Uranyum elementi. Uranyumun özellikleri, çıkarılması, uygulanması ve fiyatı. Kimyasal bir element olan uranyum: keşif tarihi ve nükleer fisyon reaksiyonu

Hikaye

Antik çağlarda bile (MÖ 1. yüzyıl), sarı sır yapmak için doğal uranyum kullanılıyordu.

Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth (Klaproth) tarafından minerali ("uranyum katranı") incelerken keşfedildi. Adını 1781'de keşfedildi. Metalik haldeki uranyum, 1841'de Fransız kimyager Eugene Peligot tarafından UCl4'ün metalik potasyum ile indirgenmesi sırasında elde edildi. uranyum 1896'da bir Fransız tarafından keşfedildi. Başlangıçta 116 uranyuma atfedildi, ancak 1871'de iki katına çıkarılması gerektiği sonucuna vardı. Atom numarası 90'dan 103'e kadar olan elementlerin keşfinden sonra Amerikalı kimyager G. Seaborg, bu elementleri () periyodik sistemdeki 89 numaralı element ile aynı hücreye yerleştirmenin daha doğru olduğu sonucuna vardı. Bu düzenleme, 5f elektron alt seviyesinin aktinitlerde tamamlanmış olmasından kaynaklanmaktadır.

Doğada olmak

Uranyum, yer kabuğunun granit tabakası ve tortul kabuğu için karakteristik bir elementtir. Yerkabuğundaki içerik ağırlıkça %2.5 10 -4. Deniz suyunda uranyum konsantrasyonu 10-9 g/l'den azdır, deniz suyu toplamda 10 9 ila 10 10 ton uranyum içerir. Uranyum yer kabuğunda serbest halde bulunmaz. Yaklaşık 100 uranyum minerali bilinmektedir, bunların en önemlileri U 3 O 8, uraninit (U, Th) O 2, uranyum reçine cevheri (değişken bileşimde uranyum oksitler içerir) ve tyuyamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4) 2] 8H 2 O'dur.

izotoplar

Doğal Uranyum, üç izotop karışımından oluşur: 238 U - %99.2739, yarı ömür T 1 / 2 = 4.51x10 9 yıl, 235 U - %0.7024 (T 1 / 2 = 7.13x10 8 yıl) ve 234 U - %0.0057 (T 1 / 2 = 2.48x10 5) yıl).

Kütle numaraları 227'den 240'a kadar bilinen 11 yapay radyoaktif izotop vardır.

En uzun ömürlü - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1.62 10 5 yıl), toryumun nötronlarla ışınlanmasıyla elde edilir.

Uranyum izotopları 238 U ve 235 U, iki radyoaktif serinin atalarıdır.

Fiş

Uranyum üretiminin ilk aşaması konsantrasyondur. Kaya ezilir ve suyla karıştırılır. Ağır asılı madde bileşenleri daha hızlı çökelir. Kaya birincil uranyum mineralleri içeriyorsa, hızla çökelirler: bunlar ağır minerallerdir. 92 numaralı elementin ikincil mineralleri daha hafiftir, bu durumda ağır atık kaya daha erken yerleşir. (Ancak, her zaman gerçekten boş olmaktan çok uzaktır; uranyum da dahil olmak üzere pek çok faydalı element içerebilir).

Bir sonraki aşama, konsantrelerin özütlenmesi, 92 numaralı elementin çözeltiye aktarılmasıdır. Asit ve alkali liçi uygulayın. İlki daha ucuz, çünkü uranyum çıkarmak için kullanılıyor. Ancak hammaddede, örneğin uranyumda olduğu gibi katran, uranyum dört değerlikli durumdaysa, bu yöntem uygulanamaz: dört değerlikli uranyum sülfürik asitte pratik olarak çözünmez. Ve ya alkalin liçine başvurmanız ya da uranyumu altı değerlikli bir duruma önceden oksitlemeniz gerekir.

Asitle yıkamayı ve uranyum konsantresinin veya içerdiği durumlarda kullanmayın. Bunları çözmek için çok fazla asit harcanmalıdır ve bu durumlarda () kullanmak daha iyidir.

Uranyum sızıntısı sorunu, oksijen tasfiyesi ile çözülür. 150 °C'ye ısıtılmış uranyum cevheri ve mineral karışımına bir akım beslenir. Aynı zamanda uranyumu yıkayan kükürtlü minerallerden oluşur.

Bir sonraki aşamada, uranyum elde edilen çözeltiden seçici olarak izole edilmelidir. Modern yöntemler - ve - bu sorunu çözmeye izin verir.

Çözelti sadece uranyum değil, diğerlerini de içerir. Bazıları belirli koşullar altında uranyumla aynı şekilde davranır: aynı çözücülerle ekstrakte edilirler, aynı iyon değiştirici reçineler üzerinde biriktirilirler ve aynı koşullar altında çökelirler. Bu nedenle, uranyumun seçici izolasyonu için, her aşamada bir veya daha fazla istenmeyen arkadaştan kurtulmak için birçok redoks reaksiyonu kullanmak gerekir. Modern iyon değiştirici reçinelerde, uranyum çok seçici bir şekilde salınır.

Yöntemler iyon değişimi ve ekstraksiyon ayrıca iyidirler çünkü bir litrede sadece onda bir gram 92 numaralı element bulunan zayıf çözeltilerden uranyumun tamamen çıkarılmasına izin verirler.

Bu işlemlerden sonra, uranyum katı bir duruma - oksitlerden birine veya tetraflorür UF4'e - aktarılır. Ancak bu uranyumun hala büyük bir termal nötron yakalama kesitiyle safsızlıklardan arındırılması gerekiyor - , . Nihai üründeki içerikleri yüzde yüz binde birini ve milyonda birini geçmemelidir. Bu nedenle, halihazırda elde edilen teknik olarak saf ürünün tekrar çözülmesi gerekir - bu sefer içinde. Uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 tribütil fosfat ve diğer bazı maddeler ile ekstraksiyon sırasında ilaveten istenilen şartlara saflaştırılır. Daha sonra bu madde kristalleşir (veya çökeltilmiş peroksit UO 4 ·2H 2 O) ve dikkatlice tutuşmaya başlar. Bu işlem sonucunda UO2'ye indirgenen uranyum trioksit UO3 oluşur.

Bu madde cevherden metale giden yolda sondan bir önceki maddedir. 430 ila 600 ° C arasındaki sıcaklıklarda kuru hidrojen florür ile reaksiyona girer ve UF 4 tetraflorüre dönüşür. Metalik uranyum genellikle bu bileşikten elde edilir. Yardımla veya her zamanki gibi alın.

Fiziki ozellikleri

Uranyum çok ağır, gümüşi beyaz, parlak bir metaldir. Saf haliyle çelikten biraz daha yumuşak, dövülebilir, esnek ve hafif paramanyetik özelliklere sahiptir. Uranyumun üç allotropik formu vardır: alfa (prizmatik, 667,7 °C'ye kadar kararlı), beta (dörtgen, 667,7 ila 774,8 °C arasında kararlı), gama (774,8 °C'den erime noktasına kadar var olan, vücut merkezli kübik bir yapıya sahip).

Kimyasal özellikler

Metalik uranyumun kimyasal aktivitesi yüksektir. Havada yanardöner bir filmle kaplanır. Toz uranyum, 150-175 °C sıcaklıkta kendiliğinden tutuşur. Uranyumun yanması ve bileşiklerinin birçoğunun havada termal ayrışması sırasında uranyum oksit U308 oluşur. Bu oksit atmosferde 500 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ısıtılırsa UO2 oluşur. Uranyum oksitler diğer metallerin oksitleri ile kaynaştığında, uranatlar oluşur: K2UO4 (potasyum uranat), CaUO4 (kalsiyum uranat), Na2U207 (sodyum diuranat).

Başvuru

Nükleer yakıt

Uranyum 235 U, kendi kendini idame ettirmenin mümkün olduğu en büyük uygulamaya sahiptir. Bu nedenle, bu izotop hem içinde hem de (kritik kütle yaklaşık 48 kg) yakıt olarak kullanılır. U 235 izotopunun doğal uranyumdan izolasyonu karmaşık bir teknolojik problemdir (bkz.). İzotop U 238, yüksek enerjili nötronlarla bombardımanın etkisi altında bölünebilir, bu özellik gücünü artırmak için kullanılır (bir termonükleer reaksiyon tarafından üretilen nötronlar kullanılır). Nötron yakalama ve ardından β bozunması sonucunda 238 U, 239'a dönüşebilir ve bu daha sonra nükleer yakıt olarak kullanılır.

Reaktörlerde yapay olarak elde edilen uranyum-233 (nötronlarla ışınlama ve uranyum-233'e dönüşerek) nükleer santraller ve atom bombası üretimi için nükleer yakıttır (kritik kütle yaklaşık 16 kg). Uranyum-233 ayrıca gaz fazlı nükleer roket motorları için en umut verici yakıttır.

Diğer uygulamalar

• Küçük bir uranyum ilavesi, cama güzel bir yeşilimsi sarı renk tonu verir.
• Niyobyum karbür ve zirkonyum karbür içeren bir alaşımdaki uranyum-235 karbür, nükleer jet motorları için yakıt olarak kullanılır (çalışma sıvısı hidrojen + heksandır).
• Güçlü manyetostriktif malzemeler olarak demir ve seyreltilmiş uranyum (uranyum-238) alaşımları kullanılır.
• yirminci yüzyılın başında uranil nitrat renklendirilmiş fotoğraf baskıları üretmek için yaygın olarak virating ajanı olarak kullanılmaktadır.

seyreltilmiş uranyum

Doğal uranyumdan U-235 çıkarıldıktan sonra geriye kalan malzeme 235. izotopta tükendiği için "tükenmiş uranyum" olarak adlandırılır. Bazı raporlara göre, Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 560.000 ton seyreltilmiş uranyum hekzaflorür (UF 6) depolanıyor. Tükenmiş uranyum, esas olarak U-234'ün ondan çıkarılması nedeniyle, doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir. Uranyumun temel kullanım amacı enerji üretimi olduğu için seyreltilmiş uranyum ekonomik değeri az olan işe yaramaz bir üründür.

Başlıca kullanımı uranyumun yüksek yoğunluğundan ve nispeten düşük maliyetinden kaynaklanmaktadır: radyasyondan korunma (tuhaf görünse de) ve uçak kontrol yüzeyleri gibi havacılık uygulamalarında balast olarak kullanılması. Her uçak, bu amaçla 1.500 kg seyreltilmiş uranyum içerir. Bu malzeme ayrıca yüksek hızlı jiroskop rotorlarında, büyük volanlarda, uzay iniş araçlarında ve yarış yatlarında balast olarak, petrol kuyuları açarken kullanılır.

Zırh delici mermi çekirdekleri

Uranyumun en iyi bilinen kullanımı Amerikan için çekirdek gibidir. %2 veya %0,75 ile füzyon ve ısıl işlem (su veya yağda 850 °C'ye ısıtılmış metalin hızlı söndürülmesi, ayrıca 450 °C'de 5 saat daha tutulması) üzerine, metalik uranyum daha sert ve güçlü hale gelir (çekme mukavemeti 1600 MPa'dan fazladır, saf uranyum ise 450 MPa'ya sahiptir). Yüksek yoğunluğuyla birleştiğinde, bu, sertleştirilmiş uranyum külçesini son derece etkili bir zırh delme aracı yapar ve etkinlik açısından daha pahalı olana benzer. Zırhın imha sürecine, uranyumun toz haline getirilmesi ve zırhın diğer tarafında havada tutuşturulması eşlik eder. Çöl Fırtınası Operasyonu sırasında savaş alanında yaklaşık 300 ton tükenmiş uranyum kaldı (çoğunlukla A-10 saldırı uçağının 30 mm GAU-8 topunun mermi kalıntıları, her mermi 272 g uranyum alaşımı içerir).

Bu tür mermiler, NATO birlikleri tarafından Yugoslavya'daki çatışmalarda kullanıldı. Uygulamalarının ardından, ülke topraklarının ekolojik radyasyon kirliliği sorunu tartışıldı.

Seyreltilmiş uranyum, tank gibi modern tank zırhlarında kullanılır.

fizyolojik eylem

Mikro miktarlarda (%10 -5 -10 -8) bitki, hayvan ve insan dokularında bulunur. Bazı mantarlar ve algler tarafından büyük ölçüde birikir. Uranyum bileşikleri gastrointestinal sistemde (yaklaşık %1), akciğerlerde - %50 oranında emilir. Vücuttaki ana depolar: dalak ve bronko-pulmoner. İnsan ve hayvanların organ ve dokularındaki içeriği 10-7 g'ı geçmez.

Uranyum ve bileşikleri zehirli. Uranyum ve bileşiklerinin aerosolleri özellikle tehlikelidir. Suda çözünür uranyum bileşiklerinin aerosolleri için havadaki MPC 0,015 mg/m3, çözünmeyen uranyum formları için 0,075 mg/m3'tür. Vücuda girdiğinde, uranyum genel bir hücresel zehir olarak tüm organlara etki eder. Uranyumun moleküler etki mekanizması, aktiviteyi bastırma yeteneği ile ilgilidir. Her şeyden önce etkilenirler (idrarda protein ve şeker görülür). Kronik vakalarda hematopoez ve sinir sistemi bozuklukları mümkündür.

Dünyada uranyum madenciliği

2005 yılında yayınlanan "Uranyumun Kırmızı Kitabı"na göre 41.250 ton uranyum çıkarıldı (2003 - 35.492 ton). OECD'ye göre dünyada yılda 67.000 ton uranyum tüketen 440 ticari kullanım var. Bu, üretiminin tüketiminin yalnızca %60'ını sağladığı anlamına gelir (gerisi eski nükleer savaş başlıklarından geri kazanılır).

2005-2006 için U içeriğine göre ton olarak ülkelere göre üretim

Rusya'da üretim

Kalan %7, CJSC Dalur () ve OJSC Khiagda'nın () yer altı liçi ile elde edilir.

Ortaya çıkan cevherler ve uranyum konsantresi, Chepetsk Mekanik Fabrikasında işlenir.

Ayrıca bakınız

Bağlantılar

Makale, uranyum gibi bir kimyasal elementin ne zaman keşfedildiğini ve bu maddenin zamanımızda hangi endüstrilerde kullanıldığını anlatıyor.

Uranyum - enerji ve askeri endüstrinin kimyasal bir elementi

Her zaman, insanlar yüksek verimli enerji kaynakları bulmaya ve ideal olarak sözde yaratmaya çalıştılar. Ne yazık ki, varlığının imkansızlığı teorik olarak kanıtlandı ve 19. yüzyılda doğrulandı, ancak bilim adamları hala çok uzun süre büyük miktarda "temiz" enerji üretebilecek bir tür cihazın hayalini gerçekleştirme umudunu kaybetmediler.

Kısmen bu, uranyum gibi bir maddenin keşfiyle hayata geçirildi. Bu ada sahip bir kimyasal element, zamanımızda tüm şehirlere, denizaltılara, kutup gemilerine vb. Enerji sağlayan nükleer reaktörlerin geliştirilmesinin temelini oluşturdu. Doğru, enerjileri "temiz" olarak adlandırılamaz, ancak son yıllarda birçok şirket geniş satış için kompakt trityum bazlı "atomik piller" geliştiriyor - bunların hareketli parçaları yok ve sağlık için güvenli.

Ancak bu yazımızda uranyum adı verilen kimyasal bir elementin keşfinin tarihini ve çekirdeğinin fizyon reaksiyonunu detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.

Tanım

Uranyum, periyodik tabloda atom numarası 92 olan kimyasal bir elementtir. Atom kütlesi 238.029'dur. U sembolü ile gösterilir. Normal şartlar altında yoğun, ağır gümüş renkli bir metaldir. Radyoaktivitesi hakkında konuşursak, uranyumun kendisi zayıf radyoaktiviteye sahip bir elementtir. Ayrıca tamamen kararlı izotoplar içermez. Ve uranyum-338, mevcut izotopların en kararlısı olarak kabul edilir.

Bu elementin ne olduğunu anladık ve şimdi keşif tarihini ele alacağız.

Hikaye

Doğal uranyum oksit gibi bir madde, eski zamanlardan beri insanlar tarafından biliniyor ve eski zanaatkarlar, kapların ve diğer ürünlerin su geçirmezliği için çeşitli seramiklerin yanı sıra dekorasyonlarını kaplamak için kullanılan sır yapmak için kullandılar.

Bu kimyasal elementin keşfi tarihinde önemli bir tarih 1789'du. O zaman kimyager ve Almanya doğumlu Martin Klaproth ilk metalik uranyum elde edebildi. Ve yeni element, adını sekiz yıl önce keşfedilen gezegenin onuruna aldı.

Neredeyse 50 yıl boyunca, elde edilen uranyum saf bir metal olarak kabul edildi, ancak 1840'ta Fransız kimyager Eugene-Melchior Peligot, uygun dış işaretlere rağmen Klaproth tarafından elde edilen malzemenin bir metal değil, uranyum oksit olduğunu kanıtlayabildi. Biraz sonra aynı Peligo, çok ağır bir gri metal olan gerçek uranyum aldı. O zaman uranyum gibi bir maddenin atom ağırlığı ilk kez belirlendi. 1874'teki kimyasal element, Dmitri Mendeleev tarafından ünlü periyodik element tablosuna yerleştirildi ve Mendeleev, maddenin atom ağırlığını iki katına çıkardı. Ve sadece 12 yıl sonra, hesaplamalarında yanılmadığı deneysel olarak kanıtlandı.

radyoaktivite

Ancak bilimsel çevrelerde bu elemente olan gerçekten yaygın ilgi, 1896'da Becquerel'in uranyumun araştırmacının adını taşıyan ışınlar - Becquerel ışınları yaydığını keşfettiğinde başladı. Daha sonra bu alandaki en ünlü bilim adamlarından biri olan Marie Curie, bu olguya radyoaktivite adını verdi.

Uranyum çalışmasında bir sonraki önemli tarih 1899 olarak kabul edilir: o zaman Rutherford, uranyum radyasyonunun homojen olmadığını ve alfa ve beta ışınları olmak üzere iki türe ayrıldığını keşfetti. Ve bir yıl sonra, Paul Villar (Villard), bugün bildiğimiz üçüncü, son radyoaktif radyasyon türünü keşfetti - sözde gama ışınları.

Yedi yıl sonra, 1906'da Rutherford, radyoaktivite teorisine dayanarak, amacı çeşitli minerallerin yaşını belirlemek olan ilk deneyleri gerçekleştirdi. Bu çalışmalar, diğer şeylerin yanı sıra, teori ve pratiğin oluşumu için temel oluşturdu.

Uranyum çekirdeklerinin bölünmesi

Ancak, hem barışçıl hem de askeri amaçlar için yaygın uranyum madenciliği ve zenginleştirmesinin başlaması sayesinde muhtemelen en önemli keşif, uranyum çekirdeklerinin fisyon sürecidir. 1938'de oldu, keşif Alman fizikçiler Otto Hahn ve Fritz Strassmann tarafından gerçekleştirildi. Daha sonra, bu teori birkaç Alman fizikçinin daha çalışmalarında bilimsel olarak onaylandı.

Buldukları mekanizmanın özü şuydu: Uranyum-235 izotopunun çekirdeği bir nötronla ışınlanırsa, o zaman serbest bir nötron yakalayarak bölünmeye başlar. Ve artık hepimizin bildiği gibi, bu sürece muazzam miktarda enerjinin salınması eşlik ediyor. Bu, esas olarak radyasyonun kinetik enerjisinden ve çekirdeğin parçalarından kaynaklanır. Artık uranyum fisyonunun nasıl gerçekleştiğini biliyoruz.

Bu mekanizmanın keşfi ve sonuçları, uranyumun hem barışçıl hem de askeri amaçlarla kullanılmasının başlangıç ​​noktasıdır.

Askeri amaçlar için kullanımından bahsedersek, o zaman ilk kez, uranyum çekirdeğinin sürekli fisyon reaksiyonu gibi bir süreç için koşullar yaratmanın mümkün olduğu teorisi (çünkü bir nükleer bombayı patlatmak için büyük enerji gereklidir) Sovyet fizikçileri Zeldovich ve Khariton tarafından kanıtlandı. Ancak böyle bir reaksiyon yaratmak için uranyumun zenginleştirilmesi gerekir, çünkü normal durumunda gerekli özelliklere sahip değildir.

Bu elementin tarihini tanıdık, şimdi nerede kullanıldığını anlayacağız.

Uranyum izotoplarının uygulamaları ve türleri

Uranyumun zincirleme fisyon reaksiyonu gibi bir sürecin keşfinden sonra fizikçiler, bunun nerede kullanılabileceği sorusuyla karşı karşıya kaldılar.

Şu anda uranyum izotoplarının kullanıldığı iki ana alan bulunmaktadır. Bu barışçıl (veya enerji) bir endüstri ve ordudur. Hem birinci hem de ikinci, uranyum-235 izotopunun reaksiyonunu kullanır, yalnızca çıkış gücü farklıdır. Basitçe söylemek gerekirse, bir nükleer reaktörde, bir nükleer bombanın patlamasını gerçekleştirmek için gerekli olan güçle bu süreci yaratmaya ve sürdürmeye gerek yoktur.

Böylece uranyum fisyon reaksiyonunun kullanıldığı ana endüstriler listelendi.

Ancak uranyum-235 izotopunu elde etmek son derece karmaşık ve maliyetli bir teknolojik görevdir ve her eyalet zenginleştirme tesisleri inşa etmeyi göze alamaz. Örneğin, uranyum 235 izotop içeriğinin %3-5 olacağı yirmi ton uranyum yakıtı elde etmek için, 153 tondan fazla doğal, "ham" uranyum zenginleştirmek gerekecektir.

Uranyum-238 izotopu esas olarak nükleer silahların tasarımında güçlerini artırmak için kullanılır. Ayrıca, bir nötron yakaladığında ve bunu bir beta bozunma süreci takip ettiğinde, bu izotop sonunda çoğu modern nükleer reaktör için ortak bir yakıt olan plütonyum-239'a dönüşebilir.

Bu tür reaktörlerin tüm eksikliklerine (yüksek maliyet, bakımın karmaşıklığı, kaza tehlikesi) rağmen, işletilmeleri çok hızlı bir şekilde karşılığını verir ve klasik termik veya hidroelektrik santrallerle kıyaslanamayacak kadar daha fazla enerji üretirler.

Tepki aynı zamanda nükleer kitle imha silahlarının yaratılmasına da izin verdi. Muazzam gücü, göreceli kompaktlığı ve geniş arazileri insan yerleşimi için uygunsuz hale getirebilmesi gerçeğiyle ayırt edilir. Doğru, modern atom silahları uranyum değil, plütonyum kullanıyor.

seyreltilmiş uranyum

Tükenmiş gibi çok çeşitli uranyum da var. Çok düşük bir radyoaktivite seviyesine sahiptir, bu da insanlar için tehlikeli olmadığı anlamına gelir. Yine askeri alanda kullanılır, örneğin Amerikan Abrams tankının zırhına ek güç vermek için eklenir. Ek olarak, hemen hemen tüm yüksek teknoloji ordularında çeşitlilerini bulabilirsiniz.Yüksek kütlelerine ek olarak, çok ilginç bir özelliğe daha sahiptirler - merminin imha edilmesinden sonra, parçaları ve metal tozu kendiliğinden tutuşur. Ve bu arada, ilk kez İkinci Dünya Savaşı sırasında böyle bir mermi kullanıldı. Gördüğümüz gibi uranyum, insan faaliyetinin çeşitli alanlarında kullanılan bir elementtir.

Çözüm

Bilim adamlarının tahminlerine göre, 2030 civarında tüm büyük uranyum yatakları tamamen tükenecek, ardından ulaşılması zor katmanlarının gelişimi başlayacak ve fiyat yükselecek. Bu arada, insanlar için kesinlikle zararsızdır - bazı madenciler nesillerdir üretimi üzerinde çalışmaktadır. Şimdi bu kimyasal elementin keşif tarihini ve çekirdeklerinin fisyon reaksiyonunun nasıl kullanıldığını anladık.

Bu arada, ilginç bir gerçek biliniyor - uranyum bileşikleri uzun süredir porselen ve cam için boya olarak kullanılıyor (1950'lere kadar sözde.

; atom numarası 92, atom kütlesi 238.029; metal. Doğal Uranyum, üç izotop karışımından oluşur: 238 U - %99,2739, yarılanma ömrü T ½ = 4,51 10 9 yıl, 235 U - %0,7024 (T ½ = 7,13 10 8 yıl) ve 234 U - %0,0057 (T ½ = 2,48 10 5 yıl).

Kütle numaraları 227'den 240'a kadar olan 11 yapay radyoaktif izotoptan 233 U (T ½ = 1,62 10 5 yıl) uzun ömürlüdür; toryumun nötron ışınlaması ile elde edilir. 238 U ve 235 U, iki radyoaktif serinin atalarıdır.

Tarihsel referans. Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager M. G. Klaproth tarafından keşfedilmiş ve 1781 yılında W. Herschel tarafından keşfedilen Uranüs gezegeninin onuruna onun tarafından adlandırılmıştır. Metalik haldeki Uranyum, 1841 yılında Fransız kimyager E. Peligot tarafından UCl 4'ü potasyum metali ile indirgeyerek elde edilmiştir. Başlangıçta, Uranüs'e 120 atom kütlesi atandı ve yalnızca 1871'de D. I. Mendeleev bu değerin iki katına çıkarılması gerektiği sonucuna vardı.

Uzun bir süre uranyum yalnızca dar bir kimyager çevresinin ilgisini çekti ve boya ve cam üretiminde sınırlı kullanım buldu. 1896'da uranyumun ve 1898'de radyumun radyoaktivitesinin keşfedilmesiyle, radyumu çıkarmak ve bilimsel araştırma ve tıpta kullanmak için uranyum cevherlerinin endüstriyel olarak işlenmesi başladı. 1942'den beri, 1939'da nükleer fisyon fenomeninin keşfinden sonra, uranyum ana nükleer yakıt haline geldi.

Uranüs'ün doğadaki dağılımı. Uranyum, yer kabuğunun granit tabakası ve tortul kabuğu için karakteristik bir elementtir. Yerkabuğundaki (clarke) ortalama Uranyum içeriği kütlece %2,5 10-4, asidik magmatik kayaçlarda %3,5 10-4, kil ve şeyllerde %3,2 10-4, temel kayalarda 5 10-5%, mantonun ultrabazik kayaçlarında 3 10-7%'dir. Uranyum, soğuk ve sıcak, nötr ve alkali sularda, basit ve karmaşık iyonlar, özellikle karbonat kompleksleri şeklinde kuvvetli bir şekilde göç eder. Uranüs'ün jeokimyasında önemli bir rol, redoks reaksiyonları tarafından oynanır, çünkü Uranyum bileşikleri, kural olarak, oksitleyici bir ortama sahip sularda yüksek oranda çözünür ve indirgeyici bir ortama sahip sularda (örneğin, hidrojen sülfür) az çözünür.

Uranüs'ün yaklaşık 100 minerali bilinmektedir; Bunlardan 12 tanesi endüstriyel öneme sahiptir. Jeolojik tarih boyunca, Uranüs'ün yer kabuğundaki içeriği radyoaktif bozunma nedeniyle azalmıştır; bu süreç, yer kabuğunda Pb ve He atomlarının birikmesiyle ilişkilidir. Uranüs'ün radyoaktif bozunması, önemli bir derin ısı kaynağı olan yer kabuğunun enerjisinde önemli bir rol oynar.

Uranüs'ün fiziksel özellikleri. Uranyum çeliğe benzer renktedir ve kolayca işlenebilir. Üç allotropik modifikasyona sahiptir - faz dönüşüm sıcaklıklarıyla α, β ve γ: α → β 668.8 °С, β → γ 772.2 °С; α formunun eşkenar dörtgen bir kafesi vardır (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å), β formunun dörtgen bir kafesi vardır (720 °С a = 10.759Å, b = 5.656Å'da), γ formunun vücut merkezli bir kübik kafesi vardır (850 °С a = 3.538Å). Uranüs'ün α-formundaki (25°C) yoğunluğu 19.05 g/cm3'tür; pl 1132 °C; bp t 3818 °С; termal iletkenlik (100-200°C), 28,05 W/(mK) , (200-400°C) 29,72 W/(mK) ; özgül ısı kapasitesi (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); oda sıcaklığında elektrik özdirenci yaklaşık 3 10 -7 ohm cm, 600 °C'de 5,5 10 -7 ohm cm'dir; 0,68 K'da süper iletkenliğe sahiptir; zayıf paramanyetik, oda sıcaklığında spesifik manyetik duyarlılık 1.72·10 -6 .

Uranyumun mekanik özellikleri, saflığına, mekanik ve termal işleme modlarına bağlıdır. Dökme uranyum için esneklik modülünün ortalama değeri 20.5.10-2 MN/m2'dir; oda sıcaklığında nihai gerilme mukavemeti 372-470 MN/m2; β- ve γ-fazlarından sertleştikten sonra mukavemet artar; Brinell'e göre ortalama sertlik 19.6-21.6·10 2 MN/m 2 .

Bir nötron akışı ile ışınlama (bir nükleer reaktörde gerçekleşir) Uranyumun fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirir: sürünme gelişir ve kırılganlık artar, ürünlerin deformasyonu gözlenir, bu da Uranyumun nükleer reaktörlerde çeşitli uranyum alaşımları şeklinde kullanılmasını zorlar.

Uranyum radyoaktif bir elementtir. 235 U ve 233 U çekirdekleri, sırasıyla 508 · 10 -24 cm 2 (508 barn) ve 533 · 10 -24 cm 2 (533 barn) etkili fisyon kesiti ile hem yavaş (termal) hem de hızlı nötronların yakalanması sırasında olduğu gibi kendiliğinden fisyona uğrar. 238 U çekirdeği, yalnızca en az 1 MeV enerjiye sahip hızlı nötronları yakalayarak bölünür; yavaş nötronlar yakalandığında, 238 U, nükleer özellikleri 235 U'ya yakın olan 239 Pu'ya dönüşür. Sulu çözeltilerdeki kritik Uranyum kütlesi (% 93,5 235 U), açık bir top için - yaklaşık 50 kg, reflektörlü bir top için - 15-23 kg; 233 U'nun kritik kütlesi, 235 U'nun kritik kütlesinin yaklaşık 1/3'üdür.

Uranyumun kimyasal özellikleri. Uranüs atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 7s 2 6d l 5f 3'tür. Uranyum reaktif metallere aittir, bileşiklerde +3, +4, + 5, +6, bazen +2 oksidasyon durumları sergiler; en kararlı bileşikler U(IV) ve U(VI)'dır. Havada, yüzeyde metali daha fazla oksidasyondan korumayan bir oksit (IV) filmi oluşturarak yavaşça oksitlenir. Toz halinde uranyum piroforiktir ve parlak bir alevle yanar. Oksijen ile oksit (IV) UO 2, oksit (VI) UO 3 ve en önemlisi U 3 O 8 olan çok sayıda ara oksit oluşturur. Bu ara oksitler, özellikler bakımından UO2 ve UO3'e benzer. Yüksek sıcaklıklarda UO 2, UO 1.60 ile UO 2.27 arasında geniş bir homojenlik aralığına sahiptir. 500-600 ° C'de flor ile tetraflorür UF 4 (yeşil iğne benzeri kristaller, suda ve asitlerde az çözünür) ve heksaflorür UF 6 (beyaz kristalli madde 56.4 ° C'de erimeden süblimleşir); kükürt ile - en önemlisi ABD (nükleer yakıt) olan bir dizi bileşik. Uranyum, 220 °C'de hidrojen ile etkileşime girdiğinde, bir hidrit UH3 elde edilir; 450 ila 700 ° C sıcaklıkta ve atmosferik basınçta nitrojen ile - U4N7 nitrür, daha yüksek nitrojen basıncında ve aynı sıcaklıkta, UN, U2N3 ve UN2 elde edilebilir; 750-800 ° C'de karbon ile - UC monokarbit, UC 2 dikarbit ve ayrıca U2C3; metallerle çeşitli tiplerde alaşımlar oluşturur. Uranyum, 150-250 ° C sıcaklık aralığında su buharı ile UO 2 n H 2 oluşturmak için kaynar su ile yavaşça reaksiyona girer; hidroklorik ve nitrik asitlerde az çözünür - konsantre hidroflorik asitte. U(VI), uranil iyonu U022+ oluşumu ile karakterize edilir; uranil tuzları sarıdır ve suda ve mineral asitlerde oldukça çözünür; U(IV) tuzları yeşildir ve daha az çözünür; uranil iyonu, hem inorganik hem de organik maddelerle sulu çözeltilerde kompleks oluşturma kabiliyetine sahiptir; teknoloji için en önemlileri karbonat, sülfat, florür, fosfat ve diğer komplekslerdir. Bileşimi hazırlama koşullarına bağlı olarak değişen çok sayıda uranat (saf biçimde izole edilmemiş uranik asit tuzları) bilinmektedir; tüm uranatlar suda düşük çözünürlüğe sahiptir.

Uranyum ve bileşikleri radyasyon ve kimyasal olarak zehirlidir. Mesleki maruziyet için izin verilen maksimum doz (SDA) yılda 5 rem'dir.

Uranüs'ü almak. Uranyum, %0,05-0,5 U içeren uranyum cevherlerinden elde edilir. Uranyuma her zaman eşlik eden radyumun γ-radyasyonuna dayanan sınırlı bir radyometrik ayırma yöntemi dışında, cevherler pratik olarak zenginleştirilmemiştir. Temel olarak cevherler, Uranyum'un UO2S04 formundaki asidik bir solüsyona veya kompleks anyonlar 4- ve bir soda solüsyonuna - 4- şeklinde aktarılmasıyla sülfürik, bazen nitrik asitler veya soda solüsyonları ile yıkanır. Çözeltilerden ve hamurlardan uranyum çıkarmak ve konsantre etmek, ayrıca safsızlıkları gidermek için, iyon değiştirici reçineler üzerinde sorpsiyon ve organik çözücülerle (tributil fosfat, alkil fosforik asitler, aminler) ekstraksiyon kullanılır. Ayrıca, amonyum veya sodyum uranatlar veya hidroksit U(OH)4, alkali eklenerek çözeltilerden çökeltilir. Yüksek saflıkta bileşikler elde etmek için, teknik ürünler nitrik asit içinde çözülür ve son ürünleri UO3 veya U3O8 olan rafinasyon saflaştırma işlemlerine tabi tutulur; bu oksitler 650–800°C'de hidrojen veya ayrışmış amonyak ile UO2'ye indirgenir, ardından 500–600°C'de gaz halindeki hidrojen florür ile işlenerek UF4'e dönüştürülür. UF 4 aynı zamanda UF 4 nH20 kristalli hidratın hidroflorik asitli çözeltilerden çökeltilmesi ve ardından ürünün bir hidrojen akışında 450 °C'de dehidrasyonuyla da elde edilebilir. Endüstride, UF 4'ten uranyum elde etmenin ana yöntemi, uranyumun 1,5 tona kadar külçeler şeklinde salınmasıyla kalsiyum-termal veya magnezyum-termal indirgemesidir Külçeler vakum fırınlarında rafine edilir.

Uranyum teknolojisinde çok önemli bir süreç, cevherlerdeki doğal içeriğin üzerinde 235 U izotopu ile zenginleştirilmesi veya bu izotopun saf halde izole edilmesidir, çünkü ana nükleer yakıt 235 U olduğundan; bu, 238 U ve 235 U kütlelerindeki farka dayalı olarak gaz termal difüzyon, santrifüj ve diğer yöntemlerle gerçekleştirilir; ayırma işlemlerinde uranyum uçucu UF 6 hekzaflorür formunda kullanılır. Yüksek oranda zenginleştirilmiş Uranyum veya izotoplar elde edilirken kritik kütleleri dikkate alınır; bu durumda en uygun yöntem uranyum oksitlerin kalsiyum ile indirgenmesidir; elde edilen CaO cürufu, asitlerde çözünerek uranyumdan kolayca ayrılır. Toz haline getirilmiş uranyum, oksit (IV), karbürler, nitrürler ve diğer refrakter bileşikleri elde etmek için toz metalurjisi yöntemleri kullanılır.

Uranüs uygulaması. Metalik uranyum veya bileşikleri, çoğunlukla nükleer reaktörlerde nükleer yakıt olarak kullanılır. Doğal veya az zenginleştirilmiş bir uranyum izotop karışımı, nükleer santrallerin sabit reaktörlerinde, oldukça zenginleştirilmiş bir üründe - nükleer santrallerde veya hızlı nötronlarla çalışan reaktörlerde kullanılır. 235 U, nükleer silahlarda nükleer enerji kaynağıdır. 238 U, ikincil nükleer yakıt - plütonyum kaynağı olarak hizmet eder.

vücuttaki uranyum Mikro miktarlarda (%10 -5 -10 -8) bitki, hayvan ve insan dokularında bulunur. Bitki küllerinde (topraktaki Uranyum içeriği yaklaşık %10-4), konsantrasyonu %1.5-10-5'tir. Uranyum büyük ölçüde bazı mantarlar ve algler tarafından biriktirilir (ikincisi, Uranüs'ün su - su bitkileri - balık - insan zinciri boyunca biyojenik göçüne aktif olarak katılır). Uranyum, hayvanların ve insanların vücuduna yiyecek ve su ile gastrointestinal sisteme, hava ile solunum yoluna ve ayrıca deri ve mukoza zarlarından girer. Uranyum bileşikleri gastrointestinal sistemde emilir - gelen çözünür bileşik miktarının yaklaşık% 1'i ve az çözünür olanların en fazla% 0.1'i; akciğerlerde sırasıyla %50 ve %20 emilir. Uranyum vücutta eşit olmayan bir şekilde dağılır. Ana depo (birikme ve birikme yerleri) dalak, böbrekler, iskelet, karaciğer ve az çözünür bileşikler solunduğunda akciğerler ve bronkopulmoner lenf düğümleridir. Uranyum (karbonatlar ve proteinlerle kompleksler halinde) kanda uzun süre dolaşmaz. Hayvanların ve insanların organ ve dokularındaki uranyum içeriği 10-7 g/g'ı geçmez. Böylece, sığır kanında 1 10-8 g/ml, karaciğer 8 10-8 g/g, kaslar 4 10-11 g/g, dalak 9 10 8-8 g/g bulunur. İnsan organlarındaki uranyum içeriği: karaciğerde 6 10-9 g/g, akciğerde 6 10-9-9 10-9 g/g, dalakta 4,7 10-7 g/g, kanda 4-10-10 g/ml, böbreklerde 5,3 10-9 (kortikal tabaka) ve 1,3 10-8 g/g (medulla), kemiklerde 1 1 0 -9 g/g, kemik iliğinde 1-10 -8 g/g, saçta 1.3 10 -7 g/g. Kemik dokusunda bulunan uranyum, sürekli ışınlanmasına neden olur (Uranüs'ün iskeletten yarılanma ömrü yaklaşık 300 gündür). Uranyumun en düşük konsantrasyonları beyinde ve kalptedir (10-10 g/g). Yiyecek ve sıvılarla günlük Uranyum alımı 1,9 10 -6 g, hava ile - 7 10 -9 g İnsan vücudundan günlük Uranyum atılımı: idrarla 0,5 10 -7 - 5 10 -7 g, dışkıyla - 1,4 10 -6 -1,8 10 -6 g, saçla - 2 10 -8 g.

Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu'na göre insan vücudundaki ortalama Uranyum içeriği 9.10 -5 g'dır, bu değer bölgelere göre değişebilir. Hayvanların ve bitkilerin normal çalışması için uranyumun gerekli olduğuna inanılmaktadır.

Uranyumun toksik etkisi, kimyasal özelliklerinden kaynaklanır ve çözünürlüğe bağlıdır: uranil ve uranyumun diğer çözünür bileşikleri daha toksiktir. Uranyum hammaddelerinin çıkarılması ve işlenmesi için işletmelerde ve teknolojik süreçte kullanıldığı diğer endüstriyel tesislerde uranyum ve bileşiklerinin zehirlenmesi mümkündür. Vücuda girdiğinde Uranyum, genel bir hücresel zehir olarak tüm organlara ve dokulara etki eder. Zehirlenme belirtileri, böbreklerdeki baskın hasardan kaynaklanır (idrarda protein ve şekerin ortaya çıkması, müteakip oligüri); karaciğer ve gastrointestinal sistem de etkilenir. Akut ve kronik zehirlenme vardır; ikincisi, kademeli gelişim ve semptomların daha az şiddeti ile karakterize edilir. Kronik zehirlenme durumunda hematopoez bozuklukları, sinir sistemi vb.Uranyumun moleküler etki mekanizmasının, enzimlerin aktivitesini baskılama kabiliyeti ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır.

URANUS (kendisinden kısa bir süre önce keşfedilen Uranüs gezegeninin onuruna verilen isim; lat. uranium * a. uranium; n. Uran; f. uranium; ve. uranio), U, Mendeleev periyodik sisteminin III. grubunun radyoaktif kimyasal elementidir, atom numarası 92, atom kütlesi 238.0289, aktinitleri ifade eder. Doğal uranyum üç izotop karışımından oluşur: 238 U (%99,282, T 1/2 4,468,10 9 yıl), 235 U (%0,712, T 1/2 0,704,10 9 yıl), 234 U (%0,006, T 1/2 0,244,10 6 yıl). Kütle numaraları 227'den 240'a kadar olan 11 yapay radyoaktif uranyum izotopu da bilinmektedir.

Uranyum, 1789 yılında Alman kimyacı M. G. Klaproth tarafından UO 2 formunda keşfedildi. Metalik uranyum, 1841'de Fransız kimyager E. Peligot tarafından elde edildi. Uzun bir süre uranyum çok sınırlı bir kullanıma sahipti ve ancak 1896'da radyoaktivitenin keşfiyle birlikte çalışılmaya ve kullanılmaya başlandı.

uranyumun özellikleri

Serbest durumda uranyum açık gri bir metaldir; 667,7°C'nin altında, eşkenar dörtgen (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kristal kafes (a-modifikasyonu), 667,7-774°C sıcaklık aralığında - dörtgen (a=1,0759 nm, c=0,5656 nm; R-modifikasyonu), daha yüksek bir sıcaklıkta - vücut merkezli bir kübik çözelti etiketi ile karakterize edilir (a=0,3538 nm, g-modifikasyonu). Yoğunluk 18700 kg / m3, erime t 1135 ° C, kaynama t yaklaşık 3818 ° C, molar ısı kapasitesi 27.66 J / (mol.K), elektriksel özdirenç 29.0.10 -4 (Ohm.m), termal iletkenlik 22.5 W / (m.K), doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı 10.7.10 -6 K -1. Uranyumun süper iletken duruma geçiş sıcaklığı 0,68 K'dir; zayıf paramanyetik, özgül manyetik alınganlık 1.72.10 -6 . 235 U ve 233 U çekirdekleri kendiliğinden, ayrıca yavaş ve hızlı nötronların yakalanması sırasında, 238 U sadece hızlı (1 MeV'den fazla) nötronların yakalanması sırasında bölünür. Yavaş nötronlar yakalandığında 238 U, 239 Pu'ya dönüşür. Uranyumun sulu çözeltilerdeki kritik kütlesi (%93,5 235U), açık bir top için yaklaşık 50 kg olmak üzere 1 kg'dan azdır; 233 U için kritik kütle, 235 U kritik kütlesinin yaklaşık 1/3'üdür.

Doğada eğitim ve içerik

Uranyumun ana tüketicisi nükleer enerji mühendisliğidir (nükleer reaktörler, nükleer santraller). Ayrıca uranyum nükleer silah yapımında da kullanılıyor. Uranyum kullanımının diğer tüm alanları, keskin bir şekilde ikincil öneme sahiptir.

Uranyum radyoaktif bir metaldir. Doğada uranyum üç izotoptan oluşur: uranyum-238, uranyum-235 ve uranyum-234. En yüksek kararlılık düzeyi uranyum-238 için kaydedilmiştir.

uranyumun radyoaktif bozunması

Radyoaktif bozunma, kararsızlıkla karakterize edilen atom çekirdeğinin bileşiminde veya iç yapısında ani bir değişiklik sürecidir. Bu durumda, temel parçacıklar, gama kuantumu ve/veya nükleer fragmanlar yayılır. Radyoaktif maddeler radyoaktif bir çekirdek içerir. Radyoaktif bozunmadan kaynaklanan yavru çekirdek de radyoaktif hale gelebilir ve belirli bir süre sonra bozunmaya uğrar. Bu süreç, radyoaktiviteden yoksun kararlı bir çekirdek oluşana kadar devam eder. E. Rutherford, 1899'da uranyum tuzlarının üç tür ışın yaydığını deneysel olarak kanıtladı:

• α-ışınları - pozitif yüklü parçacıkların akışı
• β-ışınları - negatif yüklü parçacık akışı
• γ-ışınları - manyetik alanda sapmalar yaratmaz.

uranyumun radyoaktivitesi

Doğal radyoaktivite, radyoaktif uranyumu diğer elementlerden ayıran şeydir. Uranyum atomları, herhangi bir faktör ve koşuldan bağımsız olarak yavaş yavaş değişir. Bu durumda görünmeyen ışınlar yayılır. Uranyum atomları ile meydana gelen dönüşümlerden sonra farklı bir radyoaktif element elde edilir ve işlem tekrarlanır. Radyoaktif olmayan bir element elde etmek için gerektiği kadar tekrar edecek. Örneğin, bazı dönüşüm zincirlerinin 14'e kadar aşaması vardır. Bu durumda ara element radyumdur ve son aşama kurşun oluşumudur. Bu metal radyoaktif bir element değildir, bu nedenle bir takım dönüşümler kesintiye uğrar. Bununla birlikte, uranyumun tamamen kurşuna dönüşmesi birkaç milyar yıl alır.
Radyoaktif uranyum cevheri, uranyum hammaddelerinin çıkarılması ve işlenmesi ile ilgili işletmelerde sıklıkla zehirlenmelere neden olur. İnsan vücudunda uranyum genel bir hücresel zehirdir. Esas olarak böbrekleri etkiler, ancak karaciğer ve gastrointestinal lezyonlar da ortaya çıkar.
Uranyum tamamen kararlı izotoplara sahip değildir. En uzun ömür uranyum-238 için belirtilmiştir. Uranyum-238'in yarı bozunması 4,4 milyar yılda gerçekleşir. Bir milyar yıldan biraz daha kısa bir süre, uranyum-235'in yarı bozunması - 0,7 milyar yıldır. Uranyum-238, toplam doğal uranyum hacminin %99'undan fazlasını kaplar. Muazzam yarı ömrü nedeniyle, bu metalin radyoaktivitesi yüksek değildir, örneğin alfa parçacıkları insan derisinin stratum corneum'una nüfuz edemez. Bir dizi çalışmanın ardından bilim adamları, ana radyasyon kaynağının uranyumun kendisi olmadığını, onun oluşturduğu radon gazının yanı sıra nefes alma sırasında insan vücuduna giren bozunma ürünleri olduğunu keşfettiler.