Uranium, unsur kimia: sejarah penemuan dan reaksi fisi nuklir. Bijih uranium: properti, aplikasi, penambangan

Uranium adalah logam radioaktif. Di alam, uranium terdiri dari tiga isotop: uranium-238, uranium-235, dan uranium-234. Tingkat stabilitas tertinggi tercatat pada uranium-238.

Peluruhan radioaktif uranium

Peluruhan radioaktif adalah proses perubahan komposisi atau unsur secara tiba-tiba struktur internal inti atom, yang ditandai dengan ketidakstabilan. Pada saat yang sama, mereka dipancarkan partikel elementer, sinar gamma dan/atau fragmen nuklir. Zat radioaktif mengandung inti radioaktif. Inti anak hasil peluruhan radioaktif juga dapat menjadi radioaktif dan setelah waktu tertentu mengalami peluruhan. Proses ini berlanjut hingga terbentuk inti stabil tanpa radioaktivitas. E. Rutherford secara eksperimental membuktikan pada tahun 1899 bahwa garam uranium memancarkan tiga jenis sinar:

• sinar α - aliran partikel bermuatan positif
• Sinar β - aliran partikel bermuatan negatif
• Sinar-γ tidak menimbulkan penyimpangan pada medan magnet.

Radioaktivitas uranium

Radioaktivitas alam inilah yang membedakan radioaktif uranium dengan unsur lainnya. Atom uranium, apapun faktor dan kondisinya, berubah secara bertahap. Dalam hal ini, sinar tak terlihat dipancarkan. Setelah transformasi yang terjadi pada atom uranium, diperoleh unsur radioaktif yang berbeda dan prosesnya diulangi. Dia akan mengulanginya sebanyak yang diperlukan untuk mendapatkan unsur non-radioaktif. Misalnya, beberapa rantai transformasi memiliki hingga 14 tahap. Dalam hal ini, unsur perantaranya adalah radium, dan tahap terakhir adalah pembentukan timbal. Logam ini bukan merupakan unsur radioaktif, sehingga rangkaian transformasinya terputus. Namun, dibutuhkan waktu beberapa miliar tahun agar uranium dapat sepenuhnya berubah menjadi timbal.
Bijih Radioaktif uranium sering menyebabkan keracunan pada perusahaan yang terlibat dalam penambangan dan pengolahan bahan baku uranium. Di dalam tubuh manusia, uranium adalah racun seluler umum. Penyakit ini terutama menyerang ginjal, namun juga menyerang hati dan saluran cerna.
Uranium tidak memiliki isotop yang sepenuhnya stabil. Masa hidup terpanjang diamati pada uranium-238. Setengah peluruhan uranium-238 terjadi selama 4,4 miliar tahun. Kurang dari satu miliar tahun, setengah peluruhan uranium-235 terjadi - 0,7 miliar tahun. Uranium-238 menempati lebih dari 99% total volume uranium alam. Karena waktu paruhnya yang sangat besar, radioaktivitas logam ini tidak tinggi, misalnya partikel alfa tidak dapat menembus stratum korneum kulit manusia. Setelah serangkaian penelitian, para ilmuwan menemukan bahwa sumber utama radiasi bukanlah uranium itu sendiri, melainkan gas radon yang dihasilkannya, serta produk peluruhannya yang masuk ke dalam tubuh manusia saat bernafas.

Teknologi nuklir sebagian besar didasarkan pada penggunaan metode radiokimia, yang pada gilirannya didasarkan pada sifat fisik, fisik, kimia, dan racun nuklir dari unsur radioaktif.

Dalam bab ini kita akan membatasi diri pada penjelasan singkat tentang sifat-sifat isotop fisil utama - uranium dan plutonium.

Uranus

Uranus ( uranium) U - unsur golongan aktinida, periode 7-0 sistem periodik, Z=92, massa atom 238.029; yang terberat ditemukan di alam.

Terdapat 25 isotop uranium yang diketahui, semuanya radioaktif. Yang termudah 217U (Tj/ 2 =26 ms), terberat 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 menit). Ada 6 isomer inti. Uranium alam mengandung tiga isotop radioaktif: 2 8 dan (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 tahun) dan 2 34 U ( 0,0056%, Ti/ 2=2,48-yuz l). Radioaktivitas spesifik uranium alam adalah 2,48104 Bq, terbagi hampir setengahnya antara 2 34 U dan 288 U; 2 35U memberikan kontribusi yang kecil (aktivitas spesifik isotop 2 zi dalam uranium alam 21 kali lebih kecil dari aktivitas 2 3 8 U). Penampang penangkapan neutron termal masing-masing adalah 46, 98 dan 2,7 gudang untuk 2 zzi, 2 35U dan 2 3 8 U; pembagian bagian 527 dan 584 gudang masing-masing menjadi 2 zzi dan 2 z 8 dan; campuran alami isotop (0,7% 235U) 4,2 lumbung.

Meja 1. Sifat fisik nuklir 2 h9 Ri dan 2 35T.

Meja 2. Penangkapan neutron 2 35T dan 2 z 8 C.

Enam isotop uranium mampu melakukan fisi spontan: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i dan 2 z 8 i. Isotop alami 2 33 dan 2 35 U fisi di bawah pengaruh neutron termal dan cepat, dan inti 2 3 8 mampu melakukan fisi hanya jika menangkap neutron dengan energi lebih dari 1,1 MeV. Ketika menangkap neutron dengan energi lebih rendah, inti 288 U pertama-tama berubah menjadi inti 2 -i9U, yang kemudian mengalami peluruhan p dan pertama-tama berubah menjadi 2 -"*9Np, dan kemudian menjadi 2 39Pu. Penampang melintang efektif untuk penangkapan energi termal neutron dari 2 34U, 2 inti 35U dan 2 3 8 dan masing-masing sama dengan 98, 683 dan 2,7 lumbung. Fisi sempurna dari 2 35 U menghasilkan “setara energi panas” sebesar 2-107 kWh/kg. Isotop 2 35 U dan 2 zzi digunakan sebagai bahan bakar nuklir, mampu mendukung reaksi fisi berantai.

Reaktor nuklir menghasilkan n isotop uranium buatan dengan nomor massa 227-^240, dengan umur terpanjang adalah 233U (7 V 2 =i.62 *io 5 tahun); itu diperoleh dengan iradiasi neutron thorium. Dalam fluks neutron super kuat dari ledakan termonuklir, lahirlah isotop uranium dengan nomor massa 239^257.

Uran-232- nuklida teknogenik, a-emitor, T x / 2=68,9 tahun, isotop induk 2 jam 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) dan 23 2 Ra(p), nuklida anak 228 Th. Intensitas fisi spontan adalah 0,47 divisi/s kg.

Uranium-232 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

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

Dalam industri nuklir, 2 3 2 U diproduksi sebagai produk sampingan selama sintesis nuklida fisil (tingkat senjata) 2 zi dalam siklus bahan bakar thorium. Ketika 2 3 2 Th disinari dengan neutron, terjadi reaksi utama:

dan reaksi samping dua langkah:

Produksi 232 U dari thorium hanya terjadi pada neutron cepat (E„>6 MeV). Jika zat awalnya mengandung 2 3°TH, maka pembentukan 2 3 2 U dilengkapi dengan reaksi: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Reaksi ini terjadi dengan menggunakan neutron termal. Generasi 2 3 2 U tidak diinginkan karena sejumlah alasan. Penekanannya adalah dengan menggunakan thorium dengan konsentrasi minimal 2 3°TH.

Peluruhan 2×2 terjadi pada arah sebagai berikut:

Peluruhan pada 228 Th (probabilitas 10%, energi peluruhan 5,414 MeV):

energi partikel alfa yang dipancarkan adalah 5,263 MeV (dalam 31,6% kasus) dan 5,320 MeV (dalam 68,2% kasus).

• - fisi spontan (probabilitas kurang dari ~ 12%);
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan kurang dari 5*10" 12%):

Peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2

Uranium-232 adalah pendiri rantai peluruhan panjang, yang mencakup nuklida - penghasil y-quanta keras:

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

Akumulasi 2 3 2 U tidak dapat dihindari selama produksi 2 zi dalam siklus energi thorium. Radiasi y yang intens yang timbul dari peluruhan 2 3 2 U menghambat perkembangan energi thorium. Yang tidak biasa adalah bahwa isotop genap 2 3 2 11 memiliki penampang fisi yang tinggi di bawah pengaruh neutron (75 lumbung untuk neutron termal), serta penampang penangkapan neutron yang tinggi - 73 lumbung. 2 3 2 U digunakan dalam metode pelacak radioaktif dalam penelitian kimia.

2 jam 2 dan merupakan pendiri rantai peluruhan panjang (menurut skema 2 jam 2 T), yang mencakup penghasil nuklida y-quanta keras. Akumulasi 2 3 2 U tidak dapat dihindari selama produksi 2 zi dalam siklus energi thorium. Radiasi y yang intens yang timbul dari peluruhan 232 U menghambat perkembangan energi thorium. Yang tidak biasa adalah bahwa isotop genap 2 3 2 U memiliki penampang fisi yang tinggi di bawah pengaruh neutron (75 lumbung untuk neutron termal), serta penampang penangkapan neutron yang tinggi - 73 lumbung. 2 3 2 U sering digunakan dalam metode pelacak radioaktif dalam penelitian kimia dan fisika.

Uran-233- radionuklida buatan, a-emitor (energi 4,824 (82,7%) dan 4,783 MeV (14,9%)), televisi= 1,585105 tahun, nuklida induk 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), nuklida anakan 22 9Th. 2 zzi diperoleh dalam reaktor nuklir dari thorium: 2 z 2 Th menangkap neutron dan berubah menjadi 2 zzT, yang terurai menjadi 2 zzRa, dan kemudian menjadi 2 zzi. Inti dari 2 zi (isotop ganjil) mampu melakukan fisi spontan dan fisi di bawah pengaruh neutron dengan energi berapa pun, sehingga cocok untuk produksi senjata atom dan bahan bakar reaktor. Penampang fisi efektif 533 lumbung, penampang tangkapan 52 lumbung, hasil neutron: per peristiwa fisi - 2,54, per neutron terserap - 2,31. Massa kritis 2 zzi tiga kali lebih kecil dari massa kritis 2 35U (-16 kg). Intensitas fisi spontan adalah 720 divisi/s kg.

Uranium-233 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

- (3 + -peluruhan nuklida 2 33Np (7^=36,2 menit):

DI DALAM skala industri 2 zzi diperoleh dari 2 32Th melalui iradiasi dengan neutron:

Ketika sebuah neutron diserap, inti 2 zzi biasanya terbelah, tetapi kadang-kadang menangkap sebuah neutron, berubah menjadi 2 34U. Meskipun 2 zzi biasanya membelah setelah menyerap sebuah neutron, terkadang ia menahan sebuah neutron, berubah menjadi 2 34U. Produksi 2 zir dilakukan di reaktor cepat dan termal.

Dari sudut pandang senjata, 2 ZZI sebanding dengan 2 39Pu: radioaktivitasnya 1/7 dari aktivitas 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 liter versus 24100 liter untuk Pu), massa kritis 2 zi 60% lebih tinggi dibandingkan massa kritis ^Pu (16 kg versus 10 kg), dan laju fisi spontan 20 kali lebih tinggi (bth - ' versus 310 10). Fluks neutron dari 2 zzi tiga kali lebih tinggi dibandingkan dengan 2 39Pi. Membuat muatan nuklir berdasarkan 2 zi membutuhkan lebih banyak usaha daripada ^Pi. Hambatan utamanya adalah adanya pengotor 232 U di 2ZZI, radiasi y dari proyek peluruhan yang menyulitkan pengerjaan 2ZZI dan memudahkan pendeteksian senjata jadi. Selain itu, waktu paruh 2 3 2 U yang pendek menjadikannya sumber aktif partikel alfa. 2 zi dengan 1% 232 dan memiliki aktivitas a tiga kali lebih kuat daripada plutonium tingkat senjata dan, karenanya, memiliki radiotoksisitas yang lebih besar. Aktivitas a ini menyebabkan terciptanya neutron pada unsur ringan muatan senjata. Untuk meminimalkan masalah ini, keberadaan unsur-unsur seperti Be, B, F, Li harus diminimalkan. Kehadiran latar belakang neutron tidak mempengaruhi pengoperasian sistem ledakan, tetapi sirkuit meriam memerlukan tingkat kemurnian yang tinggi untuk elemen ringan.Kandungan 23 2 U dalam senjata kelas 2 zi tidak boleh melebihi 5 bagian per juta (0,0005% ). Dalam bahan bakar reaktor tenaga panas, keberadaan 2 3G tidak berbahaya, dan bahkan diinginkan, karena mengurangi kemungkinan penggunaan uranium untuk keperluan senjata. Setelah bahan bakar bekas diolah dan digunakan kembali, kandungan 232U mencapai sekitar 1+ 0,2%.

Peluruhan 2 zi terjadi pada arah berikut:

Peluruhan pada 22 9Th (probabilitas 10%, energi peluruhan 4,909 MeV):

energi partikel yahr yang dipancarkan adalah 4,729 MeV (dalam 1,61% kasus), 4,784 MeV (dalam 13,2% kasus) dan 4,824 MeV (dalam 84,4% kasus).

• - pembagian spontan (probabilitas
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan kurang dari 1,3*10_13%):

Peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 24 Ne (probabilitas peluruhan 7,3-10-“%):

Rantai peluruhan 2 zzi termasuk dalam seri neptunium.

Radioaktivitas spesifik 2 zi adalah 3,57-8 Bq/g, yang setara dengan aktivitas (dan radiotoksisitas) -15% plutonium. Hanya 1% 2 3 2 U meningkatkan radioaktivitas hingga 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) bagian uranium alam (0,0055%), 2,445105 tahun, a-emitor (energi partikel a 4,777 (72%) dan

4.723 (28%) MeV), radionuklida induk: 2 jam 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

isotop anak perempuan pada 2 z”th.

Biasanya, 234 U berada dalam kesetimbangan dengan 2 jam 8 u, meluruh dan terbentuk dengan kecepatan yang sama. Sekitar setengah dari radioaktivitas uranium alam disumbangkan oleh 234U. Biasanya, 234U diperoleh dengan kromatografi penukar ion dari sediaan lama 2 × 8 Pu murni. Selama peluruhan a, *zRi menghasilkan 2 · 34U, jadi sediaan lama 2 jam 8 Ru merupakan sumber yang baik untuk 2 · 34U. yuo g 238Pi mengandung setelah satu tahun 776 mg 2 34U, setelah 3 tahun

2,2 gram 2 34U. Konsentrasi 2 34U dalam uranium yang diperkaya tinggi cukup tinggi karena pengayaan istimewa dengan isotop ringan. Karena 2 34u adalah pemancar y yang kuat, terdapat pembatasan konsentrasinya dalam uranium yang dimaksudkan untuk diolah menjadi bahan bakar. Peningkatan level 234 dan dapat diterima untuk reaktor, namun bahan bakar bekas yang diproses ulang sudah mengandung isotop ini dalam kadar yang tidak dapat diterima.

Peluruhan 234i terjadi pada arah berikut:

Peluruhan A pada 2 3°Т (probabilitas 100%, energi peluruhan 4,857 MeV):

energi partikel alfa yang dipancarkan adalah 4,722 MeV (dalam 28,4% kasus) dan 4,775 MeV (dalam 71,4% kasus).

• - pembelahan spontan (probabilitas 1,73-10-9%).
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan 1,4-10%, menurut data lain 3,9-10%):

• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2 4Ne dan 26 Ne (probabilitas peluruhan 9-10", 2%, menurut data lain 2,3-10_11%):

Satu-satunya isomer yang diketahui adalah 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Penampang serapan 2 neutron termal 34U adalah 100 lumbung, dan untuk integral resonansi yang dirata-ratakan pada berbagai neutron perantara adalah 700 lumbung. Oleh karena itu, dalam reaktor neutron termal, ia diubah menjadi 235U fisil dengan laju yang lebih cepat daripada jumlah 238U yang jauh lebih besar (dengan penampang 2,7 lumbung) yang diubah menjadi 2 39Ru. Akibatnya, bahan bakar bekas mengandung lebih sedikit 2 34U dibandingkan bahan bakar segar.

Uran-235 termasuk dalam keluarga 4P+3, yang mampu menghasilkan reaksi fisi berantai. Ini adalah isotop pertama yang menemukan reaksi fisi nuklir paksa di bawah pengaruh neutron. Dengan menyerap satu neutron, 235U menjadi 2 zbi, yang terbagi menjadi dua bagian, melepaskan energi dan memancarkan beberapa neutron. Fisil oleh neutron dengan energi berapa pun dan mampu melakukan fisi spontan, isotop 2 35U merupakan bagian dari ufan alami (0,72%), emitor-a (energi 4,397 (57%) dan 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-8 tahun, nuklida induk 2 35Pa, 2 35Np dan 2 39Pu, anak perempuan - 23Th. Laju fisi spontan 2 3su 0,16 fisi/s kg. Ketika satu inti 2 35U membelah, energi 200 MeV = 3,210 p J dilepaskan, mis. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Penampang fisi oleh neutron termal adalah 545 lumbung, dan oleh neutron cepat - 1,22 lumbung, hasil neutron: per aksi fisi - 2,5, per neutron yang diserap - 2,08.

Komentar. Penampang penangkapan neutron lambat menghasilkan isotop 2 sii (oo lumbung), sehingga total penampang serapan neutron lambat adalah 645 lumbung.

• - fisi spontan (probabilitas 7*10~9%);
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2 °Ne, 2 5Ne dan 28 Mg (probabilitasnya masing-masing adalah 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Beras. 1.

Satu-satunya isomer yang diketahui adalah 2 35n»u (7/ 2 = 2b menit).

Aktivitas spesifik 2 35C 7,77-4 Bq/g. Massa kritis uranium tingkat senjata (93,5% 2 35U) untuk bola dengan reflektor adalah 15-7-23 kg.

Fisi 2 »5U digunakan dalam senjata atom, untuk produksi energi dan untuk sintesis aktinida penting. Reaksi berantai dipertahankan oleh kelebihan neutron yang dihasilkan selama fisi 2 35C.

Uran-236 ditemukan secara alami di Bumi dalam jumlah kecil (lebih banyak di Bulan), a-emitor (?

Beras. 2. Keluarga radioaktif 4/7+2 (termasuk -з 8 и).

DI DALAM reaktor nuklir 2 zzi menyerap neutron termal, setelah itu fisi dengan probabilitas 82%, dan dengan probabilitas 18% memancarkan kuantum y dan berubah menjadi 2 sb dan (untuk 10 inti fisi 2 35U terdapat 22 inti terbentuk 2 3 6 kamu). Dalam jumlah kecil itu adalah bagian dari bahan bakar segar; terakumulasi ketika uranium diiradiasi dengan neutron di dalam reaktor, dan oleh karena itu digunakan sebagai “alat pemberi sinyal” untuk bahan bakar nuklir bekas. 2 hb dan terbentuk sebagai produk sampingan selama pemisahan isotop melalui difusi gas selama regenerasi bahan bakar nuklir bekas. 236 U adalah racun neutron yang terbentuk dalam reaktor daya, keberadaannya dalam bahan bakar nuklir dikompensasi oleh pengayaan tingkat tinggi 2 35 U.

2 z b dan digunakan sebagai pelacak pencampuran air laut.

Uranium-237,T&= 6,75 hari, pemancar beta dan gamma, dapat diperoleh dari reaksi nuklir:

Deteksi 287 dan dilakukan sepanjang baris dengan Mata= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U digunakan dalam metode radiotracer dalam penelitian kimia. Mengukur konsentrasi (2-4°Am) akibat uji senjata atom memberikan informasi berharga tentang jenis muatan dan peralatan yang digunakan.

Uran-238- termasuk dalam kelompok 4P+2, dapat dipecah oleh neutron berenergi tinggi (lebih dari 1,1 MeV), mampu melakukan fisi spontan, membentuk bahan dasar uranium alam (99,27%), a-emitor, 7’; /2=4>468-109 tahun, langsung meluruh menjadi 2 34Th, membentuk sejumlah radionuklida yang berkaitan secara genetik, dan setelah 18 produk berubah menjadi 206 Рb. Murni 2 3 8 U memiliki radioaktivitas spesifik 1,22-104 Bq. Waktu paruhnya sangat lama - sekitar 10 16 tahun, sehingga kemungkinan fisi sehubungan dengan proses utama - emisi partikel alfa - hanya 10" 7. Satu kilogram uranium hanya menghasilkan 10 fisi spontan per detik, dan pada saat yang sama partikel alfa mengeluarkan 20 juta inti Nuklida induk: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, anak perempuan T,/ 2 = 2 :Saya 4 Th.

Uranium-238 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Di antara mineral sekunder, kalsium uranil fosfat terhidrasi Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 sering ditemukan dalam mineral uranium disertai dengan unsur berguna lainnya - titanium , tantalum, tanah jarang. Oleh karena itu, wajar jika kita mengupayakan pengolahan bijih yang mengandung uranium secara kompleks.

Sifat fisik dasar uranium: massa atom 238,0289 sma. (g/mol); jari-jari atom 138 sore (1 siang = 12 m); energi ionisasi (elektron pertama 7,11 eV; konfigurasi elektronik -5f36d'7s 2; bilangan oksidasi 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; kepadatan 19,05; kapasitas panas spesifik 0,115 JDKmol); kuat tarik 450 MPa, kalor peleburan 12,6 kJ/mol, kalor penguapan 417 kJ/mol, kalor jenis 0,115 J/(mol-K); volume molar 12,5 cm3/mol; karakteristik suhu Debye © D =200K, suhu transisi ke keadaan superkonduktor sekitar 0,68K.

Uranium adalah logam berat, berwarna putih keperakan, dan mengkilat. Ini sedikit lebih lembut dari baja, mudah dibentuk, fleksibel, memiliki sedikit sifat paramagnetik, dan bersifat piroforik dalam bentuk bubuk. Uranium memiliki tiga bentuk alotropik: alfa (ortorombik, a-U, parameter kisi 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil hingga 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil dari 667,7 hingga 774,8°), gamma (dengan kisi berpusat benda kubik, y-U, terdapat dari 774,8° hingga titik leleh, frm= ii34 0), dimana uranium paling mudah ditempa dan mudah untuk diproses.

Pada suhu kamar, fase a ortorombik stabil; struktur prismatik terdiri dari lapisan atom bergelombang yang sejajar dengan bidang. ABC, dalam kisi prismatik yang sangat asimetris. Di dalam lapisan, atom-atom terikat erat, sedangkan kekuatan ikatan antar atom di lapisan yang berdekatan jauh lebih lemah (Gambar 4). Struktur anisotropik ini mempersulit paduan uranium dengan logam lain. Hanya molibdenum dan niobium yang menghasilkan paduan fase padat dengan uranium. Namun, logam uranium dapat berinteraksi dengan banyak paduan, membentuk senyawa intermetalik.

Pada kisaran 668^775° terdapat (3-uranium. Kisi tipe tetragonal memiliki struktur berlapis dengan lapisan sejajar bidang ab di posisi 1/4С, 1/2 Dengan dan 3/4C sel satuan. Pada suhu di atas 775°, y-uranium dengan kisi kubik berpusat pada tubuh terbentuk. Penambahan molibdenum memungkinkan fase y hadir pada suhu kamar. Molibdenum membentuk berbagai larutan padat dengan y-uranium dan menstabilkan fase y pada suhu kamar. y-Uranium jauh lebih lembut dan lebih mudah ditempa dibandingkan fase a- dan (3-fasa yang rapuh.

Iradiasi neutron mempunyai dampak yang signifikan terhadap sifat fisik dan mekanik uranium, menyebabkan peningkatan ukuran sampel, perubahan bentuk, serta penurunan tajam sifat mekanik (creep, embrittlement) blok uranium selama proses. pengoperasian reaktor nuklir. Peningkatan volume ini disebabkan oleh akumulasi uranium selama fisi pengotor unsur-unsur dengan kepadatan lebih rendah (terjemahan 1% uranium menjadi unsur fragmentasi meningkatkan volume sebesar 3,4%).

Beras. 4. Beberapa struktur kristal uranium: a - a-uranium, b - p-uranium.

Metode yang paling umum untuk memperoleh uranium dalam bentuk logam adalah dengan mereduksi fluoridanya dengan logam alkali atau alkali tanah atau dengan elektrolisis garam cair. Uranium juga dapat diperoleh dengan reduksi metalotermik dari karbida dengan tungsten atau tantalum.

Kemampuan melepaskan elektron dengan mudah menentukan sifat reduksi uranium dan aktivitas kimianya yang lebih besar. Uranium dapat berinteraksi dengan hampir semua unsur kecuali gas mulia, memperoleh bilangan oksidasi +2, +3, +4, +5, +6. Dalam larutan valensi utama adalah 6+.

Teroksidasi dengan cepat di udara, logam uranium ditutupi dengan lapisan oksida warna-warni. Bubuk uranium halus secara spontan terbakar di udara (pada suhu 1504-175°), membentuk dan;) Ov. Pada suhu 1000°, uranium bergabung dengan nitrogen, membentuk uranium nitrida kuning. Air dapat bereaksi dengan logam, secara perlahan pada suhu rendah dan cepat pada suhu tinggi. Uranium bereaksi hebat dengan air mendidih dan uap menghasilkan hidrogen, yang membentuk hidrida dengan uranium

Reaksi ini lebih energik dibandingkan pembakaran uranium dalam oksigen. Aktivitas kimia uranium ini mengharuskan perlindungan uranium di reaktor nuklir dari kontak dengan air.

Uranium larut dalam asam klorida, nitrat dan asam lainnya, membentuk garam U(IV), tetapi tidak berinteraksi dengan basa. Uranium menggantikan hidrogen dari asam anorganik dan larutan garam logam seperti merkuri, perak, tembaga, timah, platinum, dan emas. Ketika dikocok dengan kuat, partikel logam uranium mulai bersinar.

Ciri-ciri struktural kulit elektron atom uranium (keberadaan ^/-elektron) dan beberapa sifat fisikokimianya menjadi dasar untuk mengklasifikasikan uranium ke dalam deret aktinida. Namun, terdapat analogi kimia antara uranium dan Cr, Mo dan W. Uranium sangat reaktif dan bereaksi dengan semua unsur kecuali gas mulia. Pada fasa padat, contoh U(VI) adalah uranil trioksida U0 3 dan uranil klorida U0 2 C1 2. Uranium tetraklorida UC1 4 dan uranium dioksida U0 2

Contoh U(IV). Zat yang mengandung U(IV) biasanya tidak stabil dan menjadi heksavalen bila terkena udara dalam waktu lama.

Enam oksida terbentuk dalam sistem uranium-oksigen: UO, U0 2, U 4 0 9, dan 3 Ov, U0 3. Mereka dicirikan oleh homogenitas yang luas. U0 2 merupakan oksida basa, sedangkan U0 3 bersifat amfoter. U0 3 - berinteraksi dengan air membentuk sejumlah hidrat, yang terpenting adalah asam diuranat H 2 U 2 0 7 dan asam uranium H 2 1U 4. Dengan basa, U0 3 membentuk garam dari asam ini - uranat. Ketika U0 3 dilarutkan dalam asam, garam dari kation uranil bermuatan ganda U0 2 a+ terbentuk.

Uranium dioksida, U0 2, memiliki komposisi stoikiometri warna cokelat. Ketika kandungan oksigen dalam oksida meningkat, warnanya berubah dari coklat tua menjadi hitam. Struktur kristal tipe CaF 2, A = 0,547nm; kepadatan 10,96 g/cm"* (kepadatan tertinggi di antara oksida uranium). T , tolong =2875 0 , Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Uranium dioksida adalah semikonduktor dengan konduktivitas lubang dan paramagnet yang kuat. MPC = o,015mg/m3. Tidak larut dalam air. Pada suhu -200° ia menambahkan oksigen, mencapai komposisi U0 2>25.

Uranium (IV) oksida dapat dibuat melalui reaksi berikut:

Uranium dioksida hanya menunjukkan sifat dasar, sesuai dengan basa hidroksida U(OH) 4, yang kemudian diubah menjadi hidroksida terhidrasi U0 2 H 2 0. Uranium dioksida perlahan larut dalam asam kuat-non-pengoksidasi dengan tidak adanya oksigen atmosfer dengan pembentukan ion III+:

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

Ini larut dalam asam pekat, dan laju pembubaran dapat ditingkatkan secara signifikan dengan menambahkan ion fluor.

Saat dilarutkan asam sendawa pembentukan ion uranil 1U 2 2+ terjadi:

Triuran octaoxide U 3 0s (uranium oksida) adalah bubuk yang warnanya bervariasi dari hitam hingga hijau tua; jika diremas kuat, warnanya berubah menjadi hijau zaitun. Kristal hitam besar meninggalkan garis-garis hijau pada porselen. Tiga modifikasi kristal U 3 0 diketahui h: a-U 3 C>8 - struktur kristal belah ketupat (grup ruang C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = o.83 nm; D =0,839nm); p-U 3 0e - struktur kristal belah ketupat (grup ruang Pertama; 0=0,705nm; 6=1,172nm; 0=0,829nm. Awal dekomposisi adalah oooo° (transisi ke 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 dapat diperoleh dengan reaksi:

Dengan kalsinasi U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 atau (NH 4) 2 U 2 0 7 pada 750 0 di udara atau di atmosfer oksigen ( p = 150+750 mmHg) memperoleh U 3 08 yang murni secara stoikiometri.

Ketika U 3 0s dikalsinasi pada T>oooo°, ia berkurang menjadi 10 2 , tetapi setelah didinginkan di udara ia kembali ke U 3 0s. U 3 0e hanya larut dalam asam kuat pekat. Dalam asam klorida dan asam sulfat, campuran U(IV) dan U(VI) terbentuk, dan dalam asam nitrat - uranil nitrat. Asam sulfat dan asam klorida encer bereaksi sangat lemah dengan U 3 Os bahkan ketika dipanaskan; penambahan zat pengoksidasi (asam nitrat, pirolusit) secara tajam meningkatkan laju disolusi. H 2 S0 4 pekat melarutkan U 3 Os membentuk U(S0 4) 2 dan U0 2 S0 4 . Asam nitrat melarutkan U 3 Oe membentuk uranil nitrat.

Uranium trioksida, U0 3 - kristal atau zat amorf warna kuning cerah. Bereaksi dengan air. MPC = 0,075mg/m3.

Ini diperoleh dengan mengkalsinasi amonium poliuranat, uranium peroksida, uranil oksalat pada suhu 300-500° dan uranil nitrat heksahidrat. Ini menghasilkan bubuk jeruk dengan struktur amorf dengan kepadatan

6,8 gram/cmz. Bentuk kristal IU 3 dapat diperoleh dengan oksidasi U 3 0 8 pada suhu 450°h-750° dalam aliran oksigen. Ada enam modifikasi kristal U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 bersifat higroskopis dan di udara lembab berubah menjadi uranil hidroksida. Pemanasannya pada 520°-^6oo° menghasilkan senyawa komposisi 1U 2>9, pemanasan lebih lanjut hingga 6oo° memungkinkan seseorang memperoleh U 3 Os.

Hidrogen, amonia, karbon, alkali dan logam alkali tanah mereduksi U0 3 menjadi U0 2. Ketika campuran gas HF dan NH 3 dilewatkan, UF 4 terbentuk. Pada valensi yang lebih tinggi, uranium menunjukkan sifat amfoter. Bila terkena asam U0 3 atau hidratnya, terbentuk garam uranil (U0 2 2+), berwarna kuning kehijauan:

Kebanyakan garam uranil sangat larut dalam air.

Ketika menyatu dengan basa, U0 3 membentuk garam asam uranat - MDKH uranat:

Dengan larutan basa, uranium trioksida membentuk garam asam poliuranat - poliuranat DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Garam asam uranat praktis tidak larut dalam air.

Sifat asam U(VI) kurang menonjol dibandingkan sifat basa.

Uranium bereaksi dengan fluor pada suhu kamar. Stabilitas halida yang lebih tinggi menurun dari fluorida menjadi iodida. Fluorida UF 3, U4F17, U2F9 dan UF 4 bersifat non-volatil, dan UFe mudah menguap. Fluorida yang paling penting adalah UF 4 dan UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart menurut amalan:

Reaksi dalam unggun terfluidisasi dilakukan menurut persamaan:

Dimungkinkan untuk menggunakan bahan fluorinasi: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) atau CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranium fluorida (1U) UF 4 (“garam hijau”) adalah bubuk berwarna kehijauan kebiruan hingga zamrud. G 11L = yuz6°; ,,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Struktur kristalnya monoklinik (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7nm; p=12b°20"; densitas 6,72 g/cm3. UF 4 adalah senyawa yang stabil, tidak aktif, tidak mudah menguap, sukar larut dalam air. Pelarut terbaik untuk UF 4 adalah asam perklorat berasap HC10 4. Larut dalam asam pengoksidasi membentuk garam uranil ; cepat larut dalam larutan panas Al(N0 3) 3 atau AlCl 3, serta dalam larutan asam borat yang diasamkan dengan H 2 S0 4, HC10 4 atau HC1. Zat pengompleks yang mengikat ion fluorida, misalnya misalnya Fe3 +, Al3 + atau asam borat, juga berkontribusi terhadap pembubaran UF 4. Dengan fluorida logam lain membentuk sejumlah garam ganda yang sukar larut (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, dll.). NH 4 UF 5 memiliki kepentingan industri.

U(IV) fluorida adalah produk antara dalam sediaan

baik UF6 dan logam uranium.

UF 4 dapat diperoleh dengan reaksi:

atau dengan reduksi elektrolitik uranil fluorida.

Uranium heksafluorida UFe - pada suhu kamar, kristal berwarna gading dengan indeks bias tinggi. Kepadatan

5,09 g/cmz, massa jenis UFe cair - 3,63 g/cmz. senyawa yang mudah menguap. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (di bawah tekanan). Tekanan uap jenuh mencapai atmosfer pada 560°. Entalpi pembentukan AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Struktur kristalnya ortorombik (kelompok ruang. Rp; 0=0,999nm; fe= 0,8962nm; c=o.5207nm; D 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015mg/m3. Dari wujud padat, UF6 dapat menyublim (menyublim) menjadi gas, melewati fase cair pada rentang tekanan yang luas. Panas sublimasi pada 50 0 50 kJ/mg. Molekul tersebut tidak memiliki momen dipol, sehingga UF6 tidak berasosiasi. Uap UFR merupakan gas ideal.

Itu diperoleh melalui aksi fluor pada senyawa U-nya:

Selain reaksi fasa gas, ada juga reaksi fasa cair

memproduksi UF6 menggunakan halofluorida, misalnya

Ada cara untuk mendapatkan UF6 tanpa menggunakan fluor - dengan oksidasi UF 4:

UFe tidak bereaksi dengan udara kering, oksigen, nitrogen, dan C0 2, tetapi jika terkena air, bahkan sedikit pun, ia mengalami hidrolisis:

Ia berinteraksi dengan sebagian besar logam, membentuk fluoridanya, yang mempersulit metode penyimpanannya. Bahan bejana yang cocok untuk bekerja dengan UF6 adalah: saat dipanaskan, Ni, Monel dan Pt, dalam cuaca dingin - juga Teflon, kuarsa dan kaca yang benar-benar kering, tembaga dan aluminium. Pada suhu 25-0°C membentuk senyawa kompleks dengan fluorida logam alkali dan perak jenis 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Ini larut dengan baik dalam berbagai cairan organik, asam anorganik dan semua halofluorida. Inert hingga kering 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr dicirikan oleh reaksi reduksi dengan sebagian besar logam murni. Dengan hidrokarbon dan lain-lain zat organik UF6 bereaksi dengan kuat, sehingga wadah tertutup yang mengandung UVe dapat meledak. UF6 pada kisaran 25 -r100° membentuk garam kompleks dengan fluorida alkali dan logam lainnya. Properti ini digunakan dalam teknologi ekstraksi selektif UF

Uranium hidrida UH 2 dan UH 3 menempati posisi perantara antara hidrida mirip garam dan hidrida dari jenis larutan padat hidrogen dalam logam.

Ketika uranium bereaksi dengan nitrogen, nitrida terbentuk. DI DALAM sistem PBB empat fase diketahui: UN (uranium nitrida), a-U 2 N 3 (sesquinitride), p- U 2 N 3 dan PBB If90. Komposisi UN 2 (dinitrida) tidak dapat dicapai. Sintesis uranium mononitrida PBB dapat diandalkan dan terkontrol dengan baik, yang paling baik dilakukan langsung dari unsurnya. Uranium nitrida adalah zat tepung yang warnanya bervariasi dari abu-abu tua hingga abu-abu; terlihat seperti logam. PBB memiliki struktur kristal berpusat muka kubik, seperti NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, stabil dalam vakum hingga 1700 0. Dibuat dengan mereaksikan U atau U hidrida dengan N 2 atau NH 3 , dekomposisi nitrida U yang lebih tinggi pada suhu 1300° atau reduksinya dengan logam uranium. U 2 N 3 dikenal dalam dua modifikasi polimorfik: kubik a dan p heksagonal (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), melepaskan N 2 dalam ruang hampa di atas 8oo°. Itu diperoleh dengan mereduksi UN 2 dengan hidrogen. Dinitrida UN2 disintesis dengan mereaksikan U dengan N2 di bawah tekanan N2 yang tinggi. Uranium nitrida mudah larut dalam larutan asam dan alkali, tetapi terurai oleh alkali cair.

Uranium nitrida diperoleh dengan reduksi karbotermik uranium oksida dua tahap:

Pemanasan dalam argon pada 7M450 0 selama 10*20 jam

Uranium nitrida dengan komposisi yang mirip dengan dinitrida, UN 2, dapat diperoleh dengan memaparkan UF 4 pada amonia pada suhu dan tekanan tinggi.

Uranium dinitrida terurai ketika dipanaskan:

Uranium nitrida yang diperkaya dengan 2 35U memiliki lebih banyak kepadatan tinggi fisi, konduktivitas termal, dan titik leleh dibandingkan uranium oksida - bahan bakar tradisional reaktor daya modern. Ia juga memiliki sifat mekanik yang baik dan stabilitas yang lebih unggul dibandingkan bahan bakar tradisional. Oleh karena itu, senyawa ini dianggap sebagai bahan bakar nuklir yang menjanjikan pada reaktor neutron cepat (reaktor nuklir generasi IV).

Komentar. Sangat berguna untuk memperkaya PBB dengan ‘5N, karena ,4 N cenderung menangkap neutron, menghasilkan isotop radioaktif 14 C melalui reaksi (n,p).

Uranium karbida UC 2 (?-fase) adalah zat kristal abu-abu muda dengan kilau logam. DI DALAM sistem UC(uranium karbida) ada UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - uranium karbida. Uranium dikarbida UC 2 dapat diperoleh dengan reaksi:

U + 2C^UC 2 (54v)

Uranium karbida digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, dan menjanjikan sebagai bahan bakar mesin roket luar angkasa.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Peran logam dalam garam ini dimainkan oleh kation uranil 2+. Kristal berwarna kuning dengan semburat kehijauan, mudah larut dalam air. Larutan berair bersifat asam. Larut dalam etanol, aseton dan eter, tidak larut dalam benzena, toluena dan kloroform. Ketika dipanaskan, kristal meleleh dan melepaskan HN0 3 dan H 2 0. Kristal hidrat mudah menguap di udara. Reaksi yang khas adalah bahwa di bawah aksi NH 3, endapan kuning amonium uranium terbentuk.

Uranium mampu membentuk senyawa logam-organik. Contohnya adalah turunan siklopentadienil dari komposisi U(C 5 H 5) 4 dan u(C 5 H 5) 3 G yang tersubstitusi halogen atau u(C 5 H 5) 2 G 2.

Dalam larutan air, uranium paling stabil pada bilangan oksidasi U(VI) dalam bentuk ion uranil U0 2 2+. Pada tingkat lebih rendah, hal ini ditandai dengan keadaan U(IV), tetapi bahkan dapat terjadi dalam bentuk U(III). Bilangan oksidasi U(V) dapat berupa ion IO2+, tetapi bilangan oksidasi ini jarang diamati karena kecenderungannya terhadap disproporsionasi dan hidrolisis.

Dalam larutan netral dan asam, U(VI) ada dalam bentuk U0 2 2+ - ion uranil, berwarna kuning. Garam uranil yang larut dengan baik antara lain nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, klorida U0 2 C1 2, fluorida U0 2 F 2, asetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Garam-garam ini dilepaskan dari larutan dalam bentuk kristal hidrat dengan jumlah molekul air yang berbeda. Garam uranil yang sedikit larut adalah: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfat U0 2 HP0., dan UO2P2O4, amonium uranil fosfat UO2NH4PO4, natrium uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferrocyanide (U0 2) 2. Ion uranil dicirikan oleh kecenderungannya untuk membentuk senyawa kompleks. Jadi, kompleks dengan ion fluor tipe -, 4- diketahui; kompleks nitrat ' dan 2 *; kompleks asam sulfat 2 " dan 4-; kompleks karbonat 4 " dan 2 ", dll. Ketika basa bekerja pada larutan garam uranil, endapan diuranat jenis Me 2 U 2 0 7 yang sedikit larut dilepaskan (monouranat Me 2 U0 4 tidak diisolasi dari larutan, mereka diperoleh melalui fusi uranium oksida dengan alkali).Me 2 U n 0 3 n+i poliuranat telah diketahui (misalnya, Na 2 U60i 9).

U(VI) direduksi dalam larutan asam menjadi U(IV) oleh besi, seng, aluminium, natrium hidrosulfit, dan natrium amalgam. Solusinya berwarna hijau. Endapan basa darinya adalah hidroksida U0 2 (0H) 2, asam fluorida - fluorida UF 4 -2.5H 2 0, asam oksalat - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Ion U 4+ mempunyai kecenderungan untuk membentuk kompleks yang lebih sedikit dibandingkan ion uranil.

Uranium (IV) dalam larutan berbentuk ion U 4+, yang sangat terhidrolisis dan terhidrasi:

Dalam larutan asam, hidrolisis ditekan.

Uranium (VI) dalam larutan membentuk okokasi uranil - U0 2 2+ Banyak senyawa uranil yang telah diketahui, contohnya adalah: 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, dst.

Setelah hidrolisis ion uranil, sejumlah kompleks multinuklear terbentuk:

Dengan hidrolisis lebih lanjut, U 3 0s(0H) 2 dan kemudian U 3 0 8 (0H) 4 2 - muncul.

Untuk deteksi uranium, bahan kimia, luminescent, radiometrik dan berkualitas tinggi analisis spektral. Metode kimia terutama didasarkan pada pembentukan senyawa berwarna (misalnya warna merah kecoklatan suatu senyawa dengan ferosianida, kuning dengan hidrogen peroksida, biru dengan pereaksi arsenazo). Metode luminescent didasarkan pada kemampuan banyak senyawa uranium untuk menghasilkan cahaya kekuningan-kehijauan bila terkena sinar UV.

Penentuan kuantitatif uranium dilakukan berbagai metode. Yang paling penting di antaranya: metode volumetrik, terdiri dari reduksi U(VI) menjadi U(IV) yang diikuti dengan titrasi dengan larutan zat pengoksidasi; metode gravimetri - pengendapan uranat, peroksida, cupferranat U(IV), hidroksikuinolat, oksalat, dll. diikuti dengan kalsinasi pada 00° dan penimbangan U 3 0s; metode polarografi dalam larutan nitrat memungkinkan untuk menentukan 10*7-g10-9 g uranium; berbagai metode kolorimetri (misalnya, dengan H 2 0 2 dalam media basa, dengan reagen arsenazo dengan adanya EDTA, dengan dibenzoilmetana, dalam bentuk kompleks tiosianat, dll.); metode luminescent, yang memungkinkan untuk menentukan kapan menyatu dengan NaF ke Yu 11 g uranium.

235U termasuk dalam bahaya radiasi kelompok A, aktivitas signifikan minimum MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 dan - pada kelompok D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

Uranium adalah unsur kimia dari keluarga aktinida dengan nomor atom 92. Uranium adalah bahan bakar nuklir terpenting. Konsentrasinya di kerak bumi adalah sekitar 2 ppm. Mineral uranium penting termasuk uranium oksida (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (kalium uranil vanadat), otenit (kalium uranil fosfat), dan torbernit (tembaga hidrat uranil fosfat). Bijih-bijih ini dan bijih uranium lainnya merupakan sumber bahan bakar nuklir dan mengandung energi berkali-kali lipat lebih banyak daripada seluruh simpanan bahan bakar fosil yang diketahui. 1 kg uranium 92 U menyediakan energi yang sama dengan 3 juta kg batubara.

Sejarah penemuan

Unsur kimia uranium merupakan logam padat padat dengan warna putih keperakan. Ini ulet, mudah dibentuk, dan dapat dipoles. Di udara, logam teroksidasi dan, ketika dihancurkan, terbakar. Menghantarkan listrik dengan relatif buruk. Rumus elektronik uranium adalah 7s2 6d1 5f3.

Meskipun unsur ini ditemukan pada tahun 1789 oleh ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klaproth, yang menamainya setelah planet Uranus yang baru ditemukan, logam itu sendiri diisolasi pada tahun 1841 oleh ahli kimia Perancis Eugene-Melchior Peligot melalui reduksi dari uranium tetraklorida (UCl 4) dengan kalium.

Radioaktivitas

Pembuatan tabel periodik oleh ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev pada tahun 1869 memusatkan perhatian pada uranium sebagai unsur terberat yang diketahui, hingga ditemukannya neptunium pada tahun 1940. Pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan fenomena radioaktivitas di dalamnya. Properti ini kemudian ditemukan di banyak zat lainnya. Sekarang diketahui bahwa uranium, radioaktif di semua isotopnya, terdiri dari campuran 238 U (99,27%, waktu paruh - 4.510.000.000 tahun), 235 U (0,72%, waktu paruh - 713.000.000 tahun) dan 234 U (0,006 %, waktu paruh - 247.000 tahun). Hal ini memungkinkan, misalnya, untuk menentukan usia batu dan mineral untuk mempelajari proses geologi dan usia bumi. Untuk melakukan ini, mereka mengukur jumlah timbal, yang merupakan produk akhir peluruhan radioaktif uranium. Dalam hal ini, 238 U adalah elemen awal, dan 234 U adalah salah satu produknya. 235 U menimbulkan rangkaian peluruhan aktinium.

Penemuan reaksi berantai

Unsur kimia uranium menjadi subjek yang menarik perhatian luas dan studi intensif setelah ahli kimia Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann menemukan fisi nuklir di dalamnya pada akhir tahun 1938 ketika dibombardir dengan neutron lambat. Pada awal tahun 1939, fisikawan Italia-Amerika Enrico Fermi menyatakan bahwa di antara produk fisi atom mungkin terdapat partikel elementer yang mampu menghasilkan reaksi berantai. Pada tahun 1939, fisikawan Amerika Leo Szilard dan Herbert Anderson, serta ahli kimia Perancis Frederic Joliot-Curie dan rekan mereka membenarkan prediksi ini. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa, rata-rata, 2,5 neutron dilepaskan ketika sebuah atom membelah. Penemuan-penemuan ini mengarah pada reaksi berantai nuklir mandiri yang pertama (12/02/1942), bom atom pertama (16/07/1945), penggunaan pertamanya dalam peperangan (08/06/1945), kapal selam nuklir pertama ( 1955) dan pembangkit listrik tenaga nuklir skala penuh pertama (1957).

Keadaan oksidasi

Unsur kimia uranium, sebagai logam elektropositif kuat, bereaksi dengan air. Ini larut dalam asam, tetapi tidak dalam basa. Bilangan oksidasi yang penting adalah +4 (seperti pada oksida UO 2, tetrahalida seperti UCl 4 , dan ion air hijau U 4+ ) dan +6 (seperti pada oksida UO 3, UF 6 heksafluorida, dan ion uranil UO 2 2+ ). Dalam larutan air, uranium paling stabil pada komposisi ion uranil, yang memiliki struktur linier [O = U = O] 2+. Elemen juga mempunyai status +3 dan +5, tetapi tidak stabil. U 3+ merah teroksidasi perlahan dalam air yang tidak mengandung oksigen. Warna ion UO 2+ tidak diketahui karena mengalami disproporsionasi (UO 2+ tereduksi menjadi U 4+ dan teroksidasi menjadi UO 2 2+) bahkan dalam larutan yang sangat encer.

Bahan bakar nuklir

Ketika terkena neutron lambat, fisi atom uranium terjadi pada isotop 235 U yang relatif jarang. Ini adalah satu-satunya bahan fisil yang terjadi secara alami, dan harus dipisahkan dari isotop 238 U. Namun, setelah penyerapan dan peluruhan beta negatif, uranium -238 berubah menjadi unsur plutonium sintetik, yang terpecah di bawah pengaruh neutron lambat. Oleh karena itu, uranium alam dapat digunakan dalam reaktor konverter dan pemulia, di mana fisi didukung oleh 235 U yang langka dan plutonium diproduksi secara bersamaan dengan transmutasi 238 U. Fisil 233 U dapat disintesis dari isotop thorium-232 alami yang tersebar luas untuk digunakan sebagai bahan bakar nuklir. Uranium juga penting sebagai bahan utama untuk memperoleh unsur transuranium sintetik.

Kegunaan lain dari uranium

Senyawa unsur kimia tersebut sebelumnya digunakan sebagai pewarna keramik. Heksafluorida (UF 6) adalah padatan yang tidak biasa tekanan tinggi uap (0,15 atm = 15.300 Pa) pada 25 °C. UF 6 secara kimia sangat reaktif, namun meskipun bersifat korosif dalam bentuk uap, UF 6 banyak digunakan dalam metode difusi gas dan sentrifugal gas untuk memproduksi uranium yang diperkaya.

Senyawa organologam merupakan kelompok senyawa yang menarik dan penting dimana ikatan logam-karbon menghubungkan logam dengan gugus organik. Uranosen adalah senyawa organouran U(C 8 H 8) 2 yang atom uraniumnya terjepit di antara dua lapisan cincin organik yang berasosiasi dengan siklooctatetraene C 8 H 8. Penemuannya pada tahun 1968 membuka bidang baru kimia organologam.

Uranium alami yang terkuras digunakan sebagai proteksi radiasi, pemberat, cangkang penusuk lapis baja, dan pelindung tank.

Mendaur ulang

Unsur kimianya, meskipun sangat padat (19,1 g/cm3), merupakan zat yang relatif lemah dan tidak mudah terbakar. Benar-benar, sifat logam uranium tampaknya menempatkannya di antara perak dan logam serta non-logam asli lainnya, sehingga tidak digunakan sebagai bahan konstruksi. Nilai utama uranium terletak pada sifat radioaktif isotopnya dan kemampuannya untuk melakukan fisi. Di alam, hampir seluruhnya (99,27%) logam terdiri dari 238 U. Sisanya 235 U (0,72%) dan 234 U (0,006%). Dari isotop alami ini, hanya 235 U yang mengalami fisi langsung melalui iradiasi neutron. Namun, ketika diserap, 238 U membentuk 239 U, yang akhirnya terurai menjadi 239 Pu, bahan fisil yang memiliki sangat penting Untuk energi nuklir dan senjata nuklir. Isotop fisil lainnya, 233 U, dapat dibentuk dengan iradiasi neutron 232 Th.

Bentuk kristal

Karakteristik uranium menyebabkannya bereaksi dengan oksigen dan nitrogen bahkan di dalamnya kondisi normal. Dengan lebih banyak suhu tinggi ia bereaksi dengan berbagai logam paduan untuk membentuk senyawa intermetalik. Pembentukan larutan padat dengan logam lain jarang terjadi karena struktur kristal khusus yang dibentuk oleh atom-atom unsur tersebut. Di antara suhu kamar dan titik leleh 1132 °C, logam uranium terdapat dalam 3 bentuk kristal yang dikenal sebagai alfa (α), beta (β) dan gamma (γ). Transformasi dari keadaan α- ke β terjadi pada 668 °C dan dari β ke γ ​​pada 775 °C. γ-uranium memiliki struktur kristal kubik berpusat pada tubuh, sedangkan β memiliki struktur kristal tetragonal. Fase α terdiri dari lapisan atom dalam struktur ortorombik yang sangat simetris. Struktur terdistorsi anisotropik ini mencegah atom logam paduan menggantikan atom uranium atau menempati ruang di antara keduanya dalam kisi kristal. Ditemukan bahwa hanya molibdenum dan niobium yang membentuk larutan padat.

Bijih

Kerak bumi mengandung sekitar 2 bagian per juta uranium, yang menunjukkan bahwa uranium tersebar luas di alam. Lautan diperkirakan mengandung 4,5 × 10 9 ton unsur kimia ini. Uranium merupakan konstituen penting dari lebih dari 150 mineral berbeda dan merupakan komponen kecil dari 50 mineral lainnya. Mineral primer yang ditemukan dalam urat hidrotermal magmatik dan pegmatit termasuk uraninit dan varian bijih-bijihnya. Dalam bijih ini unsurnya terdapat dalam bentuk dioksida, yang akibat oksidasi dapat berkisar dari UO 2 hingga UO 2,67. Produk lain yang signifikan secara ekonomi dari tambang uranium adalah autunite (kalsium uranil fosfat terhidrasi), tobernite (tembaga uranil fosfat terhidrasi), peti mati (uranium silikat terhidrasi hitam) dan karnotit (kalium uranil vanadat terhidrasi).

Diperkirakan lebih dari 90% cadangan uranium berbiaya rendah yang diketahui berlokasi di Australia, Kazakhstan, Kanada, Rusia, Afrika Selatan, Niger, Namibia, Brasil, Tiongkok, Mongolia, dan Uzbekistan. Deposit besar ditemukan di formasi batuan konglomerat Danau Elliot, terletak di utara Danau Huron di Ontario, Kanada, dan di tambang emas Witwatersrand Afrika Selatan. Formasi pasir di Dataran Tinggi Colorado dan Cekungan Wyoming di Amerika Serikat bagian barat juga mengandung cadangan uranium yang signifikan.

Produksi

Bijih uranium ditemukan di endapan dekat permukaan dan dalam (300-1200 m). Di bawah tanah, ketebalan lapisannya mencapai 30 m Seperti halnya bijih logam lainnya, uranium ditambang di permukaan menggunakan peralatan pemindah tanah yang besar, dan pengembangan endapan dalam dilakukan dengan menggunakan metode tradisional vertikal dan miring. tambang. Produksi konsentrat uranium dunia pada tahun 2013 sebesar 70 ribu ton.Tambang uranium paling produktif berlokasi di Kazakhstan (32% dari seluruh produksi), Kanada, Australia, Niger, Namibia, Uzbekistan dan Rusia.

Bijih uranium biasanya hanya mengandung sejumlah kecil mineral yang mengandung uranium dan tidak dapat dilebur dengan metode pirometalurgi langsung. Sebaliknya, prosedur hidrometalurgi harus digunakan untuk mengekstraksi dan memurnikan uranium. Meningkatkan konsentrasi secara signifikan mengurangi beban pada sirkuit pemrosesan, namun tidak ada metode benefisiasi konvensional yang biasa digunakan untuk pemrosesan mineral, seperti gravitasi, flotasi, elektrostatis, dan bahkan penyortiran manual, yang dapat diterapkan. Dengan sedikit pengecualian, metode ini mengakibatkan hilangnya uranium secara signifikan.

Pembakaran

Pengolahan hidrometalurgi bijih uranium seringkali didahului dengan tahap kalsinasi suhu tinggi. Penembakan akan mengeringkan tanah liat, menghilangkan bahan-bahan berkarbon, mengoksidasi senyawa belerang menjadi sulfat yang tidak berbahaya, dan mengoksidasi zat pereduksi lainnya yang dapat mengganggu pemrosesan selanjutnya.

Pencucian

Uranium diekstraksi dari bijih panggang dengan larutan air asam dan basa. Agar semua sistem pelindian dapat berfungsi dengan sukses, unsur kimia harus berada dalam bentuk heksavalen yang lebih stabil atau teroksidasi menjadi bentuk ini selama pemrosesan.

Pencucian asam biasanya dilakukan dengan mengaduk campuran bijih dan lixiviant selama 4-48 jam pada suhu kamar. Kecuali dalam keadaan khusus, asam sulfat digunakan. Ini disediakan dalam jumlah yang cukup untuk memperoleh cairan akhir pada pH 1,5. Skema pencucian asam sulfat biasanya menggunakan mangan dioksida atau klorat untuk mengoksidasi U4+ tetravalen menjadi uranil heksavalen (UO22+). Biasanya, sekitar 5 kg mangan dioksida atau 1,5 kg natrium klorat per ton cukup untuk oksidasi U4+. Dalam kedua kasus tersebut, uranium teroksidasi bereaksi dengan asam sulfat untuk membentuk anion kompleks uranil sulfat 4-.

Bijih yang mengandung sejumlah besar mineral penting seperti kalsit atau dolomit dilindi dengan larutan natrium karbonat 0,5-1 molar. Meskipun berbagai reagen telah dipelajari dan diuji, oksidator utama uranium adalah oksigen. Biasanya, bijih terlindih di udara pada tekanan atmosfir dan pada suhu 75-80 °C untuk jangka waktu tergantung spesifiknya komposisi kimia. Alkali bereaksi dengan uranium membentuk ion kompleks 4- yang mudah larut.

Larutan yang dihasilkan dari pelindian asam atau karbonat harus diklarifikasi sebelum diproses lebih lanjut. Pemisahan tanah liat dan bubur bijih lainnya dalam skala besar dicapai melalui penggunaan bahan flokulasi yang efektif, termasuk poliakrilamida, guar gum, dan lem hewan.

Ekstraksi

Ion kompleks 4 dan 4 dapat diserap dari larutan pelindian resin penukar ion masing-masing. Resin khusus ini, yang dicirikan oleh kinetika penyerapan dan elusi, ukuran partikel, stabilitas dan sifat hidroliknya, dapat digunakan dalam berbagai teknologi pemrosesan, seperti metode unggun tetap dan bergerak. resin penukar ion dalam keranjang dan pulp tipe kontinyu. Biasanya, larutan natrium klorida dan amonia atau nitrat digunakan untuk mengelusi uranium yang diserap.

Uranium dapat diisolasi dari cairan bijih asam dengan ekstraksi pelarut. Asam alkilfosfat, serta alkilamin sekunder dan tersier, digunakan dalam industri. Umumnya, ekstraksi pelarut lebih disukai daripada metode pertukaran ion untuk filtrat asam yang mengandung lebih dari 1 g/L uranium. Namun, metode ini tidak berlaku untuk pencucian karbonat.

Uranium kemudian dimurnikan dengan cara dilarutkan dalam asam nitrat untuk membentuk uranil nitrat, diekstraksi, dikristalisasi dan dikalsinasi untuk membentuk UO 3 trioksida. Dioksida tereduksi UO2 bereaksi dengan hidrogen fluorida membentuk tetafluorida UF4, dari mana logam uranium direduksi oleh magnesium atau kalsium pada suhu 1300 °C.

Tetrafluorida dapat difluorinasi pada suhu 350 °C untuk membentuk UF 6 heksafluorida, yang digunakan untuk memisahkan uranium-235 yang diperkaya melalui difusi gas, sentrifugasi gas, atau difusi termal cair.

Artikel tersebut membahas tentang kapan unsur kimia uranium ditemukan dan di industri apa zat ini digunakan di zaman kita.

Uranium adalah unsur kimia dalam industri energi dan militer

Setiap saat, manusia telah berusaha menemukan sumber energi yang sangat efisien, dan idealnya, menciptakan apa yang disebut. Sayangnya, ketidakmungkinan keberadaannya telah dibuktikan secara teoritis dan dibenarkan pada abad ke-19, namun para ilmuwan masih tidak pernah putus asa untuk mewujudkannya. impian akan semacam perangkat yang mampu menyalurkan energi “bersih” dalam jumlah besar untuk waktu yang sangat lama.

Hal ini sebagian terwujud dengan ditemukannya zat seperti uranium. Unsur kimia dengan nama ini menjadi dasar pengembangan reaktor nuklir, yang saat ini menyediakan energi untuk seluruh kota, kapal selam, kapal kutub, dll. Benar, energi mereka tidak bisa disebut “murni”, tapi tahun terakhir Banyak perusahaan mengembangkan “baterai atom” kompak berbahan dasar tritium untuk dijual secara luas - baterai tersebut tidak memiliki bagian yang bergerak dan aman bagi kesehatan.

Namun pada artikel kali ini kita akan mengkaji secara detail sejarah ditemukannya unsur kimia bernama uranium dan reaksi fisi intinya.

Definisi

Uranium merupakan unsur kimia yang memiliki nomor atom 92 pada tabel periodik. Massa atomnya adalah 238.029. Dilambangkan dengan simbol U. Dalam kondisi normal, ini adalah logam berat padat dengan warna keperakan. Jika kita berbicara tentang radioaktivitasnya, maka uranium sendiri merupakan unsur dengan radioaktivitas lemah. Ia juga tidak mengandung isotop yang sepenuhnya stabil. Dan isotop paling stabil yang ada adalah uranium-338.

Kita telah mengetahui apa elemen ini, dan sekarang kita akan melihat sejarah penemuannya.

Cerita

Zat seperti uranium oksida alami telah dikenal manusia sejak zaman kuno, dan pengrajin kuno menggunakannya untuk membuat glasir, yang digunakan untuk menutupi berbagai keramik hingga bejana tahan air dan produk lainnya, serta dekorasinya.

Tanggal penting dalam sejarah penemuan unsur kimia ini adalah tahun 1789. Saat itulah ahli kimia dan kelahiran Jerman Martin Klaproth mampu memperoleh uranium logam pertama. Dan unsur baru ini mendapatkan namanya untuk menghormati planet yang ditemukan delapan tahun sebelumnya.

Selama hampir 50 tahun, uranium yang diperoleh pada waktu itu dianggap sebagai logam murni, namun pada tahun 1840, ahli kimia Perancis Eugene-Melchior Peligot mampu membuktikan bahwa bahan yang diperoleh Klaproth, meskipun cocok tanda-tanda eksternal, bukanlah logam sama sekali, melainkan uranium oksida. Beberapa saat kemudian, Peligo yang sama menerima uranium asli - logam yang sangat berat abu-abu. Saat itulah berat atom suatu zat seperti uranium ditentukan untuk pertama kalinya. Unsur kimia ditempatkan pada tahun 1874 oleh Dmitri Mendeleev dalam tabel periodik unsurnya yang terkenal, dengan Mendeleev menggandakan berat atom zat tersebut. Dan hanya 12 tahun kemudian secara eksperimental terbukti bahwa dia tidak salah dalam perhitungannya.

Radioaktivitas

Namun minat yang meluas terhadap unsur ini di kalangan ilmiah dimulai pada tahun 1896, ketika Becquerel menemukan fakta bahwa uranium memancarkan sinar, yang dinamai menurut nama peneliti - sinar Becquerel. Belakangan, salah satu ilmuwan paling terkenal di bidang ini, Marie Curie, menyebut fenomena ini sebagai radioaktivitas.

Berikutnya tanggal penting dalam studi uranium, secara umum diterima bahwa tahun 1899 adalah tahunnya: saat itulah Rutherford menemukan bahwa radiasi uranium tidak homogen dan terbagi menjadi dua jenis - sinar alfa dan beta. Setahun kemudian, Paul Villar (Villard) menemukan jenis radiasi radioaktif ketiga dan terakhir yang kita kenal sekarang - yang disebut sinar gamma.

Tujuh tahun kemudian, pada tahun 1906, Rutherford, berdasarkan teori radioaktivitasnya, melakukan percobaan pertama, yang tujuannya adalah untuk menentukan umur berbagai mineral. Kajian-kajian tersebut antara lain meletakkan landasan bagi terbentuknya teori dan praktik

Fisi nuklir uranium

Namun, mungkin, penemuan paling penting yang menjadi awal dimulainya penambangan dan pengayaan uranium secara luas baik untuk tujuan damai maupun militer, adalah proses fisi inti uranium. Hal ini terjadi pada tahun 1938, penemuannya dilakukan oleh fisikawan Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann. Belakangan, teori ini mendapat konfirmasi ilmiah dalam karya beberapa fisikawan Jerman lainnya.

Inti dari mekanisme yang mereka temukan adalah sebagai berikut: jika inti isotop uranium-235 disinari dengan neutron, kemudian, dengan menangkap neutron bebas, ia mulai melakukan fisi. Dan, seperti yang kita ketahui sekarang, proses ini disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar. Hal ini terjadi terutama karena energi kinetik radiasi itu sendiri dan fragmen inti. Jadi sekarang kita tahu bagaimana terjadinya pembelahan inti uranium.

Penemuan mekanisme ini dan hasil-hasilnya merupakan titik awal penggunaan uranium baik untuk tujuan damai maupun militer.

Jika kita berbicara tentang penggunaannya untuk tujuan militer, maka untuk pertama kalinya teori bahwa adalah mungkin untuk menciptakan kondisi untuk proses seperti reaksi fisi terus menerus dari inti uranium (karena diperlukan energi yang sangat besar untuk meledakkan bom nuklir) adalah dibuktikan oleh fisikawan Soviet Zeldovich dan Khariton. Tetapi untuk menciptakan reaksi seperti itu, uranium harus diperkaya, karena dalam keadaan normal uranium tidak memiliki sifat-sifat yang diperlukan.

Kita sudah familiar dengan sejarah elemen ini, sekarang mari kita cari tahu di mana elemen ini digunakan.

Aplikasi dan jenis isotop uranium

Setelah ditemukannya proses seperti reaksi berantai fisi uranium, fisikawan dihadapkan pada pertanyaan di mana uranium dapat digunakan?

Saat ini, ada dua bidang utama di mana isotop uranium digunakan. Ini adalah industri damai (atau energi) dan militer. Baik yang pertama maupun yang kedua menggunakan reaksi isotop uranium-235, hanya daya keluarannya saja yang berbeda. Sederhananya, dalam reaktor nuklir tidak perlu menciptakan dan memelihara proses ini dengan kekuatan yang sama dengan yang dibutuhkan untuk meledakkan bom nuklir.

Jadi, industri utama yang menggunakan reaksi fisi uranium telah terdaftar.

Namun memperoleh isotop uranium-235 merupakan tugas teknologi yang sangat rumit dan mahal, dan tidak setiap negara mampu membangun pabrik pengayaan. Misalnya, untuk memperoleh dua puluh ton bahan bakar uranium, yang kandungan isotop uranium 235 berkisar antara 3-5%, diperlukan pengayaan lebih dari 153 ton uranium “mentah” alami.

Isotop uranium-238 terutama digunakan dalam diagram desain senjata nuklir untuk meningkatkan kekuatannya. Selain itu, ketika ia menangkap neutron yang diikuti dengan proses peluruhan beta, isotop ini pada akhirnya dapat berubah menjadi plutonium-239, bahan bakar umum untuk sebagian besar reaktor nuklir modern.

Terlepas dari semua kelemahan reaktor tersebut (biaya tinggi, kesulitan pemeliharaan, risiko kecelakaan), pengoperasiannya terbayar dengan sangat cepat, dan reaktor tersebut menghasilkan energi yang jauh lebih banyak daripada pembangkit listrik tenaga panas atau pembangkit listrik tenaga air klasik.

Reaksi tersebut juga memungkinkan terciptanya senjata nuklir pemusnah massal. Hal ini dibedakan oleh kekuatannya yang sangat besar, kekompakan yang relatif dan fakta bahwa ia mampu membuat wilayah yang luas tidak cocok untuk tempat tinggal manusia. Benar, senjata atom modern menggunakan plutonium, bukan uranium.

Uranium habis

Ada juga jenis uranium yang disebut depleted. Ia memiliki tingkat radioaktivitas yang sangat rendah, yang berarti tidak berbahaya bagi manusia. Ini sekali lagi digunakan di bidang militer, misalnya ditambahkan ke baju besi tank Abrams Amerika untuk memberikan kekuatan tambahan. Selain itu, di hampir semua pasukan berteknologi tinggi Anda dapat menemukan berbagai jenis. Selain massanya yang tinggi, mereka memiliki properti lain yang sangat menarik - setelah proyektil dihancurkan, pecahan dan debu logamnya terbakar secara spontan. Omong-omong, proyektil semacam itu pertama kali digunakan selama Perang Dunia II. Seperti yang bisa kita lihat, uranium adalah unsur yang paling banyak digunakan daerah yang berbeda aktifitas manusia.

Kesimpulan

Menurut para ilmuwan, sekitar tahun 2030 semuanya deposito besar uranium, setelah itu pengembangan lapisan yang sulit dijangkau akan dimulai dan harganya akan naik. Ngomong-ngomong, itu sendiri sama sekali tidak berbahaya bagi manusia - beberapa penambang telah berupaya mengekstraksinya selama beberapa generasi. Sekarang kita memahami sejarah penemuan unsur kimia ini dan bagaimana reaksi fisi inti atomnya digunakan.

Omong-omong, fakta menarik diketahui - senyawa uranium telah lama digunakan sebagai cat untuk porselen dan kaca (disebut demikian hingga tahun 1950-an.

Uranus adalah salah satu yang terberat elemen logam Tabel periodik. Uranium banyak digunakan dalam industri energi dan militer. Dalam tabel periodik terdapat nomor 92 dan dilambangkan dengan huruf latin U dengan nomor massa 238.

Bagaimana Uranus ditemukan

Secara umum unsur kimia seperti uranium telah dikenal sejak lama. Diketahui bahwa bahkan sebelum zaman kita, uranium oksida alami digunakan untuk membuat glasir kuning pada keramik. Penemuan unsur ini dapat ditelusuri kembali ke tahun 1789, ketika seorang ahli kimia Jerman bernama Martin Heinrich Klaproth menemukan bahan mirip logam hitam dari bijih. Martin memutuskan untuk menamakan materi ini Uranus untuk mendukung nama planet yang baru ditemukan dengan nama yang sama (planet Uranus ditemukan pada tahun yang sama). Pada tahun 1840, terungkap bahwa bahan yang ditemukan oleh Klaproth ini ternyata adalah uranium oksida, meskipun memiliki karakteristik kilau logam. Eugene Melchior Peligot mensintesis atom Uranium dari oksida dan menentukan berat atomnya menjadi 120 AU, dan pada tahun 1874 Mendeleev menggandakan nilai ini, menempatkannya di sel terjauh dari tabelnya. Hanya 12 tahun kemudian, keputusan Mendeleev untuk menggandakan massa dikonfirmasi oleh eksperimen kimiawan Jerman Zimmermann.

Di mana dan bagaimana uranium ditambang?

Uranium adalah unsur yang cukup umum, tetapi umumnya ditemukan dalam bentuk bijih uranium. Agar anda maklum, kandungannya di kerak bumi adalah 0,00027% dari total massa bumi. Bijih uranium biasanya ditemukan pada batuan mineral asam dengan kandungan silikon tinggi. Jenis utama bijih uranium adalah bijih uranium, karnotit, kasolit, dan samarskit. Cadangan bijih uranium terbesar, dengan memperhitungkan simpanan cadangan, terdapat di negara-negara seperti Australia, Rusia dan Kazakhstan, dan dari semua negara tersebut, Kazakhstan menempati posisi terdepan. Menambang uranium adalah prosedur yang sangat sulit dan mahal. Tidak semua negara mampu menambang dan mensintesis uranium murni. Teknologi produksinya adalah sebagai berikut: bijih atau mineral ditambang di tambang, sebanding dengan emas atau batu mulia. Batuan yang ditambang dihancurkan dan dicampur dengan air untuk memisahkan debu uranium dari sisa. Debu uranium sangat berat sehingga mengendap lebih cepat dibandingkan debu lainnya. Langkah selanjutnya adalah memurnikan debu uranium dari batuan lain dengan cara pencucian asam atau basa. Prosedurnya terlihat seperti ini: campuran uranium dipanaskan hingga 150 °C dan oksigen murni disuplai di bawah tekanan. Akibatnya, asam sulfat terbentuk, yang memurnikan uranium dari kotoran lainnya. Nah, pada tahap akhir, partikel uranium murni dipilih. Selain debu uranium, ada juga mineral bermanfaat lainnya.

Bahaya radiasi radioaktif dari uranium

Setiap orang sangat menyadari konsep radiasi radioaktif dan fakta bahwa radiasi tersebut menyebabkan kerusakan kesehatan yang tidak dapat diperbaiki, yang menyebabkan kematian. Uranium merupakan salah satu unsur yang, dalam kondisi tertentu, dapat melepaskan radiasi radioaktif. Dalam bentuk bebas, tergantung varietasnya, ia dapat memancarkan sinar alfa dan beta. Sinar alfa tidak menimbulkan bahaya besar bagi manusia jika penyinarannya bersifat eksternal karena radiasi ini mempunyai daya tembus yang rendah, namun bila masuk ke dalam tubuh akan menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki. Bahkan selembar kertas tulis saja sudah cukup untuk menampung sinar alfa eksternal. Dengan radiasi beta, segalanya menjadi lebih serius, tapi tidak banyak. Daya tembus radiasi beta lebih tinggi dibandingkan radiasi alfa, tetapi diperlukan jaringan 3-5 mm untuk menampung radiasi beta. Bisakah Anda memberi tahu saya bagaimana keadaannya? Uranium adalah unsur radioaktif yang digunakan dalam senjata nuklir! Benar, ini digunakan dalam senjata nuklir, yang menyebabkan kerusakan besar pada semua makhluk hidup. Hanya saja ketika hulu ledak nuklir meledak, kerusakan utama pada organisme hidup disebabkan oleh radiasi gamma dan aliran neutron. Jenis radiasi ini terbentuk sebagai hasil reaksi termonuklir selama ledakan hulu ledak, yang menghilangkan partikel uranium dari keadaan stabil dan menghancurkan semua kehidupan di bumi.

Varietas uranium

Seperti disebutkan di atas, uranium memiliki beberapa jenis. Varietas menyiratkan adanya isotop, jadi Anda mengerti, isotop menyiratkan unsur yang sama, tetapi dengan nomor massa berbeda.

Jadi ada dua jenis:

1. Alami;
2. Palsu;

Seperti yang sudah Anda duga, yang alami adalah yang ditambang dari bumi, dan yang buatan dibuat oleh manusia sendiri. Isotop alam antara lain isotop uranium dengan nomor massa 238, 235 dan 234. Selain itu, U-234 merupakan turunan dari U-238, yaitu yang pertama diperoleh dari peluruhan yang kedua dalam kondisi alami. Kelompok isotop kedua, yang dibuat secara artifisial, memiliki nomor massa dari 217 hingga 242. Masing-masing isotop memiliki sifat berbeda dan dicirikan oleh perilaku berbeda dalam kondisi tertentu. Bergantung pada kebutuhan, para ilmuwan nuklir mencoba mencari segala macam solusi atas permasalahan tersebut, karena setiap isotop memiliki nilai energi yang berbeda.

Waktu paruh

Seperti disebutkan di atas, masing-masing isotop uranium memiliki nilai energi dan nilai yang berbeda properti yang berbeda, salah satunya adalah waktu paruh. Untuk memahami apa itu, Anda harus mulai dengan definisi. Waktu paruh adalah waktu dimana jumlah atom radioaktif berkurang setengahnya. Waktu paruh dipengaruhi oleh banyak faktor, misalnya nilai energi atau pemurnian sempurna. Jika kita mengambil contoh terakhir, kita dapat menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk sepenuhnya menghilangkan kontaminasi radioaktif di bumi. Waktu paruh isotop uranium:

Seperti dapat dilihat dari tabel, waktu paruh isotop bervariasi dari menit hingga ratusan juta tahun. Masing-masing dari mereka dapat diterapkan dalam berbagai bidang kehidupan masyarakat.

Aplikasi

Penggunaan uranium sangat luas di banyak bidang kegiatan, namun manfaat terbesarnya adalah di sektor energi dan militer. Isotop U-235 adalah yang paling menarik. Keunggulannya adalah mampu secara mandiri mempertahankan reaksi berantai nuklir, yang banyak digunakan dalam urusan militer untuk pembuatan senjata nuklir dan sebagai bahan bakar reaktor nuklir. Selain itu, uranium banyak digunakan dalam geologi untuk menentukan umur mineral dan batuan, serta untuk menentukan jalannya proses geologi. Dalam industri otomotif dan pesawat terbang, depleted uranium digunakan sebagai elemen penyeimbang dan pemusatan. Penerapannya juga ditemukan dalam seni lukis, dan lebih khusus lagi sebagai cat untuk porselen dan untuk pembuatan glasir dan enamel keramik. Satu lagi poin yang menarik dapat dianggap penggunaan uranium yang sudah habis untuk perlindungan terhadap radiasi radioaktif, meskipun kedengarannya aneh.