Στοιχείο ουρανίου. Ιδιότητες, εξόρυξη, εφαρμογή και τιμή ουρανίου. Ουράνιο, χημικό στοιχείο: ιστορία ανακάλυψης και αντίδραση πυρηνικής σχάσης

Ιστορία

Ακόμη και στην αρχαιότητα (1ος αιώνας π.Χ.), το φυσικό ουράνιο χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή κίτρινου λούστρου.

Το ουράνιο ανακαλύφθηκε το 1789 από τον Γερμανό χημικό Μάρτιν Χάινριχ Κλάπροθ κατά τη μελέτη του ορυκτού ("πίσσα ουρανίου"). Ονομάστηκε προς τιμή του ουρανίου, που ανακαλύφθηκε το 1781. Σε μεταλλική κατάσταση, το ουράνιο ελήφθη το 1841 από τον Γάλλο χημικό Eugene Peligot κατά την αναγωγή του UCl 4 με μέταλλο κάλιο. Το ουράνιο ανακαλύφθηκε το 1896 από έναν Γάλλο. Αρχικά, στο ουράνιο ανατέθηκε το 116, αλλά το 1871 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι έπρεπε να διπλασιαστεί. Μετά την ανακάλυψη στοιχείων με ατομικούς αριθμούς από το 90 έως το 103, ο Αμερικανός χημικός G. Seaborg κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτά τα στοιχεία () τοποθετούνται πιο σωστά στον περιοδικό πίνακα στο ίδιο κελί με τον αριθμό στοιχείου 89. Αυτή η διάταξη οφείλεται στο γεγονός ότι στις ακτινίδες ολοκληρώνεται το υποεπίπεδο ηλεκτρονίων 5f.

Όντας στη φύση

Το ουράνιο είναι χαρακτηριστικό στοιχείο για το στρώμα γρανίτη και το ιζηματογενές κέλυφος του φλοιού της γης. Η περιεκτικότητα στον φλοιό της γης είναι 2,5 10 -4% κατά βάρος. Στο θαλασσινό νερό, η συγκέντρωση ουρανίου είναι μικρότερη από 10 -9 g/l· συνολικά, το θαλασσινό νερό περιέχει από 10 9 έως 10 10 τόνους ουρανίου. Το ουράνιο δεν βρίσκεται σε ελεύθερη μορφή στον φλοιό της γης. Είναι γνωστά περίπου 100 ορυκτά ουρανίου, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι το U 3 O 8, ο ουρανίτης (U, Th) O 2, το μετάλλευμα ρητίνης ουρανίου (περιέχει οξείδια ουρανίου ποικίλης σύνθεσης) και ο tyuyamunite Ca[(UO 2) 2 (VO 4 ) 2] 8Η2Ο.

Ισότοπα

Το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων: 238 U - 99,2739%, χρόνος ημιζωής T 1 / 2 = 4,51 Ї 10 9 έτη, 235 U - 0,7024% (T 1 / 2 = 7,13 Ї 10 8 8 έτη) και 2 - 0,0057% (T 1 / 2 = 2,48Ї10 5 έτη).

Υπάρχουν 11 γνωστά τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα με μαζικούς αριθμούς από 227 έως 240.

Η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής - 233 U (T 1 / 2 = 1,62/10 5 χρόνια) λαμβάνεται με ακτινοβολία θορίου με νετρόνια.

Τα ισότοπα ουρανίου 238 U και 235 U είναι οι πρόγονοι δύο ραδιενεργών σειρών.

Παραλαβή

Το πρώτο στάδιο της παραγωγής ουρανίου είναι η συγκέντρωση. Ο βράχος συνθλίβεται και αναμιγνύεται με νερό. Τα βαριά εξαρτήματα της ανάρτησης καθιζάνουν πιο γρήγορα. Εάν ο βράχος περιέχει πρωτογενή ορυκτά ουρανίου, καθιζάνουν γρήγορα: αυτά είναι βαριά ορυκτά. Τα δευτερεύοντα ορυκτά του στοιχείου Νο. 92 είναι ελαφρύτερα, οπότε το βαρύ γκάζι εγκαθίσταται νωρίτερα. (Ωστόσο, δεν είναι πάντα πραγματικά άδειο· μπορεί να περιέχει πολλά χρήσιμα στοιχεία, συμπεριλαμβανομένου του ουρανίου).

Το επόμενο στάδιο είναι η έκπλυση των συμπυκνωμάτων, η μεταφορά του στοιχείου Νο. 92 στο διάλυμα. Χρησιμοποιείται όξινη και αλκαλική έκπλυση. Το πρώτο είναι φθηνότερο, αφού χρησιμοποιούν ουράνιο για την εξαγωγή ουρανίου. Αλλά εάν στην πρώτη ύλη, όπως το ουράνιο πίσσα, το ουράνιο είναι σε τετρασθενή κατάσταση, τότε αυτή η μέθοδος δεν είναι εφαρμόσιμη: το τετρασθενές ουράνιο είναι πρακτικά αδιάλυτο στο θειικό οξύ. Και είτε πρέπει να καταφύγετε σε αλκαλική έκπλυση, είτε πρώτα να οξειδώσετε το ουράνιο σε εξασθενή κατάσταση.

Η έκπλυση με οξύ δεν χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου το συμπύκνωμα ουρανίου περιέχει ή. Πρέπει να δαπανηθεί πάρα πολύ οξύ για τη διάλυσή τους, και σε αυτές τις περιπτώσεις είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε ( ).

Το πρόβλημα της έκπλυσης ουρανίου από το οξυγόνο λύνεται με καθαρισμό οξυγόνου. Ένα ρεύμα τροφοδοτείται σε ένα μείγμα μεταλλεύματος ουρανίου και ορυκτών που θερμαίνεται στους 150 °C. Ταυτόχρονα, σχηματίζονται ορυκτά θείου, τα οποία ξεπλένουν το ουράνιο.

Στο επόμενο στάδιο, το ουράνιο πρέπει να απομονωθεί επιλεκτικά από το διάλυμα που προκύπτει. Οι σύγχρονες μέθοδοι - και - μας επιτρέπουν να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.

Το διάλυμα δεν περιέχει μόνο ουράνιο, αλλά και άλλα. Κάποια από αυτά, υπό ορισμένες συνθήκες, συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο όπως το ουράνιο: εξάγονται με τους ίδιους διαλύτες, εναποτίθενται στις ίδιες ρητίνες ανταλλαγής ιόντων και καθιζάνουν υπό τις ίδιες συνθήκες. Επομένως, για την επιλεκτική απομόνωση του ουρανίου, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής προκειμένου να απαλλαγούμε από τον ένα ή τον άλλο ανεπιθύμητο σύντροφο σε κάθε στάδιο. Στις σύγχρονες ρητίνες ανταλλαγής ιόντων, το ουράνιο απελευθερώνεται πολύ επιλεκτικά.

Μέθοδοι ανταλλαγή και εξαγωγή ιόντωνΕίναι επίσης καλές γιατί καθιστούν δυνατή την πλήρη εξαγωγή ουρανίου από φτωχά διαλύματα, σε ένα λίτρο του οποίου υπάρχουν μόνο δέκατα του γραμμαρίου του στοιχείου Νο. 92.

Μετά από αυτές τις εργασίες, το ουράνιο μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση - σε ένα από τα οξείδια ή σε τετραφθοριούχο UF 4. Αλλά αυτό το ουράνιο χρειάζεται ακόμα να καθαριστεί από ακαθαρσίες με μεγάλη διατομή θερμικής δέσμευσης νετρονίων - , . Η περιεκτικότητά τους στο τελικό προϊόν δεν πρέπει να υπερβαίνει τα εκατό χιλιοστά και τα εκατομμυριοστά του τοις εκατό. Πρέπει λοιπόν να διαλύσουμε ξανά το ήδη λαμβανόμενο τεχνικά καθαρό προϊόν - αυτή τη φορά σε . Το νιτρικό ουρανύλιο UO 2 (NO 3) 2 κατά την εκχύλιση με φωσφορικό τριβουτυλεστέρα και ορισμένες άλλες ουσίες καθαρίζεται περαιτέρω σύμφωνα με τα απαιτούμενα πρότυπα. Στη συνέχεια αυτή η ουσία κρυσταλλώνεται (ή κατακρημνίζεται το υπεροξείδιο UO 4 ·2H 2 O) και πυρώνεται προσεκτικά. Ως αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίας, σχηματίζεται τριοξείδιο ουρανίου UO 3, το οποίο ανάγεται σε UO 2.

Αυτή η ουσία είναι η προτελευταία στο δρόμο από το μετάλλευμα στο μέταλλο. Σε θερμοκρασίες από 430 έως 600 °C αντιδρά με ξηρό υδροφθόριο και μετατρέπεται σε τετραφθορίδιο UF 4. Από αυτή την ένωση λαμβάνεται συνήθως το μέταλλο ουρανίου. Λήφθηκε με τη βοήθεια ή συνήθως.

Φυσικές ιδιότητες

Το ουράνιο είναι ένα πολύ βαρύ, ασημί-λευκό, γυαλιστερό μέταλλο. Στην καθαρή του μορφή, είναι ελαφρώς πιο μαλακό από τον χάλυβα, εύπλαστο, εύκαμπτο και έχει ελαφρές παραμαγνητικές ιδιότητες. Το ουράνιο έχει τρεις αλλοτροπικές μορφές: άλφα (πρισματικό, σταθερό έως 667,7 °C), βήτα (τετραγωνικό, σταθερό από 667,7 έως 774,8 °C), γάμμα (με κυβική δομή με κέντρο του σώματος, που υπάρχει από 774,8 °C έως το σημείο τήξης ).

Χημικές ιδιότητες

Η χημική δραστηριότητα του μετάλλου ουρανίου είναι υψηλή. Στον αέρα καλύπτεται με μια μεμβράνη ουράνιου τόξου. Το ουράνιο σε σκόνη, αναφλέγεται αυθόρμητα σε θερμοκρασία 150-175 °C. Κατά την καύση του ουρανίου και τη θερμική αποσύνθεση πολλών από τις ενώσεις του στον αέρα, σχηματίζεται οξείδιο του ουρανίου U 3 O 8. Εάν αυτό το οξείδιο θερμανθεί σε ατμόσφαιρα άνω των 500 °C, σχηματίζεται UO 2. Όταν τα οξείδια του ουρανίου συντήκονται με οξείδια άλλων μετάλλων, σχηματίζονται ουρανικά: K 2 UO 4 (ουρανικό κάλιο), CaUO 4 (ουρανικό ασβέστιο), Na 2 U 2 O 7 (διουρανικό νάτριο).

Εφαρμογή

Πυρηνικό καύσιμο

Η μεγαλύτερη χρήση είναι για το ουράνιο 235 U, στο οποίο είναι δυνατή η αυτοσυντήρηση. Επομένως, αυτό το ισότοπο χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε, καθώς και σε (κρίσιμη μάζα περίπου 48 kg). Η απομόνωση του ισοτόπου U 235 από το φυσικό ουράνιο είναι ένα σύνθετο τεχνολογικό πρόβλημα (βλ.). Το ισότοπο U 238 είναι ικανό να διασπαστεί υπό την επίδραση βομβαρδισμού με νετρόνια υψηλής ενέργειας· αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται για την αύξηση της ισχύος (χρησιμοποιούνται νετρόνια που παράγονται από μια θερμοπυρηνική αντίδραση). Ως αποτέλεσμα της σύλληψης νετρονίων ακολουθούμενη από β-διάσπαση, τα 238 U μπορούν να μετατραπούν σε 239, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως πυρηνικό καύσιμο.

Το ουράνιο-233, που παράγεται τεχνητά σε αντιδραστήρες (με ακτινοβόληση με νετρόνια και μετατροπή σε και στη συνέχεια σε ουράνιο-233) είναι πυρηνικό καύσιμο για πυρηνικούς σταθμούς και την παραγωγή ατομικών βομβών (κρίσιμη μάζα περίπου 16 kg). Το ουράνιο-233 είναι επίσης το πιο πολλά υποσχόμενο καύσιμο για πυρηνικούς πυραυλοκινητήρες αέριας φάσης.

Άλλες Εφαρμογές

• Μια μικρή προσθήκη ουρανίου δίνει στο ποτήρι μια όμορφη πρασινοκίτρινη απόχρωση.
• Το καρβίδιο ουρανίου-235 κράμα με καρβίδιο νιοβίου και καρβίδιο ζιρκονίου χρησιμοποιείται ως καύσιμο για κινητήρες πυρηνικών αεριωθουμένων (ρευστό εργασίας - υδρογόνο + εξάνιο).
• Κράματα σιδήρου και απεμπλουτισμένου ουρανίου (ουράνιο-238) χρησιμοποιούνται ως ισχυρά μαγνητοσυσπαστικά υλικά.
• Στις αρχές του εικοστού αιώνα νιτρικό ουρανύλιοχρησιμοποιήθηκε ευρέως ως παράγοντας αρσενοποίησης για την παραγωγή έγχρωμων φωτογραφικών εκτυπώσεων.

Απεμπλουτισμένο ουράνιο

Μετά την εξαγωγή του U-235 από φυσικό ουράνιο, το υπόλοιπο υλικό ονομάζεται «εξαντλημένο ουράνιο» επειδή εξαντλείται στο ισότοπο 235. Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, περίπου 560.000 τόνοι εξαφθοριούχου απεμπλουτισμένου ουρανίου (UF 6) αποθηκεύονται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το απεμπλουτισμένο ουράνιο είναι κατά το ήμισυ ραδιενεργό από το φυσικό ουράνιο, κυρίως λόγω της απομάκρυνσης του U-234 από αυτό. Επειδή η κύρια χρήση του ουρανίου είναι η παραγωγή ενέργειας, το απεμπλουτισμένο ουράνιο είναι ένα άχρηστο προϊόν με μικρή οικονομική αξία.

Η κύρια χρήση του οφείλεται στην υψηλή πυκνότητα του ουρανίου και στο σχετικά χαμηλό κόστος του: η χρήση του για προστασία από την ακτινοβολία (παραδόξως) και ως έρμα σε αεροδιαστημικές εφαρμογές όπως οι επιφάνειες ελέγχου αεροσκαφών. Κάθε αεροσκάφος περιέχει 1.500 κιλά απεμπλουτισμένου ουρανίου για αυτούς τους σκοπούς. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται επίσης σε ρότορες γυροσκόπιων υψηλής ταχύτητας, μεγάλους σφόνδυλους, ως έρμα σε διαστημικά προσγειωμένα σκάφη και αγωνιστικά γιοτ και κατά τη γεώτρηση πετρελαιοπηγών.

Πυρήνες βλημάτων που διαπερνούν θωράκιση

Η πιο διάσημη χρήση του ουρανίου είναι ως πυρήνες για την Αμερική. Όταν γίνεται κράμα με 2% ή 0,75% και θερμική επεξεργασία (γρήγορη απόσβεση μετάλλου που έχει θερμανθεί στους 850 °C σε νερό ή λάδι, περαιτέρω διατήρηση στους 450 °C για 5 ώρες), το μέταλλο ουρανίου γίνεται σκληρότερο και ισχυρότερο (αντοχή εφελκυσμού είναι μεγαλύτερη από 1600 MPa, ενώ , ότι για το καθαρό ουράνιο ισούται με 450 MPa). Σε συνδυασμό με την υψηλή του πυκνότητα, αυτό καθιστά το σκληρυμένο πλινθίο ουρανίου ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό εργαλείο διείσδυσης θωράκισης, παρόμοιο σε αποτελεσματικότητα με το πιο ακριβό. Η διαδικασία καταστροφής της θωράκισης συνοδεύεται από το άλεσμα ενός χοίρου ουρανίου σε σκόνη και την ανάφλεξή του στον αέρα στην άλλη πλευρά της πανοπλίας. Περίπου 300 τόνοι απεμπλουτισμένου ουρανίου παρέμειναν στο πεδίο της μάχης κατά τη διάρκεια της Επιχείρησης Καταιγίδα της Ερήμου (κυρίως τα υπολείμματα οβίδων από το πυροβόλο των 30 mm GAU-8 του επιθετικού αεροσκάφους A-10, κάθε οβίδα περιείχε 272 g κράματος ουρανίου).

Τέτοιες οβίδες χρησιμοποιήθηκαν από τα στρατεύματα του ΝΑΤΟ σε πολεμικές επιχειρήσεις στο έδαφος της Γιουγκοσλαβίας. Μετά την εφαρμογή τους συζητήθηκε το περιβαλλοντικό πρόβλημα της ακτινοβολίας της επικράτειας της χώρας.

Το απεμπλουτισμένο ουράνιο χρησιμοποιείται στη σύγχρονη θωράκιση δεξαμενών, όπως η δεξαμενή.

Φυσιολογική δράση

Βρίσκεται σε μικροποσότητες (10 -5 -10 -8%) στους ιστούς των φυτών, των ζώων και του ανθρώπου. Συσσωρεύεται στο μεγαλύτερο βαθμό από ορισμένους μύκητες και φύκια. Οι ενώσεις ουρανίου απορροφώνται στο γαστρεντερικό σωλήνα (περίπου 1%), στους πνεύμονες - 50%. Οι κύριες αποθήκες στο σώμα: σπλήνα και βρογχοπνευμονικό. Η περιεκτικότητα σε όργανα και ιστούς ανθρώπων και ζώων δεν υπερβαίνει τα 10 -7 g.

Ουράνιο και οι ενώσεις του τοξικός. Τα αερολύματα του ουρανίου και των ενώσεων του είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα. Για αερολύματα υδατοδιαλυτών ενώσεων ουρανίου, το MPC στον αέρα είναι 0,015 mg/m 3, για αδιάλυτες μορφές ουρανίου 0,075 mg/m 3 . Όταν το ουράνιο εισέρχεται στο σώμα, επηρεάζει όλα τα όργανα, αποτελώντας ένα γενικό κυτταρικό δηλητήριο. Ο μοριακός μηχανισμός δράσης του ουρανίου σχετίζεται με την ικανότητά του να καταστέλλει τη δραστηριότητα. Πρώτα απ 'όλα, επηρεάζονται (η πρωτεΐνη και η ζάχαρη εμφανίζονται στα ούρα,). Σε χρόνιες περιπτώσεις, είναι πιθανές διαταραχές της αιμοποίησης και του νευρικού συστήματος.

Εξόρυξη ουρανίου στον κόσμο

Σύμφωνα με το «Κόκκινο Βιβλίο για το Ουράνιο», που κυκλοφόρησε το 2005, εξορύχθηκαν 41.250 τόνοι ουρανίου (το 2003 - 35.492 τόνοι). Σύμφωνα με στοιχεία του ΟΟΣΑ, στον κόσμο λειτουργούν 440 εμπορικές επιχειρήσεις, οι οποίες καταναλώνουν 67 χιλιάδες τόνους ουρανίου ετησίως. Αυτό σημαίνει ότι η παραγωγή του παρέχει μόνο το 60% της κατανάλωσής του (το υπόλοιπο ανακτάται από παλιές πυρηνικές κεφαλές).

Παραγωγή ανά χώρα σε τόνους ανά περιεχόμενο U για το 2005-2006.

Παραγωγή στη Ρωσία

Το υπόλοιπο 7% λαμβάνεται με υπόγεια έκπλυση από την JSC Dalur () και την JSC Khiagda ().

Τα μεταλλεύματα και το συμπύκνωμα ουρανίου που προκύπτουν υποβάλλονται σε επεξεργασία στο Μηχανολογικό Εργοστάσιο Chepetsk.

δείτε επίσης

Συνδέσεις

Το άρθρο μιλά για το πότε ανακαλύφθηκε το χημικό στοιχείο ουράνιο και σε ποιες βιομηχανίες χρησιμοποιείται αυτή η ουσία στην εποχή μας.

Το ουράνιο είναι ένα χημικό στοιχείο της ενέργειας και της στρατιωτικής βιομηχανίας

Ανά πάσα στιγμή, οι άνθρωποι προσπάθησαν να βρουν πηγές ενέργειας υψηλής απόδοσης, και ιδανικά, να δημιουργήσουν τις λεγόμενες.Δυστυχώς, η αδυναμία ύπαρξής της είχε θεωρητικά αποδειχθεί και δικαιολογηθεί τον 19ο αιώνα, αλλά οι επιστήμονες δεν έχασαν ποτέ την ελπίδα να το συνειδητοποιήσουν το όνειρο ενός είδους συσκευής που θα ήταν ικανή να παρέχει μεγάλες ποσότητες «καθαρής» ενέργειας για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αυτό έγινε εν μέρει με την ανακάλυψη μιας τέτοιας ουσίας όπως το ουράνιο. Το χημικό στοιχείο με αυτό το όνομα αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη πυρηνικών αντιδραστήρων, οι οποίοι στην εποχή μας παρέχουν ενέργεια σε ολόκληρες πόλεις, υποβρύχια, πολικά πλοία κ.λπ. Είναι αλήθεια ότι η ενέργειά τους δεν μπορεί να ονομαστεί "καθαρή", αλλά τα τελευταία χρόνια πολλές εταιρείες έχουν αναπτύξει συμπαγείς "ατομικές μπαταρίες" με βάση το τρίτιο για ευρεία πώληση - δεν έχουν κινούμενα μέρη και είναι ασφαλείς για την υγεία.

Ωστόσο, σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε λεπτομερώς το ιστορικό της ανακάλυψης του χημικού στοιχείου που ονομάζεται ουράνιο και την αντίδραση σχάσης των πυρήνων του.

Ορισμός

Το ουράνιο είναι ένα χημικό στοιχείο που έχει ατομικό αριθμό 92 στον περιοδικό πίνακα. Η ατομική του μάζα είναι 238.029. Ονομάζεται με το σύμβολο U. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι ένα πυκνό, βαρύ μέταλλο με ασημί χρώμα. Αν μιλάμε για τη ραδιενέργεια του, τότε το ίδιο το ουράνιο είναι ένα στοιχείο με ασθενή ραδιενέργεια. Επίσης δεν περιέχει απόλυτα σταθερά ισότοπα. Και το πιο σταθερό από τα υπάρχοντα ισότοπα θεωρείται το ουράνιο-338.

Έχουμε καταλάβει τι είναι αυτό το στοιχείο και τώρα θα δούμε την ιστορία της ανακάλυψής του.

Ιστορία

Μια ουσία όπως το φυσικό οξείδιο του ουρανίου ήταν γνωστή στους ανθρώπους από την αρχαιότητα και οι αρχαίοι τεχνίτες το χρησιμοποιούσαν για να φτιάξουν λούστρο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την κάλυψη διαφόρων κεραμικών για αδιάβροχα αγγεία και άλλα προϊόντα, καθώς και για τη διακόσμηση τους.

Μια σημαντική ημερομηνία στην ιστορία της ανακάλυψης αυτού του χημικού στοιχείου ήταν το 1789. Τότε ήταν που ο χημικός και Γερμανός εκ γενετής Martin Klaproth μπόρεσε να αποκτήσει το πρώτο μεταλλικό ουράνιο. Και το νέο στοιχείο έλαβε το όνομά του προς τιμήν του πλανήτη που ανακαλύφθηκε οκτώ χρόνια νωρίτερα.

Για σχεδόν 50 χρόνια, το ουράνιο που αποκτήθηκε εκείνη την εποχή θεωρούνταν καθαρό μέταλλο, ωστόσο, το 1840, ο Γάλλος χημικός Eugene-Melchior Peligo μπόρεσε να αποδείξει ότι το υλικό που έλαβε ο Klaproth, παρά τα κατάλληλα εξωτερικά σημάδια, δεν ήταν μέταλλο στο όλα, εκτός από το οξείδιο του ουρανίου. Λίγο αργότερα, το ίδιο Peligo έλαβε πραγματικό ουράνιο - ένα πολύ βαρύ γκρι μέταλλο. Τότε ήταν που προσδιορίστηκε για πρώτη φορά το ατομικό βάρος μιας ουσίας όπως το ουράνιο. Το χημικό στοιχείο τοποθετήθηκε το 1874 από τον Dmitri Mendeleev στον περίφημο περιοδικό πίνακα στοιχείων του, με τον Mendeleev να διπλασιάζει το ατομικό βάρος της ουσίας. Και μόνο 12 χρόνια αργότερα αποδείχθηκε πειραματικά ότι δεν έκανε λάθος στους υπολογισμούς του.

Ραδιοενέργεια

Αλλά το πραγματικά διαδεδομένο ενδιαφέρον για αυτό το στοιχείο στους επιστημονικούς κύκλους ξεκίνησε το 1896, όταν ο Μπεκερέλ ανακάλυψε το γεγονός ότι το ουράνιο εκπέμπει ακτίνες, οι οποίες ονομάστηκαν από τον ερευνητή - ακτίνες του Μπεκερέλ. Αργότερα, μια από τις πιο διάσημες επιστήμονες σε αυτόν τον τομέα, η Μαρί Κιουρί, ονόμασε αυτό το φαινόμενο ραδιενέργεια.

Η επόμενη σημαντική ημερομηνία στη μελέτη του ουρανίου θεωρείται το 1899: ήταν τότε που ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία του ουρανίου είναι ανομοιογενής και χωρίζεται σε δύο τύπους - ακτίνες άλφα και βήτα. Ένα χρόνο αργότερα, ο Paul Villar (Villard) ανακάλυψε τον τρίτο και τελευταίο τύπο ραδιενεργής ακτινοβολίας που είναι γνωστός σε εμάς σήμερα - τις λεγόμενες ακτίνες γάμμα.

Επτά χρόνια αργότερα, το 1906, ο Ράδερφορντ, βασισμένος στη θεωρία του για τη ραδιενέργεια, πραγματοποίησε τα πρώτα πειράματα, σκοπός των οποίων ήταν ο προσδιορισμός της ηλικίας διαφόρων ορυκτών. Αυτές οι μελέτες έθεσαν τα θεμέλια, μεταξύ άλλων, για τη διαμόρφωση της θεωρίας και της πράξης

Πυρηνική σχάση ουρανίου

Αλλά, πιθανώς, η πιο σημαντική ανακάλυψη, χάρη στην οποία ξεκίνησε η ευρεία εξόρυξη και ο εμπλουτισμός ουρανίου τόσο για ειρηνικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς, είναι η διαδικασία σχάσης των πυρήνων ουρανίου. Αυτό συνέβη το 1938, η ανακάλυψη έγινε από τους Γερμανούς φυσικούς Otto Hahn και Fritz Strassmann. Αργότερα, αυτή η θεωρία έλαβε επιστημονική επιβεβαίωση στα έργα αρκετών ακόμη Γερμανών φυσικών.

Η ουσία του μηχανισμού που ανακάλυψαν ήταν η εξής: εάν ακτινοβολήσετε τον πυρήνα του ισοτόπου ουρανίου-235 με ένα νετρόνιο, τότε, συλλαμβάνοντας ένα ελεύθερο νετρόνιο, αρχίζει να διασπάται. Και, όπως όλοι γνωρίζουμε τώρα, αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από την απελευθέρωση κολοσσιαίας ποσότητας ενέργειας. Αυτό συμβαίνει κυρίως λόγω της κινητικής ενέργειας της ίδιας της ακτινοβολίας και των θραυσμάτων του πυρήνα. Τώρα λοιπόν γνωρίζουμε πώς συμβαίνει η σχάση των πυρήνων του ουρανίου.

Η ανακάλυψη αυτού του μηχανισμού και των αποτελεσμάτων του είναι η αφετηρία για τη χρήση ουρανίου τόσο για ειρηνικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς.

Αν μιλάμε για τη χρήση του για στρατιωτικούς σκοπούς, τότε για πρώτη φορά η θεωρία ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν συνθήκες για μια τέτοια διαδικασία όπως η συνεχής αντίδραση σχάσης ενός πυρήνα ουρανίου (καθώς απαιτείται τεράστια ενέργεια για την έκρηξη μιας πυρηνικής βόμβας) ήταν αποδείχθηκε από τους Σοβιετικούς φυσικούς Zeldovich και Khariton. Αλλά για να δημιουργηθεί μια τέτοια αντίδραση, το ουράνιο πρέπει να εμπλουτιστεί, αφού στην κανονική του κατάσταση δεν έχει τις απαραίτητες ιδιότητες.

Έχουμε εξοικειωθεί με την ιστορία αυτού του στοιχείου, τώρα ας καταλάβουμε πού χρησιμοποιείται.

Εφαρμογές και τύποι ισοτόπων ουρανίου

Μετά την ανακάλυψη μιας διαδικασίας όπως η αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης του ουρανίου, οι φυσικοί ήρθαν αντιμέτωποι με το ερώτημα πού μπορεί να χρησιμοποιηθεί;

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύριες περιοχές όπου χρησιμοποιούνται ισότοπα ουρανίου. Αυτά είναι η ειρηνική (ή η ενεργειακή) βιομηχανία και ο στρατός. Και το πρώτο και το δεύτερο χρησιμοποιούν την αντίδραση του ισοτόπου ουρανίου-235, μόνο η ισχύς εξόδου διαφέρει. Με απλά λόγια, σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα δεν χρειάζεται να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί αυτή η διαδικασία με την ίδια ισχύ που απαιτείται για την έκρηξη μιας πυρηνικής βόμβας.

Έτσι, έχουν καταγραφεί οι κύριες βιομηχανίες που χρησιμοποιούν την αντίδραση σχάσης ουρανίου.

Αλλά η απόκτηση του ισοτόπου ουρανίου-235 είναι ένα ασυνήθιστα περίπλοκο και δαπανηρό τεχνολογικό έργο και δεν μπορεί κάθε κράτος να αντέξει οικονομικά να κατασκευάσει εργοστάσια εμπλουτισμού. Για παράδειγμα, για την απόκτηση είκοσι τόνων καυσίμου ουρανίου, στα οποία η περιεκτικότητα του ισοτόπου ουρανίου 235 θα είναι από 3-5%, θα χρειαστεί να εμπλουτιστούν περισσότεροι από 153 τόνοι φυσικού, «ακατέργαστου» ουρανίου.

Το ισότοπο ουρανίου-238 χρησιμοποιείται κυρίως στο σχεδιασμό πυρηνικών όπλων για την αύξηση της ισχύος τους. Επίσης, όταν συλλαμβάνει ένα νετρόνιο με την επακόλουθη διαδικασία της διάσπασης βήτα, αυτό το ισότοπο μπορεί τελικά να μετατραπεί σε πλουτώνιο-239, ένα κοινό καύσιμο για τους περισσότερους σύγχρονους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Παρ' όλα τα μειονεκτήματα τέτοιων αντιδραστήρων (υψηλό κόστος, δυσκολία συντήρησης, κίνδυνος ατυχήματος), η λειτουργία τους αποδίδει πολύ γρήγορα και παράγουν ασύγκριτα περισσότερη ενέργεια από τους κλασικούς θερμοηλεκτρικούς ή υδροηλεκτρικούς σταθμούς.

Η αντίδραση κατέστησε επίσης δυνατή τη δημιουργία πυρηνικών όπλων μαζικής καταστροφής. Διακρίνεται για την τεράστια αντοχή, τη σχετική συμπαγή του και το γεγονός ότι είναι ικανό να κάνει μεγάλες εκτάσεις γης ακατάλληλες για ανθρώπινη κατοίκηση. Είναι αλήθεια ότι τα σύγχρονα ατομικά όπλα χρησιμοποιούν πλουτώνιο, όχι ουράνιο.

Απεμπλουτισμένο ουράνιο

Υπάρχει επίσης ένας τύπος ουρανίου που ονομάζεται απεμπλουτισμένο. Έχει πολύ χαμηλό επίπεδο ραδιενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι επικίνδυνο για τους ανθρώπους. Χρησιμοποιείται και πάλι στη στρατιωτική σφαίρα, για παράδειγμα, προστίθεται στην πανοπλία του αμερικανικού τανκ Abrams για να του δώσει επιπλέον δύναμη. Επιπλέον, σε όλους σχεδόν τους στρατούς υψηλής τεχνολογίας μπορείτε να βρείτε διάφορα.Εκτός από την υψηλή μάζα τους, έχουν μια άλλη πολύ ενδιαφέρουσα ιδιότητα - μετά την καταστροφή ενός βλήματος, τα θραύσματά του και η μεταλλική σκόνη αναφλέγονται αυθόρμητα. Και παρεμπιπτόντως, ένα τέτοιο βλήμα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου. Όπως βλέπουμε, το ουράνιο είναι ένα στοιχείο που έχει βρει εφαρμογή σε μια μεγάλη ποικιλία τομέων της ανθρώπινης δραστηριότητας.

συμπέρασμα

Σύμφωνα με τις προβλέψεις των επιστημόνων, γύρω στο 2030 όλα τα μεγάλα κοιτάσματα ουρανίου θα εξαντληθούν πλήρως, μετά την οποία θα ξεκινήσει η ανάπτυξη των δυσπρόσιτων στρωμάτων του και η τιμή θα αυξηθεί. Παρεμπιπτόντως, είναι απολύτως ακίνδυνο για τους ανθρώπους - ορισμένοι ανθρακωρύχοι εργάζονται για την εξόρυξή του για ολόκληρες γενιές. Τώρα κατανοούμε την ιστορία της ανακάλυψης αυτού του χημικού στοιχείου και πώς χρησιμοποιείται η αντίδραση σχάσης των πυρήνων του.

Παρεμπιπτόντως, είναι γνωστό ένα ενδιαφέρον γεγονός - οι ενώσεις ουρανίου χρησιμοποιήθηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα ως χρώματα για πορσελάνη και γυαλί (τα λεγόμενα μέχρι τη δεκαετία του 1950.

; ατομικός αριθμός 92, ατομική μάζα 238,029; μέταλλο. Το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων: 238 U - 99,2739% με χρόνο ημιζωής T ½ = 4,51 10 9 έτη, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 χρόνια) και 234 U - 005 U - 00. ½ = 2,48·10 5 έτη).

Από τα 11 τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα με μαζικούς αριθμούς από 227 έως 240, το μακρόβιο είναι 233 U (T ½ = 1,62·10 5 χρόνια). λαμβάνεται με ακτινοβολία νετρονίων του θορίου. Οι 238 U και 235 U είναι οι πρόγονοι δύο ραδιενεργών σειρών.

Ιστορική αναφορά.Το ουράνιο ανακαλύφθηκε το 1789 από τον Γερμανό χημικό M. G. Klaproth και ονομάστηκε από αυτόν προς τιμή του πλανήτη Ουρανό, που ανακαλύφθηκε από τον W. Herschel το 1781. Σε μεταλλική κατάσταση, το Ουράνιο ελήφθη το 1841 από τον Γάλλο χημικό E. Peligo κατά τη διάρκεια της αναγωγής από UCl 4 με μέταλλο κάλιο. Αρχικά, ο Ουρανός είχε ατομική μάζα 120 και μόνο το 1871 ο D.I. Mendeleev κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτή η τιμή έπρεπε να διπλασιαστεί.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, το ουράνιο ενδιέφερε μόνο έναν στενό κύκλο χημικών και βρήκε περιορισμένη χρήση στην παραγωγή χρωμάτων και γυαλιού. Με την ανακάλυψη του φαινομένου της ραδιενέργειας στο ουράνιο το 1896 και του ραδίου το 1898, ξεκίνησε η βιομηχανική επεξεργασία μεταλλευμάτων ουρανίου με σκοπό την εξόρυξη και χρήση του ραδίου στην επιστημονική έρευνα και την ιατρική. Από το 1942, μετά την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης το 1939, το ουράνιο έγινε το κύριο πυρηνικό καύσιμο.

Κατανομή του Ουρανού στη φύση.Το ουράνιο είναι χαρακτηριστικό στοιχείο για το στρώμα γρανίτη και το ιζηματογενές κέλυφος του φλοιού της γης. Η μέση περιεκτικότητα σε ουράνιο στον φλοιό της γης (Clarke) είναι 2,5 10 -4% κατά μάζα, σε όξινα πυριγενή πετρώματα 3,5 10 -4%, σε άργιλους και σχιστόλιθους 3,2 10 -4%, σε βασικά πετρώματα 5 ·10 -5% , σε υπερβασικά πετρώματα του μανδύα 3·10 -7%. Το ουράνιο μεταναστεύει έντονα σε κρύα και ζεστά, ουδέτερα και αλκαλικά νερά με τη μορφή απλών και σύνθετων ιόντων, ιδιαίτερα με τη μορφή ανθρακικών συμπλεγμάτων. Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής παίζουν σημαντικό ρόλο στη γεωχημεία του ουρανίου, καθώς οι ενώσεις του ουρανίου, κατά κανόνα, είναι πολύ διαλυτές σε νερά με οξειδωτικό περιβάλλον και ελάχιστα διαλυτές σε νερά με αναγωγικό περιβάλλον (για παράδειγμα, υδρόθειο).

Είναι γνωστά περίπου 100 ορυκτά ουρανίου. 12 από αυτά είναι βιομηχανικής σημασίας. Κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας, η περιεκτικότητα σε Ουράνιο στον φλοιό της γης έχει μειωθεί λόγω της ραδιενεργής αποσύνθεσης. Αυτή η διαδικασία σχετίζεται με τη συσσώρευση ατόμων Pb και He στο φλοιό της γης. Η ραδιενεργή διάσπαση του Ουρανίου παίζει σημαντικό ρόλο στην ενέργεια του φλοιού της γης, αποτελώντας σημαντική πηγή βαθιάς θερμότητας.

Φυσικές ιδιότητες του ουρανίου.Το ουράνιο έχει χρώμα παρόμοιο με το ατσάλι και είναι εύκολο στην επεξεργασία. Έχει τρεις αλλοτροπικές τροποποιήσεις - α, β και γ με θερμοκρασίες μετασχηματισμού φάσης: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C. Η α-μορφή έχει ρομβικό πλέγμα (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), η β-μορφή έχει ένα τετραγωνικό πλέγμα (στους 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å). γ-μορφή - κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα (στους 850 °C a = 3,538 Å). Η πυκνότητα του ουρανίου σε α-μορφή (25 °C) είναι 19,05 g/cm 3 . t pl 1132°C; σημείο βρασμού 3818 °C; θερμική αγωγιμότητα (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); ειδική θερμοχωρητικότητα (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); Η ειδική ηλεκτρική ειδική αντίσταση σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 3·10 -7 ohm·cm, στους 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm. έχει υπεραγωγιμότητα στα 0,68 K. ασθενής παραμαγνητική, ειδική μαγνητική επιδεκτικότητα σε θερμοκρασία δωματίου 1,72·10 -6.

Οι μηχανικές ιδιότητες του ουρανίου εξαρτώνται από την καθαρότητά του και από τους τρόπους μηχανικής και θερμικής επεξεργασίας. Η μέση τιμή του συντελεστή ελαστικότητας για το χυτό ουράνιο είναι 20,5·10 -2 Mn/m 2 . αντοχή σε εφελκυσμό σε θερμοκρασία δωματίου 372-470 Mn/m2; Η αντοχή αυξάνεται μετά τη σκλήρυνση από τις β- και γ-φάσες. μέση σκληρότητα Brinell 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .

Η ακτινοβολία από μια ροή νετρονίων (η οποία λαμβάνει χώρα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα) αλλάζει τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του ουρανίου: αναπτύσσεται ερπυσμός και αυξάνεται η ευθραυστότητα, παρατηρείται παραμόρφωση των προϊόντων, η οποία αναγκάζει τη χρήση ουρανίου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες με τη μορφή διαφόρων ουρανίου κράματα.

Το ουράνιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο. Οι πυρήνες 235 U και 233 U διασπώνται αυθόρμητα, καθώς και κατά τη σύλληψη τόσο αργών (θερμικών) όσο και γρήγορων νετρονίων με αποτελεσματική διατομή σχάσης 508 10 -24 cm 2 (508 αχυρώνα) και 533 10 -24 cm 2 (533 αχυρώνα ) αντίστοιχα. Σχάση πυρήνων 238 U κατά τη σύλληψη μόνο γρήγορων νετρονίων με ενέργεια τουλάχιστον 1 MeV. όταν συλλαμβάνουμε αργά νετρόνια, τα 238 U μετατρέπονται σε 239 Pu, οι πυρηνικές ιδιότητες των οποίων είναι κοντά στα 235 U. Η κρίσιμη μάζα του ουρανίου (93,5% 235 U) σε υδατικά διαλύματα είναι μικρότερη από 1 kg, για μια ανοιχτή μπάλα - περίπου 50 kg, για μια μπάλα με ανακλαστήρα - 15-23 kg. Η κρίσιμη μάζα 233 U είναι περίπου το 1/3 της κρίσιμης μάζας 235 U.

Χημικές ιδιότητες του ουρανίου.Η διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων του ατόμου ουρανίου είναι 7s 2 6d l 5f 3. Το ουράνιο είναι ένα δραστικό μέταλλο· σε ενώσεις εμφανίζει καταστάσεις οξείδωσης +3, +4, + 5, +6, μερικές φορές +2. οι πιο σταθερές ενώσεις είναι οι U (IV) και U (VI). Στον αέρα οξειδώνεται αργά με το σχηματισμό μιας μεμβράνης οξειδίου (IV) στην επιφάνεια, η οποία δεν προστατεύει το μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση. Στην κονιοποιημένη του κατάσταση, το Ουράνιο είναι πυροφορικό και καίγεται με λαμπερή φλόγα. Με το οξυγόνο σχηματίζει οξείδιο (IV) UO 2, οξείδιο (VI) UO 3 και μεγάλο αριθμό ενδιάμεσων οξειδίων, το σημαντικότερο από τα οποία είναι το U 3 O 8. Αυτά τα ενδιάμεσα οξείδια έχουν ιδιότητες παρόμοιες με το UO 2 και το UO 3 . Σε υψηλές θερμοκρασίες, το UO 2 έχει ένα ευρύ φάσμα ομοιογένειας από UO 1,60 έως UO 2,27. Με φθόριο στους 500-600 ° C σχηματίζει τετραφθορίδιο UF 4 (πράσινοι βελονοειδείς κρύσταλλοι, ελαφρώς διαλυτοί σε νερό και οξέα) και εξαφθόριο UF 6 (μια λευκή κρυσταλλική ουσία που εξαχνώνεται χωρίς να λιώνει στους 56,4 ° C). με θείο - μια σειρά από ενώσεις, από τις οποίες το US (πυρηνικό καύσιμο) είναι το πιο σημαντικό. Όταν το ουράνιο αλληλεπιδρά με το υδρογόνο στους 220 °C, λαμβάνεται το υδρίδιο UH 3. με άζωτο σε θερμοκρασίες από 450 έως 700 ° C και ατμοσφαιρική πίεση - νιτρίδιο U 4 N 7 · σε υψηλότερη πίεση αζώτου και την ίδια θερμοκρασία, μπορούν να ληφθούν UN, U 2 N 3 και UN 2. με άνθρακα στους 750-800 °C - μονοκαρβίδιο UC, δικαρβίδιο UC 2, καθώς και U 2 C 3. με τα μέταλλα σχηματίζει κράματα διαφόρων τύπων. Το ουράνιο αντιδρά αργά με βραστό νερό για να σχηματίσει UO 2 nH 2, με υδρατμούς - στην περιοχή θερμοκρασίας 150-250 ° C. διαλυτό σε υδροχλωρικό και νιτρικό οξύ, ελαφρώς διαλυτό σε πυκνό υδροφθορικό οξύ. Το U(VI) χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό του ιόντος ουρανυλίου UO 2 2+. Τα άλατα ουρανυλίου είναι κίτρινου χρώματος και είναι πολύ διαλυτά στο νερό και τα μεταλλικά οξέα. Τα άλατα U(IV) είναι πράσινα και λιγότερο διαλυτά. Το ιόν ουρανυλίου είναι εξαιρετικά ικανό για σχηματισμό συμπλόκου σε υδατικά διαλύματα τόσο με ανόργανες όσο και με οργανικές ουσίες. Τα πιο σημαντικά για την τεχνολογία είναι τα ανθρακικά, θειικά, φθοριούχα, φωσφορικά και άλλα σύμπλοκα. Είναι γνωστός ένας μεγάλος αριθμός ουρανικών αλάτων (άλατα ουρανικού οξέος που δεν έχουν απομονωθεί σε καθαρή μορφή), η σύνθεση των οποίων ποικίλλει ανάλογα με τις συνθήκες παραγωγής. Όλα τα ουρανικά έχουν χαμηλή διαλυτότητα στο νερό.

Το ουράνιο και οι ενώσεις του είναι ακτινοβολίες και χημικά τοξικά. Η μέγιστη επιτρεπόμενη δόση (MAD) για επαγγελματική έκθεση είναι 5 rem ανά έτος.

Λήψη του Ουρανού.Το ουράνιο λαμβάνεται από μεταλλεύματα ουρανίου που περιέχουν 0,05-0,5% U. Τα μεταλλεύματα πρακτικά δεν είναι εμπλουτισμένα, με εξαίρεση μια περιορισμένη ραδιομετρική μέθοδο διαλογής που βασίζεται στην γ-ακτινοβολία του ραδίου, η οποία συνοδεύει πάντα το ουράνιο. Βασικά, τα μεταλλεύματα εκπλένονται με διαλύματα θειικού, μερικές φορές νιτρικού οξέος ή διαλύματα σόδας με τη μεταφορά ουρανίου σε όξινο διάλυμα με τη μορφή UO 2 SO 4 ή σύμπλοκα ανιόντα 4- και σε διάλυμα σόδας - με τη μορφή 4 -. Για την εξαγωγή και συμπύκνωση του ουρανίου από διαλύματα και πολτούς, καθώς και για τον καθαρισμό του από ακαθαρσίες, χρησιμοποιείται ρόφηση σε ρητίνες ανταλλαγής ιόντων και εκχύλιση με οργανικούς διαλύτες (φωσφορικό τριβουτυλεστέρα, αλκυλοφωσφορικά οξέα, αμίνες). Στη συνέχεια, ουρανικά αμμώνιο ή νάτριο ή υδροξείδιο U(OH) 4 καταβυθίζονται από τα διαλύματα με προσθήκη αλκαλίου. Για να ληφθούν ενώσεις υψηλής καθαρότητας, τα τεχνικά προϊόντα διαλύονται σε νιτρικό οξύ και υποβάλλονται σε εργασίες καθαρισμού εξευγενισμού, τα τελικά προϊόντα των οποίων είναι UO 3 ή U 3 O 8. Αυτά τα οξείδια ανάγεται στους 650-800 °C με υδρογόνο ή διασπαρμένη αμμωνία σε UO 2, ακολουθούμενη από τη μετατροπή της σε UF 4 με επεξεργασία με αέριο υδροφθόριο στους 500-600 °C. Το UF 4 μπορεί επίσης να ληφθεί με καθίζηση κρυσταλλικού ένυδρου UF 4 nH 2 O με υδροφθορικό οξύ από διαλύματα, ακολουθούμενη από αφυδάτωση του προϊόντος στους 450 °C σε ρεύμα υδρογόνου. Στη βιομηχανία, η κύρια μέθοδος λήψης ουρανίου από το UF 4 είναι η θερμική αναγωγή ασβεστίου ή μαγνησίου με την απελευθέρωση ουρανίου με τη μορφή πλινθωμάτων βάρους έως 1,5 τόνου. Τα πλινθώματα εξευγενίζονται σε φούρνους κενού.

Μια πολύ σημαντική διαδικασία στην τεχνολογία του ουρανίου είναι ο εμπλουτισμός του ισοτόπου του 235 U πάνω από τη φυσική περιεκτικότητα σε μεταλλεύματα ή η απομόνωση αυτού του ισοτόπου στην καθαρή του μορφή, αφού το 235 U είναι το κύριο πυρηνικό καύσιμο. Αυτό γίνεται με θερμική διάχυση αερίου, φυγόκεντρες και άλλες μεθόδους που βασίζονται στη διαφορά στις μάζες των 238 U και 235 U. στις διεργασίες διαχωρισμού, το ουράνιο χρησιμοποιείται με τη μορφή πτητικού εξαφθοριούχου UF 6. Κατά τη λήψη ουρανίου ή ισοτόπων υψηλής εμπλουτισμού, λαμβάνονται υπόψη οι κρίσιμες μάζες τους. η πιο βολική μέθοδος σε αυτή την περίπτωση είναι η αναγωγή των οξειδίων του ουρανίου με ασβέστιο. η προκύπτουσα σκωρία CaO διαχωρίζεται εύκολα από το Ουράνιο με διάλυση σε οξέα. Για τη λήψη κονιοποιημένου ουρανίου, οξειδίου (IV), καρβιδίων, νιτριδίων και άλλων πυρίμαχων ενώσεων, χρησιμοποιούνται μέθοδοι μεταλλουργίας σκόνης.

Εφαρμογή του Ουρανού.Το μέταλλο ουρανίου ή οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται κυρίως ως πυρηνικά καύσιμα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ένα φυσικό ή χαμηλού εμπλουτισμού μείγμα ισοτόπων ουρανίου χρησιμοποιείται σε σταθερούς αντιδραστήρες πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, ένα προϊόν υψηλής εμπλουτισμού χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ή σε αντιδραστήρες που λειτουργούν με γρήγορα νετρόνια. 235 U είναι η πηγή της πυρηνικής ενέργειας στα πυρηνικά όπλα. Το 238 U χρησιμεύει ως πηγή δευτερογενούς πυρηνικού καυσίμου - πλουτώνιο.

Ουράνιο στο σώμα.Βρίσκεται σε μικροποσότητες (10 -5 -10 -8%) στους ιστούς των φυτών, των ζώων και του ανθρώπου. Στη φυτική τέφρα (με περιεκτικότητα σε Ουράνιο περίπου 10 -4% στο έδαφος), η συγκέντρωσή της είναι 1,5·10 -5%. Στο μέγιστο βαθμό, το Ουράνιο συσσωρεύεται από ορισμένους μύκητες και φύκια (τα τελευταία συμμετέχουν ενεργά στη βιογενή μετανάστευση του Ουρανίου κατά μήκος της αλυσίδας νερό - υδρόβια φυτά - ψάρια - άνθρωποι). Το ουράνιο εισέρχεται στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων με τροφή και νερό στο γαστρεντερικό σωλήνα, με αέρα στην αναπνευστική οδό, καθώς και μέσω του δέρματος και των βλεννογόνων. Οι ενώσεις ουρανίου απορροφώνται στο γαστρεντερικό σωλήνα - περίπου το 1% της εισερχόμενης ποσότητας διαλυτών ενώσεων και όχι περισσότερο από το 0,1% των ελάχιστα διαλυτών. Το 50% και το 20% απορροφώνται στους πνεύμονες, αντίστοιχα. Το ουράνιο κατανέμεται άνισα στο σώμα. Η κύρια αποθήκη (τόποι εναπόθεσης και συσσώρευσης) είναι ο σπλήνας, τα νεφρά, ο σκελετός, το ήπαρ και, όταν εισπνέουμε κακώς διαλυτές ενώσεις, οι πνεύμονες και οι βρογχοπνευμονικοί λεμφαδένες. Το ουράνιο (με τη μορφή ανθρακικών αλάτων και συμπλόκων με πρωτεΐνες) δεν κυκλοφορεί στο αίμα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η περιεκτικότητα σε ουράνιο στα όργανα και τους ιστούς των ζώων και των ανθρώπων δεν υπερβαίνει τα 10 -7 g/g. Έτσι, το αίμα των βοοειδών περιέχει 1·10 -8 g/ml, το συκώτι 8·10 -8 g/g, οι μύες 4·10 -11 g/g, ο σπλήνας 9·10 8-8 g/g. Η περιεκτικότητα σε ουράνιο στα ανθρώπινα όργανα είναι: στο ήπαρ 6·10 -9 g/g, στους πνεύμονες 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, στον σπλήνα 4,7·10 -7 g/g , στο αίμα 4-10 -10 g/ml, στους νεφρούς 5,3·10 -9 (φλοιώδες στρώμα) και 1,3·10 -8 g/g (μυελικό στρώμα), στα οστά 1·10 -9 g/g , στο μυελό των οστών 1-10 -8 g/g, στα μαλλιά 1,3·10 -7 g/g. Το ουράνιο που περιέχεται στον οστικό ιστό προκαλεί τη συνεχή ακτινοβόλησή του (ο χρόνος ημιζωής του ουρανίου από τον σκελετό είναι περίπου 300 ημέρες). Οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις ουρανίου βρίσκονται στον εγκέφαλο και την καρδιά (10 -10 g/g). Η ημερήσια πρόσληψη ουρανίου με τροφή και υγρά είναι 1,9·10 -6 g, με αέρα - 7·10 -9 g Η ημερήσια απέκκριση ουρανίου από τον ανθρώπινο οργανισμό είναι: με ούρα 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, με κόπρανα - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, με μαλλιά - 2·10 -8 g.

Σύμφωνα με τη Διεθνή Επιτροπή για την Ακτινοπροστασία, η μέση περιεκτικότητα σε Ουράνιο στο ανθρώπινο σώμα είναι 9·10 -5 g. Αυτή η τιμή μπορεί να διαφέρει για διαφορετικές περιοχές. Πιστεύεται ότι το ουράνιο είναι απαραίτητο για την κανονική λειτουργία των ζώων και των φυτών.

Η τοξική επίδραση του ουρανίου καθορίζεται από τις χημικές του ιδιότητες και εξαρτάται από τη διαλυτότητα: το ουρανύλιο και άλλες διαλυτές ενώσεις του ουρανίου είναι πιο τοξικές. Η δηλητηρίαση από ουράνιο και τις ενώσεις του είναι δυνατή σε επιχειρήσεις εξόρυξης και επεξεργασίας πρώτων υλών ουρανίου και σε άλλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις όπου χρησιμοποιείται στην τεχνολογική διαδικασία. Όταν εισέρχεται στο σώμα, το ουράνιο επηρεάζει όλα τα όργανα και τους ιστούς, αποτελώντας ένα γενικό κυτταρικό δηλητήριο. Τα σημάδια δηλητηρίασης προκαλούνται από πρωτογενή βλάβη στα νεφρά (εμφάνιση πρωτεΐνης και ζάχαρης στα ούρα, επακόλουθη ολιγουρία). επηρεάζονται επίσης το ήπαρ και η γαστρεντερική οδός. Υπάρχουν οξείες και χρόνιες δηλητηριάσεις. τα τελευταία χαρακτηρίζονται από σταδιακή ανάπτυξη και λιγότερο σοβαρά συμπτώματα. Με χρόνια δηλητηρίαση, είναι πιθανές διαταραχές της αιμοποίησης, του νευρικού συστήματος κλπ. Πιστεύεται ότι ο μοριακός μηχανισμός δράσης του Ουρανίου συνδέεται με την ικανότητά του να καταστέλλει τη δραστηριότητα των ενζύμων.

ΟΥΡΑΝΟΣ (που πήρε το όνομά του από τον πλανήτη Ουρανό που ανακαλύφθηκε λίγο πριν, λατ. ουράνιο * α. ουράνιο, ν. Ουράνιο, στ. ουράνιο, θ. ουράνιο), U, είναι ένα ραδιενεργό χημικό στοιχείο της ομάδας III του περιοδικού συστήματος Mendeleev, ατομικός αριθμός 92, ατομική μάζα 238,0289, ανήκει στις ακτινίδες. Το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων: 238 U (99,282%, T 1/2 4.468,10 9 έτη), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 έτη), 234 U (0,006%, T 1 /2 0,244,10 6 έτη). Υπάρχουν επίσης 11 γνωστά τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα ουρανίου με αριθμούς μάζας από 227 έως 240. 238 U και 235 U είναι οι ιδρυτές δύο σειρών φυσικής διάσπασης, με αποτέλεσμα να μετατρέπονται σε σταθερά ισότοπα 206 Pb και 207 Pb, αντίστοιχα.

Το ουράνιο ανακαλύφθηκε το 1789 με τη μορφή UO 2 από τον Γερμανό χημικό M. G. Klaproth. Το μέταλλο ουρανίου ελήφθη το 1841 από τον Γάλλο χημικό E. Peligot. Για πολύ καιρό, το ουράνιο είχε πολύ περιορισμένη χρήση και μόνο με την ανακάλυψη της ραδιενέργειας το 1896 άρχισε η μελέτη και η χρήση του.

Ιδιότητες του ουρανίου

Στην ελεύθερη του κατάσταση, το ουράνιο είναι ένα ανοιχτό γκρι μέταλλο. κάτω από τους 667,7°C χαρακτηρίζεται από ένα ορθορομβικό (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) κρυσταλλικό πλέγμα (α-τροποποίηση), στο εύρος θερμοκρασίας 667,7-774°C = 1nm. , c = 0,5656 nm, G-τροποποίηση), σε υψηλότερη θερμοκρασία - κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα (a = 0,3538 nm, g-τροποποίηση). Πυκνότητα 18700 kg/m 3, σημείο τήξης 1135°C, σημείο βρασμού περίπου 3818°C, μοριακή θερμοχωρητικότητα 27,66 J/(mol.K), ηλεκτρική ειδική αντίσταση 29,0,10 -4 (Ωμ. m), θερμική αγωγιμότητα 22, 5 W/(m.K), συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής 10.7.10 -6 K -1. Η θερμοκρασία μετάβασης του ουρανίου στην υπεραγώγιμη κατάσταση είναι 0,68 Κ. ασθενής παραμαγνητική, ειδική μαγνητική επιδεκτικότητα 1.72.10 -6. Οι πυρήνες 235 U και 233 U διασπώνται αυθόρμητα, καθώς και κατά τη σύλληψη αργών και γρήγορων νετρονίων, σχάση 238 U μόνο με τη σύλληψη γρήγορων (περισσότερων από 1 MeV) νετρονίων. Όταν συλλαμβάνονται αργά νετρόνια, τα 238 U μετατρέπονται σε 239 Pu. Η κρίσιμη μάζα ουρανίου (93,5% 235U) σε υδατικά διαλύματα είναι μικρότερη από 1 kg, για μια ανοιχτή μπάλα είναι περίπου 50 kg. για 233 U κρίσιμη μάζα είναι περίπου το 1/3 της κρίσιμης μάζας των 235 U.

Εκπαίδευση και διατήρηση στη φύση

Ο κύριος καταναλωτής ουρανίου είναι η πυρηνική ενέργεια (πυρηνικοί αντιδραστήρες, πυρηνικοί σταθμοί). Επιπλέον, το ουράνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή πυρηνικών όπλων. Όλοι οι άλλοι τομείς χρήσης ουρανίου είναι αυστηρά δευτερεύουσας σημασίας.

Το ουράνιο είναι ένα ραδιενεργό μέταλλο. Στη φύση, το ουράνιο αποτελείται από τρία ισότοπα: ουράνιο-238, ουράνιο-235 και ουράνιο-234. Το υψηλότερο επίπεδο σταθερότητας καταγράφεται στο ουράνιο-238.

Ραδιενεργή διάσπαση του ουρανίου

Η ραδιενεργή διάσπαση είναι η διαδικασία ξαφνικής αλλαγής στη σύνθεση ή την εσωτερική δομή των ατομικών πυρήνων, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από αστάθεια. Στην περίπτωση αυτή, εκπέμπονται στοιχειώδη σωματίδια, ακτίνες γάμμα ή/και πυρηνικά θραύσματα. Οι ραδιενεργές ουσίες περιέχουν ραδιενεργό πυρήνα. Ο θυγατρικός πυρήνας που προκύπτει από τη ραδιενεργή διάσπαση μπορεί επίσης να γίνει ραδιενεργός και μετά από ορισμένο χρόνο υφίσταται διάσπαση. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να σχηματιστεί ένας σταθερός πυρήνας χωρίς ραδιενέργεια. Ο E. Rutherford απέδειξε πειραματικά το 1899 ότι τα άλατα ουρανίου εκπέμπουν τρεις τύπους ακτίνων:

• Α-ακτίνες - ένα ρεύμα θετικά φορτισμένων σωματιδίων
• ακτίνες β - ένα ρεύμα αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων
• Οι ακτίνες γ δεν δημιουργούν αποκλίσεις στο μαγνητικό πεδίο.

Ραδιενέργεια ουρανίου

Η φυσική ραδιενέργεια είναι αυτή που διακρίνει το ραδιενεργό ουράνιο από άλλα στοιχεία. Τα άτομα ουρανίου, ανεξάρτητα από οποιουσδήποτε παράγοντες και συνθήκες, αλλάζουν σταδιακά. Σε αυτή την περίπτωση, εκπέμπονται αόρατες ακτίνες. Μετά τους μετασχηματισμούς που συμβαίνουν με τα άτομα ουρανίου, λαμβάνεται ένα διαφορετικό ραδιενεργό στοιχείο και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Θα επαναλάβει όσες φορές χρειάζεται για να αποκτήσει ένα μη ραδιενεργό στοιχείο. Για παράδειγμα, ορισμένες αλυσίδες μετασχηματισμών έχουν έως και 14 στάδια. Σε αυτή την περίπτωση, το ενδιάμεσο στοιχείο είναι το ράδιο και το τελευταίο στάδιο είναι ο σχηματισμός μολύβδου. Αυτό το μέταλλο δεν είναι ραδιενεργό στοιχείο, επομένως η σειρά των μετασχηματισμών διακόπτεται. Ωστόσο, χρειάζονται αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια για να μετατραπεί πλήρως το ουράνιο σε μόλυβδο.
Το ραδιενεργό μετάλλευμα ουρανίου προκαλεί συχνά δηλητηρίαση σε επιχειρήσεις που ασχολούνται με την εξόρυξη και την επεξεργασία πρώτων υλών ουρανίου. Στο ανθρώπινο σώμα, το ουράνιο είναι ένα γενικό κυτταρικό δηλητήριο. Προσβάλλει κυρίως τα νεφρά, αλλά επηρεάζει επίσης το ήπαρ και το γαστρεντερικό σωλήνα.
Το ουράνιο δεν έχει απόλυτα σταθερά ισότοπα. Η μεγαλύτερη περίοδος ζωής παρατηρείται για το ουράνιο-238. Η ημιδιάσπαση του ουρανίου-238 συμβαίνει σε 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Λίγο λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, λαμβάνει χώρα η μισή αποσύνθεση του ουρανίου-235 - 0,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Το Uranium-238 καταλαμβάνει πάνω από το 99% του συνολικού όγκου του φυσικού ουρανίου. Λόγω του κολοσσιαίου χρόνου ημιζωής του, η ραδιενέργεια αυτού του μετάλλου δεν είναι υψηλή· για παράδειγμα, τα σωματίδια άλφα δεν μπορούν να διεισδύσουν στην κεράτινη στοιβάδα του ανθρώπινου δέρματος. Μετά από μια σειρά μελετών, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η κύρια πηγή ακτινοβολίας δεν είναι το ίδιο το ουράνιο, αλλά το αέριο ραδόνιο που παράγει, καθώς και τα προϊόντα αποσύνθεσής του που εισέρχονται στο ανθρώπινο σώμα κατά την αναπνοή.