oktaoksid U 3 0s (uranijev oksid) je prah čija boja varira od crne do tamnozelene; kada se jako zgnječi, postaje maslinastozelene boje. Veliki crni kristali ostavljaju zelene pruge na porculanu. Poznate su tri kristalne modifikacije U 3 0 h: a-U 3 C>8 - rombična kristalna struktura (prostorna grupa C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = o,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombična kristalna struktura (prostorna grupa Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Početak razlaganja je oooo° (prijelazi na 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 se može dobiti reakcijom:

Kalcinacijom U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ili (NH 4) 2 U 2 0 7 na 750 0 u zraku ili u atmosferi kisika ( p = 150+750 mmHg) dobiju stehiometrijski čist U 3 08.

Kada se U 3 0s kalcinira na T>oooo°, smanjuje se na 10 2 , ali se nakon hlađenja na zraku vraća u U 3 0s. U 3 0e se rastvara samo u koncentrisanim jakim kiselinama. U hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini nastaje mešavina U(IV) i U(VI), au azotnoj kiselini - uranil nitrat. Razrijeđena sumporna i hlorovodonična kiselina vrlo slabo reagiraju s U 3 Os čak i kada se zagrijavaju; dodatak oksidacijskih sredstava (dušična kiselina, piroluzit) naglo povećava brzinu rastvaranja. Koncentrovani H 2 S0 4 rastvara U 3 Os da bi formirao U(S0 4) 2 i U0 2 S0 4 . Dušična kiselina rastvara U 3 Oe da bi se formirao uranil nitrat.

Uranijum trioksid, U0 3 - kristalna ili amorfna supstanca jarko žute boje. Reaguje sa vodom. MPC = 0,075 mg/m3.

Dobija se kalciniranjem amonijum poliuranata, uranijum peroksida, uranil oksalata na 300-500° i uranil nitrata heksahidrata. Tako nastaje narandžasti prah amorfne strukture sa gustinom

6,8 g/cmz. Kristalni oblik IU 3 može se dobiti oksidacijom U 3 0 8 na temperaturama od 450°h-750° u protoku kiseonika. Postoji šest kristalnih modifikacija U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je higroskopan i na vlažnom vazduhu prelazi u uranil hidroksid. Njegovo zagrevanje na 520°-^6oo° daje jedinjenje sastava 1U 2>9, dalje zagrijavanje do 6oo° omogućava dobijanje U 3 Os.

Vodik, amonijak, ugljenik, alkalni i zemnoalkalni metali redukuju U0 3 do U0 2. Prilikom prolaska mješavine plinova HF i NH 3 nastaje UF 4. U višoj valentnosti, uranijum pokazuje amfoterna svojstva. Kada su izloženi kiselinama U0 3 ili njegovim hidratima, nastaju soli uranila (U0 2 2+), obojene žuto-zeleno:

Većina soli uranila je visoko rastvorljiva u vodi.

Kada se spoji sa alkalijama, U0 3 formira soli uranske kiseline - MDKH uranati:

Sa alkalnim rastvorima, uran-trioksid formira soli poliuranskih kiselina - poliuranata DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Soli uranske kiseline su praktično netopive u vodi.

Kisela svojstva U(VI) su manje izražena od baznih.

Uranijum reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi. Stabilnost viših halogenida opada od fluorida do jodida. Fluoridi UF 3, U4F17, U2F9 i UF 4 su neisparljivi, a UFe je isparljiv. Najvažniji fluoridi su UF 4 i UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart prema praksi:

Reakcija u fluidiziranom sloju se izvodi prema jednadžbi:

Moguće je koristiti sredstva za fluoriranje: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) ili CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranijum fluorid (1U) UF 4 („zelena so“) je prah plavkasto-zelkaste do smaragdne boje. G 11L = yuz6°; Gk,«.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Kristalna struktura je monoklinska (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; gustina 6,72 g/cm3. UF 4 je stabilno, neaktivno, neisparljivo jedinjenje, slabo rastvorljivo u vodi. Najbolji rastvarač za UF 4 je dima perhlorna kiselina HC10 4. Rastvara se u oksidirajućim kiselinama da nastane uranilna so, brzo se rastvara u vrućem rastvoru Al(N0 3) 3 ili AlCl 3, kao i u rastvoru borne kiseline zakiseljene sa H 2 S0 4, HC10 4 ili HC1 Kompleksirajuća sredstva koja vezuju jone fluora, na primjer, Fe3+, Al3+ ili borna kiselina, također doprinose rastvaranju UF 4. Sa fluoridima drugih metala stvara niz slabo rastvorljivih dvostrukih soli (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 itd.). NH 4 UF 5 je od industrijskog značaja.

U(IV) fluorid je međuproizvod u preparatu

i UF6 i metalni uranijum.

UF 4 se može dobiti reakcijama:

ili elektrolitičkom redukcijom uranil fluorida.

Uranijum heksafluorid UFe - na sobnoj temperaturi kristali boje slonovače sa visokim indeksom prelamanja. Gustina

5,09 g/cmz, gustina tečnog UFe - 3,63 g/cmz. Isparljivo jedinjenje. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (pod pritiskom). Pritisak zasićene pare dostiže atmosferu na 560°. Entalpija formiranja AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Kristalna struktura je ortorombna (prostorna grupa. Rpt; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o.5207 nm; d 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015 mg/m3. Iz čvrstog stanja, UF6 može sublimirati (sublimirati) u plin, zaobilazeći tečnu fazu u širokom rasponu pritisaka. Toplina sublimacije na 50 0 50 kJ/mg. Molekul nema dipolni moment, tako da se UF6 ne povezuje. UFr para je idealan gas.

Dobija se djelovanjem fluora na njegovo jedinjenje U:

Pored reakcija u gasnoj fazi, postoje i reakcije u tečnoj fazi

proizvodnju UF6 upotrebom halofluorida, na primjer

Postoji način da se UF6 dobije bez upotrebe fluora - oksidacijom UF 4:

UFe ne reaguje sa suvim vazduhom, kiseonikom, azotom i C0 2, ali u kontaktu sa vodom, čak i u tragovima, prolazi kroz hidrolizu:

U interakciji je s većinom metala, formirajući njihove fluoride, što otežava metode njegovog skladištenja. Pogodni materijali posuda za rad sa UF6 su: zagrejani Ni, Monel i Pt, na hladnom - takođe teflon, apsolutno suvi kvarc i staklo, bakar i aluminijum. Na temperaturama od 25-0°C formira kompleksna jedinjenja sa fluoridima alkalnih metala i srebra tipa 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Dobro se otapa u raznim organskim tečnostima, neorganskim kiselinama i svim halofluoridima. Inertan za sušenje 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr karakteriziraju reakcije redukcije s većinom čistih metala. UF6 snažno reaguje sa ugljovodonicima i drugim organskim materijama, tako da zatvoreni kontejneri sa UFe mogu eksplodirati. UF6 u opsegu od 25 -r100° formira kompleksne soli sa fluoridima alkalnih i drugih metala. Ovo svojstvo se koristi u tehnologiji selektivne ekstrakcije UF

Uranijum hidridi UH 2 i UH 3 zauzimaju međupoložaj između hidrida sličnih soli i hidrida tipa čvrstih rastvora vodonika u metalu.

Kada uranijum reaguje sa azotom, nastaju nitridi. Postoje četiri poznate faze u U-N sistemu: UN (uranijum nitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p- U 2 N 3 i UN If90. Nije moguće postići sastav UN 2 (dinitrid). Sinteze uranijum mononitrida UN su pouzdane i dobro kontrolisane, koje se najbolje izvode direktno iz elemenata. Uranijum nitridi su praškaste supstance, čija boja varira od tamnosive do sive; izgledaju kao metal. UN ima kubičnu kristalnu strukturu sa licem, poput NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14,324, 7^=2855°, stabilan u vakuumu do 1700 0. Dobiva se reakcijom U ili U hidrida sa N 2 ili NH 3 , razlaganje viših U nitrida na 1300° ili njihova redukcija metalnim uranijumom. U 2 N 3 je poznat u dvije polimorfne modifikacije: kubnoj a i heksagonalnoj p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), oslobađa N 2 u vakuumu iznad 8oo°. Dobija se redukcijom UN 2 vodonikom. UN2 dinitrid se sintetiše reakcijom U sa N2 pod visokim pritiskom N2. Uranijum nitridi su lako rastvorljivi u kiselinama i alkalnim rastvorima, ali se razlažu rastopljenim alkalijama.

Uranijum nitrid se dobija dvostepenom karbotermičnom redukcijom uranovog oksida:

Zagrijavanje u argonu na 7M450 0 10*20 sati

Uranijum nitrid sastava bliskog dinitridu, UN 2, može se dobiti izlaganjem UF 4 amonijaku na visokoj temperaturi i pritisku.

Uranijum dinitrid se raspada kada se zagrije:

Uranijum nitrid, obogaćen na 2 35 U, ima veću gustinu fisije, toplotnu provodljivost i tačku topljenja od uranijumovih oksida – tradicionalnog goriva modernih energetskih reaktora. Takođe ima dobra mehanička svojstva i stabilnost bolju od tradicionalnih goriva. Stoga se ovaj spoj smatra perspektivnom osnovom za nuklearno gorivo u reaktorima na brzim neutronima (nuklearni reaktori IV generacije).

Komentar. Veoma je korisno obogatiti UN za ‘5N, jer .4 N teži da uhvati neutrone, stvarajući radioaktivni izotop 14 C kroz (n,p) reakciju.

Uranijum karbid UC 2 (?-faza) je svetlosiva kristalna supstanca sa metalnim sjajem. U U-C sistemu (uranijum karbidi) postoje UC 2 (?-faza), UC 2 (b 2-faza), U 2 C 3 (e-faza), UC (b 2-faza) - uranijum karbidi. Uranijum dikarbid UC 2 može se dobiti reakcijama:

U + 2C^UC 2 (54v)

Uranijum karbidi se koriste kao gorivo za nuklearne reaktore, a obećavaju i kao gorivo za svemirske raketne motore.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Ulogu metala u ovoj soli ima uranil 2+ kation. Žuti kristali zelenkaste nijanse, lako rastvorljivi u vodi. Vodeni rastvor je kisel. Rastvorljiv u etanolu, acetonu i eteru, nerastvorljiv u benzenu, toluenu i hloroformu. Kada se zagreju, kristali se tope i oslobađaju HN0 3 i H 2 0. Kristalni hidrat se lako isparava na vazduhu. Karakteristična reakcija je da se pod dejstvom NH 3 formira žuti talog amonijum uranijuma.

Uranijum je sposoban da formira metalno-organska jedinjenja. Primjeri su ciklopentadienil derivati ​​sastava U(C 5 H 5) 4 i njihovi halogen-supstituirani u(C 5 H 5) 3 G ili u(C 5 H 5) 2 G 2.

U vodenim rastvorima, uranijum je najstabilniji u oksidacionom stanju U(VI) u obliku uranil jona U0 2 2+. U manjoj mjeri karakteriše ga U(IV) stanje, ali se može javiti čak i u U(III) obliku. Oksidacijsko stanje U(V) može postojati kao jon IO2+, ali se to stanje rijetko opaža zbog njegove sklonosti disproporcionalizaciji i hidrolizi.

U neutralnim i kiselim rastvorima U(VI) postoji u obliku U0 2 2+ - žutog uranil jona. Dobro rastvorljive soli uranila uključuju nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, hlorid U0 2 C1 2, fluor U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Ove soli se oslobađaju iz otopina u obliku kristalnih hidrata s različitim brojem molekula vode. Slabo rastvorljive soli uranila su: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfati U0 2 HP0., i UO2P2O4, amonijum uranil fosfat UO2NH4PO4, natrijum uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferocijanid) (U20). Uranilni jon karakteriše sklonost formiranju kompleksnih jedinjenja. Tako su poznati kompleksi sa jonima fluora tipa -, 4-; nitratni kompleksi' i 2 *; kompleksi sumporne kiseline 2" i 4-; karbonatni kompleksi 4" i 2" itd. Kada alkalije djeluju na rastvore soli uranila, oslobađaju se slabo rastvorljivi precipitati diuranata tipa Me 2 U 2 0 7 (monourati Me 2 U0 4 nisu izolovani iz rastvora, dobijaju se fuzijom uranijum oksida sa alkalijama).Poznati su poliuranati Me 2 U n 0 3 n+i (npr. Na 2 U60i 9).

U(VI) se redukuje u kiselim rastvorima u U(IV) gvožđem, cinkom, aluminijumom, natrijum hidrosulfitom i natrijum amalgamom. Rešenja su obojena zelenom bojom. Iz njih se talože alkalije hidroksid U0 2 (0H) 2, fluorovodonična kiselina - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalna kiselina - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Jon U 4+ ima tendenciju da formiraju manje komplekse od uranilnih jona.

Uran (IV) u rastvoru je u obliku U 4+ jona, koji su visoko hidrolizovani i hidratisani:

U kiselim rastvorima hidroliza je potisnuta.

Uran (VI) u rastvoru formira uranil oksokaciju - U0 2 2+ Poznata su brojna jedinjenja uranila, primeri kojih su: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH 4 ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, itd.

Hidrolizom uranil jona nastaje niz multinuklearnih kompleksa:

Daljnjom hidrolizom pojavljuju se U 3 0s(0H) 2, a zatim U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Za kvalitativnu detekciju uranijuma koriste se metode hemijske, luminiscentne, radiometrijske i spektralne analize. Hemijske metode se pretežno baziraju na stvaranju obojenih spojeva (na primjer, crveno-smeđa boja jedinjenja sa ferocianidom, žuta sa vodikovim peroksidom, plava sa arsenazo reagensom). Luminescentna metoda temelji se na sposobnosti mnogih spojeva uranijuma da proizvode žućkasto-zelenkasti sjaj kada su izloženi UV zracima.

Kvantitativno određivanje uranijuma se provodi različitim metodama. Najvažnije od njih su: volumetrijske metode, koje se sastoje od redukcije U(VI) do U(IV) praćene titracijom rastvorima oksidacionih sredstava; gravimetrijske metode - precipitacija uranata, peroksida, U(IV) kupferanata, hidroksikinolata, oksalata itd. nakon čega slijedi kalcinacija na 00° i vaganje U 3 0s; polarografske metode u rastvoru nitrata omogućavaju određivanje 10*7-g10-9 g uranijuma; brojne kolorimetrijske metode (npr. sa H 2 0 2 u alkalnoj sredini, sa arsenazo reagensom u prisustvu EDTA, sa dibenzoilmetanom, u obliku tiocijanatnog kompleksa, itd.); luminescentna metoda, koja omogućava određivanje kada je spojen sa NaF do Yu 11 g uranijum.

235U pripada grupi opasnosti od zračenja A, minimalna značajna aktivnost je MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 i - grupi D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

Uranijum je hemijski element porodice aktinida sa atomskim brojem 92. Najvažnije je nuklearno gorivo. Njegova koncentracija u zemljinoj kori je oko 2 dijela na milion. Važni minerali uranijuma uključuju uranijum oksid (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (kalijum uranil vanadat), otenit (kalijum uranil fosfat) i torbernit (vodeni bakar uranil fosfat). Ove i druge rude uranijuma su izvori nuklearnog goriva i sadrže mnogo puta više energije od svih poznatih rezervi fosilnih goriva. 1 kg uranijuma 92 U daje istu energiju kao 3 miliona kg uglja.

Istorija otkrića

Hemijski element uranijum je gust, tvrdi metal srebrno-bele boje. Nosljiv je, savitljiv i pogodan za poliranje. U zraku metal oksidira i, kada se zgnječi, zapali se. Relativno slabo provodi električnu energiju. Elektronska formula uranijuma je 7s2 6d1 5f3.

Iako je ovaj element 1789. godine otkrio njemački hemičar Martin Heinrich Klaproth, koji ga je nazvao po nedavno otkrivenoj planeti Uranu, sam metal je 1841. godine izolovao francuski hemičar Eugene-Melchior Peligot redukcijom iz uranijum tetrahlorida (UCl 4) sa kalijum.

Radioaktivnost

Kreiranje periodnog sistema od strane ruskog hemičara Dmitrija Mendeljejeva 1869. usmerilo je pažnju na uranijum kao najteži poznati element, koji je ostao sve do otkrića neptunija 1940. godine. Francuski fizičar Henri Bekerel je 1896. godine otkrio u njemu fenomen radioaktivnosti. Ovo svojstvo je kasnije pronađeno u mnogim drugim supstancama. Sada je poznato da se uranijum, radioaktivan u svim svojim izotopima, sastoji od mešavine 238 U (99,27%, poluraspada - 4.510.000.000 godina), 235 U (0.72%, poluraspada - 713.000.000 godina) i 2004 U (0. %, poluživot - 247.000 godina). Ovo omogućava, na primjer, određivanje starosti stijena i minerala radi proučavanja geoloških procesa i starosti Zemlje. Da bi to učinili, mjere količinu olova, koje je krajnji proizvod radioaktivnog raspada uranijuma. U ovom slučaju, 238 U je početni element, a 234 U je jedan od proizvoda. 235 U dovodi do serije raspada aktinija.

Otkriće lančane reakcije

Hemijski element uranijum postao je predmet širokog interesa i intenzivnog proučavanja nakon što su njemački hemičari Otto Hahn i Fritz Strassmann otkrili nuklearnu fisiju u njemu krajem 1938. godine kada je bombardiran sporim neutronima. Početkom 1939. italijansko-američki fizičar Enrico Fermi sugerirao je da među proizvodima atomske fisije mogu postojati elementarne čestice sposobne za generiranje lančane reakcije. Godine 1939. američki fizičari Leo Szilard i Herbert Anderson, kao i francuski hemičar Frederic Joliot-Curie i njihove kolege potvrdili su ovo predviđanje. Naknadne studije su pokazale da se u prosjeku oslobađa 2,5 neutrona kada se atom fisije. Ova otkrića su dovela do prve samoodržive nuklearne lančane reakcije (12.02.1942.), prve atomske bombe (16.07.1945.), njene prve upotrebe u ratu (06.08.1945.), prve nuklearne podmornice ( 1955) i prvu nuklearnu elektranu punog opsega (1957).

Stanja oksidacije

Hemijski element uranijum, kao jak elektropozitivan metal, reaguje sa vodom. Rastvara se u kiselinama, ali ne i u alkalijama. Važna oksidaciona stanja su +4 (kao u UO 2 oksidu, tetrahalidima kao što je UCl 4, i jon zelene vode U4+) i +6 (kao u UO 3 oksidu, UF 6 heksafluoridu i uranilnom jonu UO 2 2+). U vodenom rastvoru, uranijum je najstabilniji u sastavu uranil jona, koji ima linearnu strukturu [O = U = O] 2+. Element takođe ima stanja +3 i +5, ali su nestabilna. Crveni U 3+ sporo oksidira u vodi koja ne sadrži kiseonik. Boja jona UO 2+ je nepoznata jer je podvrgnut disproporcionalnosti (UO 2+ se redukuje u U 4+ i oksidira u UO 2 2+) čak iu vrlo razrijeđenim otopinama.

Nuklearno gorivo

Kada je izložen sporim neutronima, dolazi do fisije atoma uranijuma u relativno retkom izotopu 235 U. Ovo je jedini fisioni materijal koji se pojavljuje u prirodi i mora se odvojiti od izotopa 238 U. Međutim, nakon apsorpcije i negativnog beta raspada, uranijum -238 se pretvara u sintetički element plutonijum, koji se cijepa pod utjecajem sporih neutrona. Stoga se prirodni uranijum može koristiti u konverterskim i reaktorima za razmnožavanje, u kojima je fisija podržana rijetkim 235 U, a plutonij se proizvodi istovremeno s transmutacijom 238 U. Fisijski 233 U može se sintetizirati iz široko rasprostranjenog prirodnog izotopa torija-232 za upotrebu kao nuklearno gorivo. Uran je također važan kao primarni materijal iz kojeg se dobivaju sintetički transuranijski elementi.

Druge upotrebe uranijuma

Jedinjenja hemijskog elementa su se ranije koristila kao boje za keramiku. Heksafluorid (UF 6) je čvrsta supstanca sa neobično visokim pritiskom pare (0,15 atm = 15,300 Pa) na 25 °C. UF 6 je hemijski veoma reaktivan, ali uprkos svojoj korozivnoj prirodi u stanju pare, UF 6 se široko koristi u metodama gasne difuzije i gasne centrifuge za proizvodnju obogaćenog uranijuma.

Organometalna jedinjenja su zanimljiva i važna grupa jedinjenja u kojoj veze metal-ugljik povezuju metal sa organskim grupama. Uranocen je organouransko jedinjenje U(C 8 H 8) 2 u kojem je atom uranijuma stisnut između dva sloja organskih prstenova povezanih sa ciklooktatetraenom C 8 H 8. Njegovo otkriće 1968. otvorilo je novo polje organometalne hemije.

Osiromašeni prirodni uranijum se koristi kao zaštita od zračenja, balast, u oklopnim granatama i oklopima tenkova.

Reciklaža

Hemijski element, iako vrlo gust (19,1 g/cm3), relativno je slaba, nezapaljiva supstanca. Zaista, čini se da metalna svojstva uranijuma postavljaju negdje između srebra i drugih pravih metala i nemetala, tako da se ne koristi kao strukturni materijal. Glavna vrijednost uranijuma leži u radioaktivnim svojstvima njegovih izotopa i njihovoj sposobnosti fisije. U prirodi, gotovo sav (99,27%) metal se sastoji od 238 U. Ostatak je 235 U (0,72%) i 234 U (0,006%). Od ovih prirodnih izotopa, samo 235 U se direktno cijepa neutronskim zračenjem. Međutim, kada se apsorbira, 238 U formira 239 U, koji se na kraju raspada u 239 Pu, fisioni materijal od velike važnosti za nuklearnu energiju i nuklearno oružje. Drugi fisijski izotop, 233 U, može se formirati neutronskim zračenjem 232 Th.

Kristalne forme

Karakteristike uranijuma uzrokuju da on reagira s kisikom i dušikom čak i pod normalnim uvjetima. Na višim temperaturama reaguje sa širokim spektrom legirajućih metala i formira intermetalne spojeve. Stvaranje čvrstih otopina s drugim metalima je rijetko zbog posebnih kristalnih struktura koje formiraju atomi elementa. Između sobne temperature i tačke topljenja od 1132 °C, metalni uranijum postoji u 3 kristalna oblika poznata kao alfa (α), beta (β) i gama (γ). Transformacija iz α- u β-stanje događa se na 668 °C i iz β u γ na 775 °C. γ-uranijum ima kubičnu kristalnu strukturu usredsređenu na telo, dok β ima tetragonalnu kristalnu strukturu. α faza se sastoji od slojeva atoma u visoko simetričnoj ortorombskoj strukturi. Ova anizotropna izobličena struktura sprečava atome legiranog metala da zamene atome uranijuma ili da zauzmu prostor između njih u kristalnoj rešetki. Utvrđeno je da samo molibden i niobij formiraju čvrste otopine.

Ore

Zemljina kora sadrži oko 2 promila uranijuma, što ukazuje na njegovu raširenu pojavu u prirodi. Procjenjuje se da oceani sadrže 4,5 × 10 9 tona ovog hemijskog elementa. Uranijum je važan sastojak više od 150 različitih minerala i sporedna komponenta još 50. Primarni minerali koji se nalaze u magmatskim hidrotermalnim venama i pegmatitima uključuju uraninit i njegovu varijantu smole. U ovim rudama element se javlja u obliku dioksida, koji zbog oksidacije može biti u rasponu od UO 2 do UO 2,67. Ostali ekonomski značajni proizvodi iz rudnika urana su autunit (hidratisani kalcijum uranil fosfat), tobernit (hidratisani bakar uranil fosfat), kofinit (crni hidratizovani uranijum silikat) i karnotit (hidratisani kalijum uranil vanadat).

Procjenjuje se da se više od 90% poznatih jeftinih rezervi uranijuma nalazi u Australiji, Kazahstanu, Kanadi, Rusiji, Južnoj Africi, Nigeru, Namibiji, Brazilu, Kini, Mongoliji i Uzbekistanu. Velike naslage nalaze se u konglomeratnim stijenama jezera Elliot, koje se nalazi sjeverno od jezera Huron u Ontariju, Kanada, i u južnoafričkom rudniku zlata Witwatersrand. Peščane formacije na visoravni Kolorado i basenu Vajominga na zapadu Sjedinjenih Država takođe sadrže značajne rezerve uranijuma.

Proizvodnja

Rude uranijuma nalaze se iu prizemnim i dubokim (300-1200 m) ležištima. Pod zemljom, debljina sloja dostiže 30 m. Kao iu slučaju ruda drugih metala, uran se kopa na površini pomoću velike opreme za zemljane radove, a razrada dubokih ležišta vrši se tradicionalnim metodama vertikalnog i kosog mine. Svjetska proizvodnja koncentrata uranijuma u 2013. iznosila je 70 hiljada tona Najproduktivniji rudnici uranijuma nalaze se u Kazahstanu (32% ukupne proizvodnje), Kanadi, Australiji, Nigeru, Namibiji, Uzbekistanu i Rusiji.

Uranijumske rude obično sadrže samo male količine minerala koji sadrže uranijum i ne mogu se topiti direktnim pirometalurškim metodama. Umjesto toga, za ekstrakciju i prečišćavanje uranijuma moraju se koristiti hidrometalurški postupci. Povećanje koncentracije značajno smanjuje opterećenje na krugovima obrade, ali nijedna od konvencionalnih metoda obogaćivanja koje se obično koriste za obradu minerala, kao što su gravitacija, flotacija, elektrostatičko, pa čak i ručno sortiranje, nije primjenjiva. Uz nekoliko izuzetaka, ove metode rezultiraju značajnim gubitkom uranijuma.

Burning

Hidrometalurškoj preradi ruda uranijuma često prethodi faza kalcinacije na visokim temperaturama. Pečenje dehidrira glinu, uklanja ugljične materijale, oksidira jedinjenja sumpora u bezopasne sulfate i oksidira sve druge redukcijske agense koji mogu ometati kasniju obradu.

Leaching

Uran se ekstrahuje iz prženih ruda i kiselim i alkalnim vodenim rastvorima. Da bi svi sistemi za luženje uspješno funkcionisali, hemijski element mora ili u početku biti prisutan u stabilnijem heksavalentnom obliku ili biti oksidiran u ovo stanje tokom obrade.

Kiselinsko luženje se obično izvodi miješanjem mješavine rude i sredstva za izlučivanje 4-48 sati na sobnoj temperaturi. Osim u posebnim okolnostima, koristi se sumporna kiselina. Isporučuje se u količinama dovoljnim da se dobije konačna tečnost pri pH od 1,5. Šeme luženja sumporne kiseline obično koriste ili mangan dioksid ili hlorat za oksidaciju tetravalentnog U4+ u heksavalentni uranil (UO22+). Obično je otprilike 5 kg mangan-dioksida ili 1,5 kg natrijum-hlorata po toni dovoljno za oksidaciju U 4+. U oba slučaja, oksidovani uranijum reaguje sa sumpornom kiselinom da bi se formirao anion kompleksa uranil sulfata 4-.

Ruda koja sadrži značajne količine esencijalnih minerala kao što su kalcit ili dolomit ispire se 0,5-1 molarnim rastvorom natrijum karbonata. Iako su različiti reagensi proučavani i testirani, glavni oksidacijski agens za uran je kisik. Obično se ruda luži na vazduhu pri atmosferskom pritisku i na temperaturi od 75-80 °C tokom perioda koji zavisi od specifičnog hemijskog sastava. Alkalija reaguje sa uranijumom i formira lako rastvorljivi kompleksni jon 4-.

Otopine nastale ispiranjem kiseline ili karbonata moraju se razbistriti prije daljnje obrade. Odvajanje gline i drugih rudnih mulja velikih razmjera postiže se upotrebom efikasnih flokulirajućih agenasa, uključujući poliakrilamide, guar gumu i životinjsko ljepilo.

Ekstrakcija

4- i 4- kompleksni joni mogu se sorbirati iz njihovih odgovarajućih rastvora smole za izmjenjivanje jona. Ove specijalne smole, koje karakteriše njihova kinetika adsorpcije i elucije, veličina čestica, stabilnost i hidraulička svojstva, mogu se koristiti u različitim tehnologijama obrade, kao što su fiksni sloj, pokretni sloj, korpa smola i kontinuirana smola. Obično se za eluiranje sorbiranog uranijuma koriste otopine natrijum hlorida i amonijaka ili nitrata.

Uran se može izolovati iz kiselih rudnih tečnosti ekstrakcijom rastvaračem. Alkilfosforne kiseline, kao i sekundarni i tercijarni alkilamini se koriste u industriji. Općenito, ekstrakcija rastvaračem je poželjnija u odnosu na metode jonske izmjene za kisele filtrate koji sadrže više od 1 g/L uranijuma. Međutim, ova metoda nije primjenjiva na karbonatno ispiranje.

Uranijum se zatim pročišćava otapanjem u azotnoj kiselini kako bi se formirao uranil nitrat, ekstrahuje, kristalizuje i kalcinira da se formira UO 3 trioksid. Redukovani dioksid UO2 reaguje sa fluorovodikom da nastane tetafluorid UF4, iz kojeg se metalni uranijum redukuje magnezijumom ili kalcijumom na temperaturi od 1300 °C.

Tetrafluorid se može fluorirati na 350 °C da bi se formirao UF 6 heksafluorid, koji se koristi za odvajanje obogaćenog uranijuma-235 plinovitom difuzijom, plinskim centrifugiranjem ili tečnom termalnom difuzijom.

Članak govori o tome kada je otkriven kemijski element uranijum i u kojim se industrijama ova tvar koristi u naše vrijeme.

Uranijum je hemijski element energetske i vojne industrije

U svakom trenutku ljudi su se trudili da pronađu visoko efikasne izvore energije, au idealnom slučaju, da stvore tzv.. Nažalost, nemogućnost njegovog postojanja je teorijski dokazana i opravdana još u 19. veku, ali naučnici još uvek nikada nisu gubili nadu da će to shvatiti. san o nekoj vrsti uređaja koji bi bio sposoban da isporučuje velike količine „čiste“ energije veoma dugo.

To je djelomično ostvareno otkrićem takve supstance kao što je uranijum. Hemijski element s ovim imenom činio je osnovu za razvoj nuklearnih reaktora, koji u naše vrijeme daju energiju cijelim gradovima, podmornicama, polarnim brodovima itd. Istina, njihova energija se ne može nazvati "čistom", ali posljednjih godina mnoge kompanije razvijaju kompaktne "atomske baterije" na bazi tritijuma za široku prodaju - nemaju pokretne dijelove i sigurne su za zdravlje.

Međutim, u ovom članku ćemo detaljno ispitati povijest otkrića kemijskog elementa zvanog uranijum i reakciju fisije njegovih jezgri.

Definicija

Uranijum je hemijski element koji ima atomski broj 92 u periodnom sistemu. Njegova atomska masa je 238.029. Označen je simbolom U. U normalnim uslovima, to je gust, teški metal srebrnaste boje. Ako govorimo o njegovoj radioaktivnosti, onda je sam uranijum element sa slabom radioaktivnošću. Takođe ne sadrži potpuno stabilne izotope. A najstabilniji od postojećih izotopa smatra se uranijum-338.

Shvatili smo šta je ovaj element, a sada ćemo pogledati istoriju njegovog otkrića.

Priča

Supstanca poput prirodnog uran-oksida poznata je ljudima od davnina, a stari majstori od nje su pravili glazuru kojom su prekrivali razne keramike, vodootporne posude i druge proizvode, kao i njihovu dekoraciju.

Važan datum u istoriji otkrića ovog hemijskog elementa je 1789. Tada je hemičar i Nemac po rođenju Martin Klaproth uspeo da dobije prvi metalni uranijum. A novi element je dobio ime u čast planete otkrivene osam godina ranije.

Skoro 50 godina uranijum koji je tada dobijen smatran je čistim metalom, međutim, 1840. godine francuski hemičar Eugene-Melchior Peligo je uspeo da dokaže da materijal dobijen od Klaprota, uprkos odgovarajućim spoljnim znakovima, nije metal na sve osim uranijum oksida. Nešto kasnije, isti Peligo je dobio pravi uranijum - vrlo težak sivi metal. Tada je prvi put određena atomska težina takve tvari kao što je uran. Hemijski element je 1874. godine stavio Dmitrij Mendeljejev u svoj čuveni periodni sistem elemenata, pri čemu je Mendeljejev udvostručio atomsku težinu supstance. I samo 12 godina kasnije eksperimentalno je dokazano da nije pogriješio u svojim proračunima.

Radioaktivnost

Ali istinski rašireno zanimanje za ovaj element u naučnim krugovima počelo je 1896. godine, kada je Becquerel otkrio činjenicu da uranijum emituje zrake, koje su po istraživaču dobile ime - Becquerelove zrake. Kasnije je jedan od najpoznatijih naučnika u ovoj oblasti, Marie Curie, ovu pojavu nazvala radioaktivnošću.

Sljedeći važan datum u proučavanju uranijuma smatra se 1899. godina: tada je Rutherford otkrio da je zračenje uranijuma nehomogeno i da se dijeli na dvije vrste - alfa i beta zrake. Godinu dana kasnije, Paul Villar (Villard) otkrio je treću i posljednju vrstu radioaktivnog zračenja koja nam je danas poznata - takozvane gama zrake.

Sedam godina kasnije, 1906. godine, Rutherford je, na osnovu svoje teorije radioaktivnosti, izveo prve eksperimente, čija je svrha bila da se utvrdi starost različitih minerala. Ove studije su postavile temelje, između ostalog, za formiranje teorije i prakse

Nuklearna fisija urana

Ali, vjerovatno, najvažnije otkriće, zahvaljujući kojem je počelo rasprostranjeno rudarenje i obogaćivanje uranijuma u miroljubive i vojne svrhe, je proces fisije jezgri uranijuma. To se dogodilo 1938. godine, a otkriće su izveli njemački fizičari Otto Hahn i Fritz Strassmann. Kasnije je ova teorija dobila naučnu potvrdu u radovima još nekoliko njemačkih fizičara.

Suština mehanizma koji su otkrili bila je sljedeća: ako zračite jezgro izotopa uranijuma-235 neutronom, tada, hvatajući slobodni neutron, počinje se fisirati. I, kao što svi sada znamo, ovaj proces je praćen oslobađanjem kolosalne količine energije. To se događa uglavnom zbog kinetičke energije samog zračenja i fragmenata jezgra. Dakle, sada znamo kako dolazi do fisije jezgara uranijuma.

Otkriće ovog mehanizma i njegovi rezultati su početna tačka za upotrebu uranijuma u miroljubive i vojne svrhe.

Ako govorimo o njegovoj upotrebi u vojne svrhe, tada je po prvi put postojala teorija da je moguće stvoriti uvjete za takav proces kao što je kontinuirana reakcija fisije jezgre uranijuma (budući da je za detonaciju nuklearne bombe potrebna ogromna energija). dokazali su sovjetski fizičari Zeldovich i Khariton. Ali da bi se stvorila takva reakcija, uranijum mora biti obogaćen, jer u svom normalnom stanju ne posjeduje potrebna svojstva.

Upoznali smo se sa istorijom ovog elementa, a sada da shvatimo gdje se koristi.

Primjena i vrste izotopa uranijuma

Nakon otkrića procesa kao što je reakcija lančane fisije uranijuma, fizičari su se suočili s pitanjem gdje se može koristiti?

Trenutno postoje dva glavna područja u kojima se koriste izotopi uranijuma. To su miroljubiva (ili energetska) industrija i vojska. I prvi i drugi koriste reakciju izotopa uranijuma-235, samo se izlazna snaga razlikuje. Jednostavno rečeno, u nuklearnom reaktoru nema potrebe stvarati i održavati ovaj proces istom snagom koja je potrebna za eksploziju nuklearne bombe.

Dakle, navedene su glavne industrije koje koriste reakciju fisije uranijuma.

Ali dobijanje izotopa uranijuma-235 je neobično složen i skup tehnološki zadatak i ne može svaka država priuštiti izgradnju tvornica za obogaćivanje. Na primjer, da bi se dobilo dvadeset tona uranijumskog goriva, u kojem će sadržaj izotopa uranijuma 235 biti od 3-5%, biće potrebno obogatiti više od 153 tone prirodnog, “sirovog” uranijuma.

Izotop urana-238 se uglavnom koristi u dizajnu nuklearnog oružja za povećanje njegove snage. Takođe, kada uhvati neutron sa naknadnim procesom beta raspada, ovaj izotop se na kraju može pretvoriti u plutonijum-239, uobičajeno gorivo za većinu modernih nuklearnih reaktora.

Unatoč svim nedostacima takvih reaktora (visoka cijena, teškoća održavanja, opasnost od nesreće), njihov rad se vrlo brzo isplati, a proizvode neuporedivo više energije od klasičnih termo ili hidroelektrana.

Reakcija je također omogućila stvaranje nuklearnog oružja za masovno uništenje. Odlikuje se svojom ogromnom snagom, relativnom kompaktnošću i činjenicom da je u stanju da velike površine zemljišta učini neprikladnim za život ljudi. Istina, moderno atomsko oružje koristi plutonijum, a ne uranijum.

Osiromašeni uranijum

Postoji i vrsta uranijuma koji se zove osiromašeni. Ima vrlo nizak nivo radioaktivnosti, što znači da nije opasan za ljude. Ponovo se koristi u vojnoj sferi, na primjer, dodaje se oklopu američkog tenka Abrams kako bi mu dao dodatnu snagu. Osim toga, u gotovo svim visokotehnološkim vojskama možete pronaći razne.Osim velike mase, imaju još jedno vrlo zanimljivo svojstvo - nakon uništenja projektila, njegovi fragmenti i metalna prašina se spontano zapale. I usput, takav projektil je prvi put korišten tokom Drugog svjetskog rata. Kao što vidimo, uranijum je element koji je našao primenu u raznim oblastima ljudske aktivnosti.

Zaključak

Prema predviđanjima naučnika, oko 2030. godine sva velika nalazišta uranijuma će biti potpuno iscrpljena, nakon čega će početi razvoj njegovih teško dostupnih slojeva i cijena će rasti. Inače, sam je apsolutno bezopasan za ljude - neki rudari rade na njegovom vađenju čitavim generacijama. Sada razumijemo povijest otkrića ovog kemijskog elementa i kako se koristi reakcija fisije njegovih jezgara.

Inače, poznata je zanimljiva činjenica - spojevi uranijuma su se dugo koristili kao boje za porculan i staklo (tzv. do 1950-ih godina).

Uran je jedan od teških metalnih elemenata periodnog sistema. Uranijum se široko koristi u energetskoj i vojnoj industriji. U periodnom sistemu može se naći na broju 92 i označen je latiničnim slovom U sa masenim brojem 238.

Kako je otkriven Uran

Općenito, takav hemijski element kao što je uranijum poznat je jako dugo. Poznato je da je i prije naše ere prirodni uran oksid korišten za pravljenje žute glazure za keramiku. Otkriće ovog elementa može se pratiti do 1789. godine, kada je njemački hemičar po imenu Martin Heinrich Klaproth iz rude izvukao materijal nalik crnom metalu. Martin je odlučio nazvati ovaj materijal Uran kako bi podržao ime novootkrivene planete istog imena (planeta Uran je otkrivena iste godine). Godine 1840. otkriveno je da se ovaj materijal, koji je otkrio Klaproth, pokazao kao uranijum oksid, uprkos karakterističnom metalnom sjaju. Eugene Melchior Peligot je sintetizirao atomski uranijum iz oksida i odredio njegovu atomsku težinu na 120 AJ, a 1874. Mendeljejev je udvostručio ovu vrijednost, smjestivši je u najudaljeniju ćeliju svoje tablice. Samo 12 godina kasnije, Mendeljejevljevu odluku da udvostruči masu potvrdili su eksperimenti njemačkog hemičara Zimmermanna.

Gdje i kako se kopa uranijum?

Uranijum je prilično čest element, ali je uobičajen u obliku rude uranijuma. Da biste razumjeli, njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,00027% ukupne mase Zemlje. Uranijumska ruda se obično nalazi u kiselim mineralnim stijenama s visokim sadržajem silicija. Glavne vrste uranijumskih ruda su smola, karnotit, kazolit i samarskit. Najveće rezerve ruda uranijuma, uzimajući u obzir rezervna ležišta, nalaze se u zemljama poput Australije, Rusije i Kazahstana, a od svih njih Kazahstan zauzima vodeću poziciju. Vađenje uranijuma je veoma težak i skup postupak. Ne mogu si sve zemlje priuštiti rudarenje i sintetizaciju čistog uranijuma. Tehnologija proizvodnje je sljedeća: ruda ili minerali se kopaju u rudnicima, uporedivi sa zlatom ili dragim kamenjem. Iskopane stijene se drobe i miješaju s vodom kako bi se uranijska prašina odvojila od ostatka. Uranijumska prašina je veoma teška i stoga se taloži brže od drugih. Sljedeći korak je pročišćavanje uranijumske prašine iz drugih stijena kiselim ili alkalnim ispiranjem. Procedura izgleda otprilike ovako: smjesa uranijuma se zagrijava na 150 °C i pod pritiskom se dovodi čisti kisik. Kao rezultat, nastaje sumporna kiselina, koja pročišćava uranijum od drugih nečistoća. Pa, u završnoj fazi se biraju čestice čistog uranijuma. Osim uranijumske prašine, tu su i drugi korisni minerali.

Opasnost od radioaktivnog zračenja uranijuma

Svima je poznat pojam radioaktivnog zračenja i činjenica da ono uzrokuje nepopravljivu štetu zdravlju, što dovodi do smrti. Uranijum je jedan od takvih elemenata koji, pod određenim uslovima, može osloboditi radioaktivno zračenje. U slobodnom obliku, ovisno o svojoj raznolikosti, može emitovati alfa i beta zrake. Alfa zraci ne predstavljaju veliku opasnost za ljude ako je zračenje vanjsko, jer ovo zračenje ima malu prodornu sposobnost, ali kada uđu u tijelo nanose nepopravljivu štetu. Čak je i list papira dovoljan da sadrži vanjske alfa zrake. Sa beta zračenjem stvari su ozbiljnije, ali ne mnogo. Prodorna moć beta zračenja je veća od one alfa zračenja, ali će biti potrebno 3-5 mm tkiva da sadrži beta zračenje. Možete li mi reći kako je ovo? Uranijum je radioaktivni element koji se koristi u nuklearnom oružju! Tako je, koristi se u nuklearnom oružju koje nanosi ogromnu štetu svim živim bićima. Jednostavno, kada nuklearna bojeva glava detonira, glavnu štetu živim organizmima uzrokuje gama zračenje i tok neutrona. Ove vrste zračenja nastaju kao rezultat termonuklearne reakcije prilikom eksplozije bojeve glave, koja uklanja čestice uranijuma iz stabilnog stanja i uništava sav život na zemlji.

Sorte uranijuma

Kao što je gore spomenuto, uranijum ima nekoliko varijanti. Raznolikosti podrazumijevaju prisustvo izotopa, tako da razumijete, izotopi podrazumijevaju iste elemente, ali s različitim masenim brojevima.

Dakle, postoje dvije vrste:

1. Prirodno;
2. Artificial;

Kao što ste možda pretpostavili, prirodni je onaj koji se kopa iz zemlje, a vještački stvaraju ljudi sami. Prirodni izotopi uključuju izotope uranijuma sa masenim brojevima 238, 235 i 234. Štaviše, U-234 je kćerka U-238, odnosno prvi se dobija raspadom drugog u prirodnim uslovima. Druga grupa izotopa, koji su stvoreni veštački, imaju masene brojeve od 217 do 242. Svaki od izotopa ima različita svojstva i karakteriše ga različito ponašanje u određenim uslovima. U zavisnosti od potreba, nuklearni znanstvenici pokušavaju pronaći sve vrste rješenja problema, jer svaki izotop ima različitu energetsku vrijednost.

Poluživot

Kao što je već spomenuto, svaki od izotopa uranijuma ima različitu energetsku vrijednost i različita svojstva, od kojih je jedno vrijeme poluraspada. Da biste razumjeli šta je to, morate početi sa definicijom. Vrijeme poluraspada je vrijeme tokom kojeg se broj radioaktivnih atoma smanji za polovicu. Poluživot utiče na mnoge faktore, na primjer na njegovu energetsku vrijednost ili potpuno pročišćavanje. Ako uzmemo ovo posljednje kao primjer, možemo izračunati koliko će vremena biti potrebno da se potpuno očisti radioaktivna kontaminacija zemlje. Poluživot izotopa uranijuma:

Kao što se može vidjeti iz tabele, vrijeme poluraspada izotopa varira od minuta do stotina miliona godina. Svaki od njih nalazi primjenu u različitim područjima života ljudi.

Aplikacija

Upotreba uranijuma je veoma rasprostranjena u mnogim oblastima delatnosti, ali je od najveće vrednosti u energetskom i vojnom sektoru. Izotop U-235 je od najvećeg interesa. Njegova prednost je u tome što je sposoban samostalno održavati nuklearnu lančanu reakciju, koja se široko koristi u vojnim poslovima za proizvodnju nuklearnog oružja i kao gorivo u nuklearnim reaktorima. Osim toga, uranijum se široko koristi u geologiji za određivanje starosti minerala i stijena, kao i za određivanje toka geoloških procesa. U automobilskoj i avionskoj industriji, osiromašeni uranijum se koristi kao protivteg i element za centriranje. Primjena je pronađena i u slikarstvu, tačnije kao boja za porculan i za proizvodnju keramičkih glazura i emajla. Još jedna zanimljiva stvar može se smatrati korištenjem osiromašenog uranijuma za zaštitu od radioaktivnog zračenja, koliko god to čudno zvučalo.