Urán je jedným z prvkov ťažkých kovov v periodickej tabuľke. Urán je široko používaný v energetickom a vojenskom priemysle. V periodickej tabuľke sa nachádza pod číslom 92 a označuje sa latinským písmenom U s hmotnostným číslom 238.

Ako bol objavený Urán

Vo všeobecnosti je taký chemický prvok ako urán známy už veľmi dlho. Je známe, že ešte pred naším letopočtom sa prírodný oxid uránu používal na výrobu žltej glazúry na keramiku. O objave tohto prvku možno uvažovať v roku 1789, keď nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth získal z rudy materiál podobný čiernemu kovu. Martin sa rozhodol nazvať tento materiál Urán, aby podporil názov novoobjavenej planéty s rovnakým názvom (v tom istom roku bola objavená planéta Urán). V roku 1840 sa ukázalo, že tento materiál, ktorý objavil Klaproth, sa ukázal ako oxid uránu napriek jeho charakteristickému kovovému lesku. Eugene Melchior Peligot syntetizoval atómový urán z oxidu a určil jeho atómovú hmotnosť rovnajúcu sa 120 AU a v roku 1874 Mendelejev túto hodnotu zdvojnásobil umiestnením do najvzdialenejšej bunky svojho stola. Len o 12 rokov neskôr Mendelejevovo rozhodnutie zdvojnásobiť hmotnosť potvrdili experimenty nemeckého chemika Zimmermanna.

Kde a ako sa ťaží urán

Urán je pomerne bežný prvok, no vo forme uránovej rudy sa vyskytuje hojne. Aby ste pochopili, jeho obsah v zemskej kôre je 0,00027% z celkovej hmotnosti Zeme. Uránová ruda sa zvyčajne nachádza v kyslých minerálnych horninách s vysokým obsahom kremíka. Hlavnými typmi uránových rúd sú smolinec, karnotit, kasolit a samarskit. Najväčšie zásoby uránových rúd, berúc do úvahy rezervné ložiská, sú krajiny ako Austrália, Rusko a Kazachstan a spomedzi všetkých zaujíma popredné miesto Kazachstan. Ťažba uránu nie je veľmi jednoduchý a nákladný postup. Nie všetky krajiny si môžu dovoliť ťažiť a syntetizovať čistý urán. Technológia výroby je nasledovná: v baniach sa ťaží ruda alebo minerály, porovnateľné so zlatom alebo drahými kameňmi. Vyťažené horniny sa rozdrvia a zmiešajú s vodou, aby sa oddelil uránový prach od zvyšku. Uránový prach je veľmi ťažký, a preto sa zráža rýchlejšie ako ostatné. Ďalším krokom je čistenie uránového prachu z iných hornín kyslým alebo alkalickým lúhovaním. Postup vyzerá asi takto: uránová zmes sa zahreje na 150 °C a pod tlakom sa dodáva čistý kyslík. V dôsledku toho vzniká kyselina sírová, ktorá čistí urán od iných nečistôt. No a v konečnej fáze sa odvezú už čisté častice uránu. Okrem uránového prachu existujú aj ďalšie užitočné minerály.

Nebezpečenstvo rádioaktívneho žiarenia z uránu

Každý dobre pozná taký pojem ako rádioaktívne žiarenie a skutočnosť, že spôsobuje nenapraviteľné poškodenie zdravia, ktoré vedie k smrti. Urán je jedným z prvkov, ktoré môžu za určitých podmienok uvoľňovať rádioaktívne žiarenie. Vo voľnej forme, v závislosti od svojej odrody, môže vyžarovať alfa a beta lúče. Alfa lúče nepredstavujú pre človeka veľké nebezpečenstvo, ak je ožiarenie vonkajšie, pretože toto žiarenie má nízku schopnosť prenikať, ale keď sa dostane do tela, spôsobí nenapraviteľné škody. Dokonca aj list papiera na písanie stačí na to, aby obsahoval vonkajšie alfa lúče. Beta žiarenie je vážnejšie, ale nie veľa. Prenikavá sila beta žiarenia je vyššia ako u alfa žiarenia, ale na zachytenie beta žiarenia je potrebných 3-5 mm tkaniva. Hovoríš ako? Urán je rádioaktívny prvok, ktorý sa používa v jadrových zbraniach! Správne, používa sa v jadrových zbraniach, ktoré spôsobujú kolosálne škody všetkému živému. Práve pri výbuchu jadrovej hlavice je hlavné poškodenie živých organizmov spôsobené gama žiarením a tokom neutrónov. Tieto typy žiarenia vznikajú v dôsledku termonukleárnej reakcie pri výbuchu hlavice, ktorá odstráni častice uránu zo stabilného stavu a zničí všetok život na Zemi.

Odrody uránu

Ako bolo uvedené vyššie, urán má niekoľko odrôd. Odrody naznačujú prítomnosť izotopov, aby ste pochopili, že izotopy zahŕňajú rovnaké prvky, ale s rôznymi hmotnostnými číslami.

Sú teda dva typy:

1. Prírodné;
2. Umelé;

Ako už asi tušíte, ten prírodný, ktorý sa ťaží zo zeme, a ten umelý si vytvárajú ľudia svojpomocne. Klasifikované sú prírodné izotopy uránu s hmotnostným číslom 238, 235 a 234. Navyše U-234 je dcérou U-238, to znamená, že prvý sa získava rozpadom druhého v prírodných podmienkach. Druhá skupina izotopov, ktorá je umelo vytvorená, má hmotnostné čísla od 217 do 242. Každý z izotopov má iné vlastnosti a za určitých podmienok sa vyznačuje odlišným správaním. V závislosti od potrieb sa jadroví vedci snažia nájsť najrôznejšie riešenia problémov, pretože každý izotop má inú energetickú hodnotu.

Polčasy rozpadu

Ako už bolo spomenuté vyššie, každý z izotopov uránu má inú energetickú hodnotu a iné vlastnosti, jednou z nich je polčas rozpadu. Aby ste pochopili, čo to je, musíte začať s definíciou. Polčas rozpadu je čas, počas ktorého sa počet rádioaktívnych atómov zníži na polovicu. Polčas rozpadu ovplyvňuje mnoho faktorov, napríklad jeho energetickú hodnotu alebo úplné vyčistenie. Ak vezmeme ako príklad posledné uvedené, potom môžeme vypočítať, na aké časové obdobie dôjde k úplnému odstráneniu rádioaktívnej kontaminácie zeme. Polčasy izotopov uránu:

Ako môžete vidieť z tabuľky, polčas rozpadu izotopov sa pohybuje od minút po stovky miliónov rokov. Každý z nich nachádza uplatnenie v rôznych oblastiach ľudského života.

Urán je široko používaný v mnohých oblastiach činnosti, ale najcennejší je v energetike a vojenskej oblasti. Najväčší záujem je o izotop U-235. Jeho výhodou je, že je schopný samostatne podporovať jadrovú reťazovú reakciu, ktorá je široko používaná vo vojenských záležitostiach na výrobu jadrových zbraní a ako palivo v jadrových reaktoroch. Okrem toho má urán široké využitie v geológii na určovanie veku minerálov a hornín, ako aj na určovanie priebehu geologických procesov. V automobilovom a leteckom priemysle sa ochudobnený urán používa ako protizávažie a centrovací prvok. Využitie sa našlo aj v maliarstve, konkrétnejšie ako farba na porcelán a na výrobu keramických glazúr a emailov. Za ďalší zaujímavý bod možno považovať použitie ochudobneného uránu na ochranu pred rádioaktívnym žiarením, akokoľvek zvláštne to znie.

V posolstve irackého veľvyslanca pri OSN Mohammed Ali al-Hakim z 9. júla hovorí, že k dispozícii extrémistom ISIS (Islamský štát v Iraku a Levante). MAAE (Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu) rýchlo vyhlásila, že predtým používané jadrové látky v Iraku majú nízke toxické vlastnosti, a teda materiály zabavené islamistami.

Zdroj z americkej vlády oboznámený so situáciou pre agentúru Reuters povedal, že urán, ktorý militanti ukradli, s najväčšou pravdepodobnosťou nie je obohatený, takže sa len ťažko dá použiť na výrobu jadrových zbraní. Iracké úrady oficiálne upovedomili o tomto incidente Organizáciu Spojených národov a vyzvali, aby "zabránili hrozbe jeho použitia", uvádza RIA Novosti.

Zlúčeniny uránu sú mimoriadne nebezpečné. O tom, čo presne, ako aj o tom, kto a ako môže vyrábať jadrové palivo, hovorí AiF.ru.

Čo je urán?

Urán je chemický prvok s atómovým číslom 92, striebristo-biely lesklý kov, v periodickej tabuľke Mendelejeva je označený symbolom U. V čistej forme je o niečo mäkší ako oceľ, kujný, pružný, je obsiahnutý v zemskej kôre (litosfére) a v morskej vode a vo svojej čistej forme sa prakticky nevyskytuje. Jadrové palivo sa vyrába z izotopov uránu.

Urán je ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Foto: Commons.wikimedia.org / Pôvodný používateľ, ktorý odovzdal obsah, bol Zxctypo na adrese en.wikipedia.

Rádioaktivita uránu

V roku 1938 nem fyzici Otto Hahn a Fritz Strassmann ožiaril jadro uránu neutrónmi a urobil objav: zachytením voľného neutrónu sa jadro izotopu uránu štiepi a uvoľňuje obrovskú energiu v dôsledku kinetickej energie úlomkov a žiarenia. V rokoch 1939-1940 Július Khariton a Jakov Zeldovič prvýkrát teoreticky vysvetlili, že pri malom obohatení prírodného uránu uránom-235 je možné vytvoriť podmienky pre kontinuálne štiepenie jadier atómov, teda dať procesu reťazový charakter.

Čo je obohatený urán?

Obohatený urán je urán, ktorý sa získava použitím technologický postup zvyšovania frakcie izotopu 235U v uráne. V dôsledku toho sa prírodný urán delí na obohatený a ochudobnený urán. Po extrakcii 235U a 234U z prírodného uránu sa zvyšný materiál (urán-238) nazýva „ochudobnený urán“, pretože je ochudobnený o 235. izotop. Podľa niektorých správ je v USA uložených asi 560 000 ton hexafluoridu ochudobneného uránu (UF6). Ochudobnený urán je dvakrát menej rádioaktívny ako prírodný urán, a to najmä v dôsledku odstránenia 234U z neho. Vzhľadom na to, že hlavným využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je málo využiteľný produkt s nízkou ekonomickou hodnotou.

V jadrovej energetike sa používa iba obohatený urán. Najväčšie uplatnenie má izotop uránu 235U, v ktorom je možná samoudržateľná jadrová reťazová reakcia. Preto sa tento izotop používa ako palivo v jadrových reaktoroch a jadrových zbraniach. Separácia izotopu U235 od prírodného uránu je zložitá technológia, ktorú dokáže implementovať len málo krajín. Obohacovanie uránu umožňuje vyrábať atómové jadrové zbrane - jednofázové alebo jednostupňové výbušné zariadenia, v ktorých hlavný energetický výstup pochádza z jadrovej štiepnej reakcie ťažkých jadier za vzniku ľahších prvkov.

Urán-233, umelo vyrábaný v reaktoroch z tória (tórium-232 zachytáva neutrón a mení sa na tórium-233, ktoré sa rozpadá na protaktínium-233 a potom na urán-233), sa môže v budúcnosti stať rozšíreným jadrovým palivom pre jadrovú energetiku závody (už teraz existujú reaktory, ktoré tento nuklid využívajú ako palivo, napr. KAMINI v Indii) a výroba atómových bômb (kritická hmotnosť cca 16 kg).

Jadro 30 mm strely (kanón GAU-8 lietadla A-10) s priemerom cca 20 mm z ochudobneného uránu. Foto: Commons.wikimedia.org / Pôvodný používateľ, ktorý video odovzdal, bol Nrcprm2026 na adrese en.wikipedia

Ktoré krajiny produkujú obohatený urán?

• Francúzsko
• Nemecko
• Holandsko
• Anglicko
• Japonsko
• Rusko
• Čína
• Pakistan
• Brazília

10 krajín, ktoré poskytujú 94 % svetovej produkcie uránu. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung

Prečo sú zlúčeniny uránu nebezpečné?

Urán a jeho zlúčeniny sú toxické. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je maximálna povolená koncentrácia (MPC) vo vzduchu 0,015 mg / m³, pre nerozpustné formy uránu je maximálna povolená koncentrácia (MPC) 0,075 mg / m³. Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Urán je prakticky nevratný, podobne ako mnohé iné ťažké kovy, viaže sa na bielkoviny, predovšetkým na sulfidové skupiny aminokyselín, čím narúša ich funkciu. Molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou potláčať aktivitu enzýmov. V prvom rade sú postihnuté obličky (v moči sa objavujú bielkoviny a cukor, oligúria). Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoézy a nervového systému.

Urán na mierové účely

• Malé množstvo uránu dodáva sklu krásnu žltozelenú farbu.
• Sodík urán sa používa ako žltý pigment v maliarstve.
• Zlúčeniny uránu sa používali ako farby na maľovanie na porcelán a na keramické glazúry a emaily (natierajú sa farbami: žltá, hnedá, zelená a čierna v závislosti od oxidačného stavu).
• Na začiatku 20. storočia sa dusičnan uranylu vo veľkej miere používal na vylepšenie negatívov a farbenie (tónovanie) pozitívov (fotografickej tlače) do hneda.
• Zliatiny železa a ochudobneného uránu (urán-238) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály.

Izotop - množstvo atómov chemického prvku, ktoré majú rovnaké atómové (poradové) číslo, ale rôzne hmotnostné čísla.

Prvok skupiny III periodickej tabuľky, patriaci medzi aktinidy; ťažký, slabo rádioaktívny kov. Tórium má množstvo aplikácií, v ktorých hrá niekedy nezastupiteľnú úlohu. Postavenie tohto kovu v periodickej tabuľke prvkov a štruktúra jadra predurčili jeho uplatnenie v oblasti mierového využitia atómovej energie.

*** Oligúria (z gréckeho oligos - malý a ouron - moč) - zníženie množstva moču vylučovaného obličkami.

; atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,029; kov. Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U - 99,2739 % s polčasom rozpadu T ½ = 4,51 · 10 9 rokov, 235 U - 0,7024 % (T ½ = 7,13 · 10 8 rokov) a 234 U - 0,0057 % (T ½ = 2,48 · 105 rokov).

Z 11 umelých rádioaktívnych izotopov s hmotnostnými číslami od 227 do 240 je dlhožijúci izotop 233 U (T ½ = 1,62 · 10 5 rokov); získava sa neutrónovým ožarovaním tória. 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií.

Historický odkaz. Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik MG Klaproth a pomenoval ho podľa planéty Urán, ktorú objavil W. Herschel v roku 1781. Urán v kovovom stave získal v roku 1841 francúzsky chemik E. Peligot redukciou UCl 4 kovovým draslíkom. Pôvodne sa Uránu pripisovala atómová hmotnosť 120 a až v roku 1871 DI Mendelejev dospel k záveru, že táto hodnota by sa mala zdvojnásobiť.

O urán sa dlho zaujímal len úzky okruh chemikov a našiel obmedzené využitie na výrobu farieb a skla. S objavom fenoménu rádioaktivity v Uráne v roku 1896 a rádia v roku 1898 sa začalo priemyselné spracovanie uránových rúd s cieľom získať a využiť rádium vo vedeckom výskume a medicíne. Od roku 1942, po objavení fenoménu jadrového štiepenia v roku 1939, sa urán stal hlavným jadrovým palivom.

Distribúcia Uránu v prírode. Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Priemerný obsah uránu v zemskej kôre (clarke) je 2,5 · 10 -4 % hm., v kyslých vyvrelých horninách 3,5 · 10 -4 %, v íloch a bridliciach 3,2 · 10 -4 %, v zásaditých horninách 5 · 10 -5 %, v ultrabázických horninách plášťa 3 · 10 -7 %. Urán energicky migruje v studených a horúcich, neutrálnych a alkalických vodách vo forme jednoduchých a komplexných iónov, najmä vo forme uhličitanových komplexov. Redoxné reakcie hrajú dôležitú úlohu v geochémii Uránu, pretože zlúčeniny uránu sú zvyčajne ľahko rozpustné vo vodách s oxidačným médiom a zle rozpustné vo vodách s redukčným médiom (napríklad sírovodík).

Je známych asi 100 minerálov Uránu; 12 z nich má priemyselný význam. V priebehu geologickej histórie obsah uránu v zemskej kôre klesal v dôsledku rádioaktívneho rozpadu; tento proces je spojený s akumuláciou atómov Pb a He v zemskej kôre. Rádioaktívny rozpad Uránu hrá dôležitú úlohu v energetike zemskej kôry, keďže je významným zdrojom hlbokého tepla.

Fyzikálne vlastnosti Uránu. Urán má podobnú farbu ako oceľ a ľahko sa s ním pracuje. Má tri alotropické modifikácie - α, β a γ s teplotami fázových premien: α → β 668,8 ° С, β → γ 772,2 ° С; α-forma má kosoštvorcovú mriežku (a = 2,8538 Á, b = 5,8662 Á, c = 4,9557 Á), β-forma má tetragonálnu mriežku (pri 720 °C a = 10,759 Á, b = 5,65), the65 γ-forma má na telo centrovanú kubickú mriežku (pri 850 °C a = 3,538 Á). Hustota uránu v a-forme (25 °C) je 19,05 g/cm3; tpl 1132 °C; teplota balíka 3818 °C; tepelná vodivosť (100-200 ° C), 28,05 W / (m K), (200-400 ° C) 29,72 W / (m K); špecifické teplo (25 °C) 27,67 kJ / (kg K); špecifický elektrický odpor pri izbovej teplote asi 3 · 10 -7 ohm · cm, pri 600 ° C 5,5 · 10 -7 ohm · cm; má supravodivosť pri 0,68 K; slabý paramagnet, špecifická magnetická susceptibilita pri izbovej teplote 1,72 · 10 -6.

Mechanické vlastnosti uránu závisia od jeho čistoty, od spôsobov mechanického a tepelného spracovania. Priemerná hodnota modulu pružnosti pre liaty urán je 20,5 · 10 -2 MN / m 2; pevnosť v ťahu pri izbovej teplote 372-470 MN / m2; pevnosť sa zvyšuje po kalení z β- a γ-fázy; priemerná tvrdosť podľa Brinella 19,6-21,6 · 10 2 MN / m 2.

Ožarovanie tokom neutrónov (ktoré prebieha v jadrovom reaktore) mení fyzikálne a mechanické vlastnosti uránu: rozvíja sa tečenie a zvyšuje sa krehkosť, pozoruje sa deformácia produktov, čo si vynucuje použitie uránu v jadrových reaktoroch vo forme rôznych uránov zliatin.

Urán je rádioaktívny prvok. Jadrá 235 U a 233 U sa štiepia spontánne, ako aj pri záchyte pomalých (tepelných) aj rýchlych neutrónov s efektívnym štiepnym prierezom 508 10 -24 cm 2 (508 stodola) a 533 10 -24 cm 2 ( 533 stodola) resp. Štiepenie jadra 238 U pri zachytení iba rýchlych neutrónov s energiou najmenej 1 MeV; pri zachytení pomalých neutrónov sa 238 U zmení na 239 Pu, ktorého jadrové vlastnosti sa blížia k 235 U. Kritická hmotnosť Uránu (93,5 % 235 U) vo vodných roztokoch je menšia ako 1 kg, pre otvorenú guľu - cca. 50 kg, pre loptu s reflektorom - 15-23 kg; kritická hmotnosť 233 U je približne 1/3 kritickej hmotnosti 235 U.

Chemické vlastnosti Uránu. Konfigurácia vonkajšieho elektrónového obalu atómu uránu je 7s 2 6d l 5f 3. Urán patrí medzi reaktívne kovy, v zlúčeninách vykazuje oxidačné stavy +3, +4, + 5, +6, niekedy +2; najstabilnejšie zlúčeniny sú U (IV) a U (VI). Na vzduchu pomaly oxiduje s tvorbou oxidového (IV) filmu na povrchu, ktorý nechráni kov pred ďalšou oxidáciou. V práškovom stave je urán samozápalný a horí jasným plameňom. S kyslíkom sa tvorí oxid (IV) UO 2, oxid (VI) UO 3 a veľké množstvo medziproduktových oxidov, z ktorých najdôležitejší je U 3 O 8. Tieto prechodné oxidy majú podobné vlastnosti ako UO2 a UO3. Pri vysokých teplotách má UO 2 široký rozsah homogenity od UO 1,60 do UO 2,27. S fluórom pri 500-600 ° C tvorí tetrafluorid UF 4 (zelené ihličkové kryštály, zle rozpustné vo vode a kyselinách) a hexafluorid UF 6 (biela kryštalická látka, vznešená bez topenia pri 56,4 ° C); so sírou - množstvo zlúčenín, z ktorých najväčší význam má US (jadrové palivo). Keď urán interaguje s vodíkom pri 220 °C, získa sa hydrid UH3; s dusíkom pri teplote 450 až 700 °C a atmosférickom tlaku - nitrid U 4 N 7, pri vyššom tlaku dusíka a rovnakej teplote získate UN, U 2 N 3 a UN 2; s uhlíkom pri 750-800 ° C - monokarbid UC, dikarbid UC 2, ako aj U 2 C 3; tvorí s kovmi rôzne druhy zliatin. Urán pomaly reaguje s vriacou vodou za vzniku UO 2 n H 2, s vodnou parou - v rozmedzí teplôt 150-250 ° C; rozpúšťa sa v kyseline chlorovodíkovej a dusičnej, mierne - v koncentrovanej kyseline fluorovodíkovej. U (VI) je charakterizovaný tvorbou uranylového iónu UO 2 2+; uranylové soli sú žlté a ľahko rozpustné vo vode a minerálnych kyselinách; U (IV) soli sú zelené a menej rozpustné; uranylový ión je mimoriadne schopný vytvárať komplexy vo vodných roztokoch s anorganickými aj organickými látkami; pre technológiu sú najdôležitejšie uhličitanové, síranové, fluoridové, fosfátové a iné komplexy. Je známe veľké množstvo uranátov (soli kyseliny uránovej neizolované v čistej forme), ktorých zloženie sa mení v závislosti od podmienok prípravy; všetky uranáty majú nízku rozpustnosť vo vode.

Urán a jeho zlúčeniny sú radiačné a chemicky toxické. Maximálna prípustná dávka (MPD) pri profesionálnej expozícii je 5 rem za rok.

Získanie Uránu. Urán sa získava z uránových rúd s obsahom 0,05-0,5 % U. Rudy sa prakticky neobohacujú, s výnimkou obmedzenej metódy rádiometrického triedenia na báze γ-žiarenia rádia, ktoré urán vždy sprevádza. V zásade sa rudy lúhujú roztokmi kyseliny sírovej, niekedy dusičnej alebo roztokmi sódy s prechodom uránu do kyslého roztoku vo forme UO 2 SO 4 alebo komplexných aniónov 4- a v roztoku sódy - vo forme 4-. Sorpcia na iónomeničových živiciach a extrakcia organickými rozpúšťadlami (tributylfosfát, alkylfosforečné kyseliny, amíny) sa používajú na extrakciu a zahusťovanie uránu z roztokov a buničiny, ako aj na čistenie od nečistôt. Ďalej sa z roztokov pridaním alkálií vyzrážajú uranáty amónne alebo sodné alebo hydroxid U(OH)4. Na získanie vysoko čistých zlúčenín sa technické produkty rozpustia v kyseline dusičnej a podrobia sa rafinačným čistiacim operáciám, ktorých konečnými produktmi sú UO 3 alebo U 3 O 8; Tieto oxidy sa redukujú pri 650 – 800 °C vodíkom alebo disociovaným amoniakom na UO 2, po čom nasleduje jeho premena na UF 4 pôsobením plynného fluorovodíka pri 500 – 600 °C. UF4 možno získať aj vyzrážaním kryštalického hydrátu UF4 · nH20 z roztokov s kyselinou fluorovodíkovou, po čom nasleduje dehydratácia produktu pri 450 °C v prúde vodíka. V priemysle je hlavnou metódou získavania uránu z UF 4 jeho kalciotermická alebo horčíkovo-tepelná redukcia s uvoľňovaním uránu vo forme ingotov s hmotnosťou do 1,5 t. Ingoty sa rafinujú vo vákuových peciach.

Veľmi dôležitým procesom v technológii Uránu je jeho obohacovanie izotopom 235 U vyšším ako je prirodzený obsah v rudách alebo separácia tohto izotopu v čistej forme, keďže práve 235 U je hlavným jadrovým palivom; to sa vykonáva metódami tepelnej difúzie plynu, odstredivými a inými metódami založenými na rozdiele hmotností 238 U a 235 U; Urán sa používa v separačných procesoch vo forme prchavého hexafluoridu UF 6 . Pri získavaní uránu s vysokým stupňom obohatenia alebo izotopov sa berie do úvahy ich kritické množstvo; najpohodlnejším spôsobom je v tomto prípade redukcia oxidov uránu vápnikom; Výsledná CaO troska sa ľahko oddelí od uránu rozpustením v kyselinách. Metódy práškovej metalurgie sa používajú na získanie práškového uránu, oxidu (IV), karbidov, nitridov a iných žiaruvzdorných zlúčenín.

Použitie Uránu. Kovový urán alebo jeho zlúčeniny sa používajú najmä ako jadrové palivo v jadrových reaktoroch. Prírodná alebo nízko obohatená zmes izotopov uránu sa používa v stacionárnych reaktoroch jadrových elektrární, produkt vysokého stupňa obohatenia sa používa v jadrových elektrárňach alebo v reaktoroch s rýchlymi neutrónmi. 235 U je zdrojom jadrovej energie v jadrových zbraniach. 238 U slúži ako zdroj sekundárneho jadrového paliva – plutónia.

Urán v tele. V mikro množstvách (10 -5 -10 -8%) sa nachádza v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V rastlinnom popole (keď je obsah uránu v pôde asi 10 -4%) je jeho koncentrácia 1,5 · 10 -5%. Urán je v najväčšej miere akumulovaný niektorými hubami a riasami (tie sa aktívne podieľajú na biogénnej migrácii Uránu pozdĺž reťazca voda-vodné rastliny-ryba-človek). Urán sa do organizmu zvierat a ľudí dostáva s potravou a vodou do tráviaceho traktu, so vzduchom do dýchacích ciest a tiež cez kožu a sliznice. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte - asi 1% prichádzajúceho množstva rozpustných zlúčenín a nie viac ako 0,1% ťažko rozpustných zlúčenín; v pľúcach sa absorbuje 50 % a 20 %. Urán je v tele distribuovaný nerovnomerne. Hlavným depotom (miestami ukladania a akumulácie) je slezina, obličky, kostra, pečeň a pri vdýchnutí nerozpustných zlúčenín pľúca a bronchopulmonálne lymfatické uzliny. V krvi urán (vo forme uhličitanov a komplexov s bielkovinami) dlho necirkuluje. Obsah uránu v orgánoch a tkanivách zvierat a ľudí nepresahuje 10 -7 g / g. Krv hovädzieho dobytka teda obsahuje 1 · 10 -8 g / ml, pečeň 8 · 10 -8 g / g, svaly 4 · 10 -11 g / g, slezina 9 · 10 8 - 8 g / g. Obsah uránu v ľudských orgánoch je: v pečeni 6 · 10 -9 g / g, v pľúcach 6 · 10 -9 -9 · 10 -9 g / g, v slezine 4,7 · 10 -7 g / g , v krvi 4-10 -10 g / ml, v obličkách 5,3 · 10 -9 (kortikálna vrstva) a 1,3 · 10 -8 g / g (medulla), v kostiach 1 · 10 -9 g / g, v kostná dreň 1 -10 -8 g / g, vo vlasoch 1,3 · 10 -7 g / g. Urán obsiahnutý v kostnom tkanive spôsobuje jeho neustále ožarovanie (polčas rozpadu Uránu z kostry je asi 300 dní). Najnižšie koncentrácie uránu sú v mozgu a srdci (10 -10 g/g). Denný príjem uránu potravou a tekutinami je 1,9 · 10 -6 g, vzduchom - 7 · 10 -9 g Denné vylučovanie uránu z ľudského tela je: močom 0,5 · 10 -7 - 5 · 10 - 7 g, s výkalmi - 1,4 · 10 -6 -1,8 · 10 -6 g, s vlasmi - 2 · 10 -8 g.

Podľa Medzinárodnej komisie pre ochranu pred žiarením je priemerný obsah uránu v ľudskom tele 9 · 10 -5 g. Táto hodnota sa môže v rôznych regiónoch líšiť. Predpokladá sa, že urán je nevyhnutný pre normálne fungovanie zvierat a rastlín.

Toxický účinok uránu je spôsobený jeho chemickými vlastnosťami a závisí od jeho rozpustnosti: uranyl a iné rozpustné zlúčeniny uránu sú toxickejšie. Otrava uránom a jeho zlúčeninami je možná v podnikoch na ťažbu a spracovanie uránových surovín a iných priemyselných zariadeniach, kde sa používa v technologickom procese. Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a tkanivá a je všeobecným bunkovým jedom. Príznaky otravy sú spôsobené primárnym poškodením obličiek (výskyt bielkovín a cukru v moči, následná oligúria); postihnutá je aj pečeň a gastrointestinálny trakt. Rozlišujte medzi akútnou a chronickou otravou; posledné sa vyznačujú postupným vývojom a menšou závažnosťou symptómov. Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoézy, nervového systému atď.. Predpokladá sa, že molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou potláčať aktivitu enzýmov.

Urán je chemický prvok z rodiny aktinidov s atómovým číslom 92. Je to najdôležitejšie jadrové palivo. Jeho koncentrácia v zemskej kôre je asi 2 častice na milión. Medzi dôležité uránové minerály patrí oxid uránu (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (uranylvanadičnan draselný), otenit (uranylfosfát draselný) a torbernit (vodná meď a uranylfosfát). Tieto a ďalšie uránové rudy sú zdrojom jadrového paliva a obsahujú mnohonásobne viac energie ako všetky známe vyťažiteľné ložiská fosílnych palív. 1 kg uránu 92 U dáva rovnakú energiu ako 3 milióny kg uhlia.

História objavov

Chemický prvok urán je hustý, pevný, strieborno-biely kov. Je tvárny, kujný a leštený. Na vzduchu sa kov v rozdrvenom stave oxiduje a vznieti. Pomerne zle vedie elektrický prúd. Elektronický vzorec uránu je 7s2 6d1 5f3.

Hoci prvok objavil v roku 1789 nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth, ktorý ho pomenoval podľa nedávno objavenej planéty Urán, samotný kov izoloval v roku 1841 francúzsky chemik Eugene-Melchior Peligot redukciou z chloridu uránového (UCl 4) s draslík.

Rádioaktivita

Vytvorenie periodickej tabuľky ruským chemikom Dmitrijom Mendelejevom v roku 1869 upriamilo pozornosť na urán ako najťažší známy prvok, ktorým zostal až do objavenia neptúnia v roku 1940. V roku 1896 v ňom francúzsky fyzik Henri Becquerel objavil fenomén rádioaktivity. Táto vlastnosť bola neskôr zistená v mnohých iných látkach. Teraz je známe, že rádioaktívny urán vo všetkých svojich izotopoch pozostáva zo zmesi 238 U (99,27 %, polčas rozpadu - 4 510 000 000 rokov), 235 U (0,72 %, polčas rozpadu - 713 000 000 rokov) a 234 % (0,006 rokov). polčas rozpadu - 247 000 rokov). To umožňuje napríklad určiť vek hornín a minerálov na štúdium geologických procesov a veku Zeme. K tomu merajú množstvo olova, ktoré je konečným produktom rádioaktívneho rozpadu uránu. V tomto prípade je 238 U počiatočným prvkom a 234 U je jedným z produktov. 235 U vedie k sérii rozpadu aktínia.

Otvorenie reťazovej reakcie

Chemický prvok urán sa stal predmetom širokého záujmu a intenzívneho štúdia po tom, čo v ňom koncom roku 1938 nemeckí chemici Otto Hahn a Fritz Strassmann objavili jadrové štiepenie pri bombardovaní pomalými neutrónmi. Začiatkom roku 1939 americký fyzik talianskeho pôvodu Enrico Fermi navrhol, že medzi produktmi štiepenia atómu môžu byť elementárne častice schopné vyvolať reťazovú reakciu. V roku 1939 túto predpoveď potvrdili americkí fyzici Leo Szilard a Herbert Anderson, ako aj francúzsky chemik Frederic Joliot-Curie a ich kolegovia. Následné štúdie ukázali, že pri štiepení atómu sa v priemere uvoľní 2,5 neutrónu. Tieto objavy viedli k prvej sebestačnej jadrovej reťazovej reakcii (12.2.1942), prvej atómovej bombe (16.7.1945), jej prvému použitiu v nepriateľských akciách (8.6.1945), prvej jadrovej ponorke ( 1955) a prvá jadrová elektráreň v plnom rozsahu (1957).

Oxidačné stavy

Chemický prvok urán, ktorý je silným elektropozitívnym kovom, reaguje s vodou. Rozpúšťa sa v kyselinách, ale nie v zásadách. Dôležité oxidačné stavy sú +4 (ako v oxide UO 2, tetrahalogenidoch, ako je UCl 4 a zelený ión vody U 4+) a +6 (ako v oxide UO 3, hexafluoride UF 6 a uranylovom ióne UO 2 2+). Vo vodnom roztoku je urán najstabilnejší v zložení uranylového iónu, ktorý má lineárnu štruktúru [O = U = O] 2+. Prvok má tiež stavy +3 a +5, ale sú nestabilné. Červený U 3+ sa pomaly oxiduje vo vode, ktorá neobsahuje kyslík. Farba iónu UO 2 + nie je známa, pretože podlieha disproporcionácii (UO 2 + sa súčasne redukuje na U 4+ a oxiduje na UO 2 2+) aj vo veľmi zriedených roztokoch.

Jadrové palivo

Pri pôsobení pomalých neutrónov dochádza k štiepeniu atómu uránu v relatívne vzácnom izotope 235 U. Toto je jediný prírodný štiepny materiál a musí byť oddelený od izotopu 238 U. Zároveň po absorpcii a negatívnom beta rozpad, urán-238 sa mení na syntetický prvok plutónium.ktorý sa štiepi pôsobením pomalých neutrónov. Prírodný urán je preto možné použiť v konvertorových reaktoroch a množiteľských reaktoroch, v ktorých je štiepenie podporované vzácnym 235 U a súčasne s transmutáciou 238 U vzniká plutónium. Štiepne 233 U možno syntetizovať z v prírode rozšíreného izotopu tória-232 na použitie ako jadrové palivo. Urán je tiež dôležitý ako primárny materiál, z ktorého sa získavajú syntetické transuránové prvky.

Iné využitie uránu

Zlúčeniny chemického prvku sa predtým používali ako farbivá na keramiku. Hexafluorid (UF 6) je tuhá látka s nezvyčajne vysokým tlakom pár (0,15 atm = 15 300 Pa) pri 25 °C. UF 6 je chemicky veľmi reaktívny, ale napriek jeho korozívnej povahe v parnom stave sa UF 6 široko používa v metódach plynovej difúzie a plynových odstrediviek na výrobu obohateného uránu.

Organokovové zlúčeniny sú zaujímavou a dôležitou skupinou zlúčenín, v ktorých väzby kov-uhlík spájajú kov s organickými skupinami. Uranocén je organo-uránová zlúčenina U(C8H8)2, v ktorej je atóm uránu vložený medzi dve vrstvy organických kruhov viazaných na cyklooktatetraén C8H8. Jeho objav v roku 1968 otvoril novú oblasť organokovovej chémie.

Ochudobnený prírodný urán sa používa ako prostriedok radiačnej ochrany, balast, pancierové náboje a pancier tankov.

Spracovanie

Chemický prvok, aj keď je veľmi hustý (19,1 g / cm 3), je relatívne slabá, nehorľavá látka. Zdá sa, že kovové vlastnosti uránu ho stavajú niekde medzi striebro a iné pravé kovy a nekovy, takže sa nepoužíva ako konštrukčný materiál. Hlavná hodnota uránu spočíva v rádioaktívnych vlastnostiach jeho izotopov a ich schopnosti štiepenia. V prírode takmer všetok (99,27 %) kov pozostáva z 238 U. Zvyšok tvorí 235 U (0,72 %) a 234 U (0,006 %). Z týchto prírodných izotopov je iba 235 U priamo štiepených neutrónovým ožiarením. Keď sa však absorbuje, 238 U vytvorí 239 U, ktorý sa nakoniec rozpadne na 239 Pu, štiepny materiál veľkého významu pre jadrovú energiu a jadrové zbrane. Ďalší štiepny izotop, 233 U, môže byť produkovaný neutrónovým ožiarením 232 Th.

Kryštalické formy

Charakteristiky uránu určujú jeho reakciu s kyslíkom a dusíkom aj za normálnych podmienok. Pri vyšších teplotách reaguje so širokým spektrom legujúcich kovov za vzniku intermetalických zlúčenín. Tvorba tuhých roztokov s inými kovmi sa zriedka vyskytuje v dôsledku špeciálnych kryštálových štruktúr tvorených atómami prvku. Medzi izbovou teplotou a teplotou topenia 1132 °C existuje kovový urán v 3 kryštalických formách známych ako alfa (α), beta (β) a gama (γ). Transformácia zo stavu α na β nastáva pri 668 ° C a zo stavu β na γ ​​pri 775 ° C. γ-urán má kubickú kryštálovú štruktúru so stredom tela a β - tetragonálnu. Fáza α pozostáva z vrstiev atómov vo vysoko symetrickej ortorombickej štruktúre. Táto anizotropná deformovaná štruktúra bráni atómom legujúceho kovu nahradiť atómy uránu alebo obsadiť priestor medzi nimi v kryštálovej mriežke. Zistilo sa, že tuhé roztoky tvoria iba molybdén a niób.

Rudy

Zemská kôra obsahuje asi 2 častice na milión uránu, čo naznačuje jeho rozšírené rozšírenie v prírode. Odhaduje sa, že oceány obsahujú 4,5 × 109 ton tohto chemického prvku. Urán je dôležitou zložkou viac ako 150 rôznych minerálov a menšou zložkou ďalších 50. Primárne minerály nachádzajúce sa v magmatických hydrotermálnych žilách a pegmatitoch zahŕňajú uraninit a smolinec. V týchto rudách sa prvok vyskytuje vo forme oxidu, ktorý sa v dôsledku oxidácie môže meniť od UO 2 do UO 2,67. Ďalšími ekonomicky významnými produktmi z uránových baní sú autunit (hydratovaný fosforečnan vápenato-uranylový), tobernit (hydratovaný fosforečnan meďnatý uranylový), coffinit (hydratovaný čierny kremičitan uránu) a karnotit (hydratovaný uranylvanadičnan draselný).

Odhaduje sa, že viac ako 90 % známych lacných zásob uránu sa nachádza v Austrálii, Kazachstane, Kanade, Rusku, Južnej Afrike, Nigeri, Namíbii, Brazílii, ČĽR, Mongolsku a Uzbekistane. Veľké ložiská sa nachádzajú v konglomerátnych skalných útvaroch jazera Elliot, ktoré sa nachádza severne od jazera Huron v Ontáriu v Kanade a v juhoafrickej zlatej bani Witwatersrand. Pieskové útvary na náhornej plošine Colorado a vo Wyomingskej panve na západe Spojených štátov tiež obsahujú významné zásoby uránu.

Baníctvo

Uránové rudy sa nachádzajú v povrchových aj hlbokých (300-1200 m) sedimentoch. Hrúbka slojov v podzemí dosahuje 30 m. Podobne ako v prípade iných kovových rúd sa aj urán ťaží na povrchu veľkými zemnými strojmi a hlbinné sedimenty sa ťažia tradičnými vertikálnymi a šikmými banskými metódami. Svetová produkcia uránového koncentrátu v roku 2013 predstavovala 70 tisíc ton Najproduktívnejšie uránové bane sa nachádzajú v Kazachstane (32 % všetkej produkcie), Kanade, Austrálii, Nigeri, Namíbii, Uzbekistane a Rusku.

Uránové rudy zvyčajne obsahujú len malé množstvo minerálov obsahujúcich urán a nemožno ich taviť priamymi pyrometalurgickými metódami. Namiesto toho by sa na extrakciu a čistenie uránu mali použiť hydrometalurgické postupy. Zvýšenie koncentrácie výrazne znižuje zaťaženie spracovateľských slučiek, ale nie je použiteľná žiadna z konvenčných metód obohacovania bežne používaných na spracovanie minerálov, ako je gravitácia, flotácia, elektrostatické a dokonca aj manuálne triedenie. Až na malé výnimky majú tieto metódy za následok značné straty uránu.

Pálenie

Hydrometalurgickému spracovaniu uránových rúd často predchádza stupeň vysokoteplotnej kalcinácie. Praženie dehydruje hlinu, odstraňuje uhlíkaté materiály, oxiduje zlúčeniny síry na neškodné sírany a oxiduje akékoľvek ďalšie redukčné činidlá, ktoré by mohli narúšať následné spracovanie.

Vylúhovanie

Urán sa získava z pražených rúd kyslými aj alkalickými vodnými roztokmi. Aby všetky lúhovacie systémy úspešne fungovali, chemický prvok musí byť buď spočiatku prítomný v stabilnejšej 6-valentnej forme, alebo sa do tohto stavu oxiduje počas spracovania.

Kyslé lúhovanie sa zvyčajne uskutočňuje miešaním zmesi rudy a výluhu počas 4 až 48 hodín pri teplote okolia. Okrem zvláštnych okolností sa používa kyselina sírová. Privádza sa v množstvách dostatočných na výrobu konečného lúhu pri pH 1,5. Schémy lúhovania kyselinou sírovou zvyčajne používajú buď oxid manganičitý alebo chlorečnan na oxidáciu štvormocného U4+ na 6-mocný uranyl (UO22+). Typicky na oxidáciu U4+ stačí asi 5 kg oxidu manganičitého alebo 1,5 kg chlorečnanu sodného na tonu. V každom prípade oxidovaný urán reaguje s kyselinou sírovou za vzniku komplexu uranylsulfátového aniónu 4-.

Ruda obsahujúca značné množstvo zásaditých minerálov, ako je kalcit alebo dolomit, sa lúhuje 0,5-1 molárnym roztokom uhličitanu sodného. Hoci boli študované a testované rôzne činidlá, kyslík je hlavným oxidačným činidlom pre urán. Typicky sa ruda lúhuje na vzduchu pri atmosférickom tlaku a teplote 75-80 °C po dobu, ktorá závisí od konkrétneho chemického zloženia. Alkália reaguje s uránom za vzniku ľahko rozpustného komplexného iónu 4-.

Pred ďalším spracovaním sa roztoky vznikajúce pri kyslom alebo uhličitanovom lúhovaní musia vyčíriť. Oddeľovanie ílov a iných rudných kalov vo veľkom meradle sa uskutočňuje pomocou účinných flokulačných činidiel, vrátane polyakrylamidov, guarovej gumy a živočíšneho lepidla.

Extrakcia

Komplexné ióny 4- a 4- môžu byť sorbované z ich príslušných roztokov na lúhovanie iónomeničových živíc. Tieto špeciálne živice, charakteristické svojou sorpčnou a elučnou kinetikou, veľkosťou častíc, stabilitou a hydraulickými vlastnosťami, môžu byť použité v rôznych technológiách spracovania, napríklad v pevnom a pohyblivom lôžku, iónomeničovej živici v koši a kontinuálnej buničine. Zvyčajne sa na elúciu sorbovaného uránu používajú roztoky chloridu sodného a amoniaku alebo dusičnanov.

Urán možno izolovať z kyslých rudných výluhov extrakciou rozpúšťadlom. Priemysel používa alkylfosforečné kyseliny, ako aj sekundárne a terciárne alkylamíny. Pre kyslé filtráty obsahujúce viac ako 1 g/l uránu sa spravidla uprednostňuje extrakcia rozpúšťadlom pred metódami výmeny iónov. Táto metóda však nie je použiteľná na lúhovanie uhličitanov.

Potom sa urán čistí rozpustením v kyseline dusičnej za vzniku dusičnanu uranylu, extrahuje, kryštalizuje a kalcinuje za vzniku trioxidu UO 3. Redukovaný oxid UO2 reaguje s fluorovodíkom za vzniku thetafluoridu UF4, z ktorého sa kovový urán redukuje horčíkom alebo vápnikom pri teplote 1300 °C.

Tetrafluorid je možné fluorovať pri 350 °C za vzniku hexafluoridu UF 6, ktorý sa používa na separáciu obohateného uránu-235 difúziou plynu, centrifugáciou plynu alebo tepelnou difúziou kvapaliny.

Urán (pomenovaný podľa planéty Urán objavenej krátko pred ňou; lat.uranium * a. Uranium; n. Uran; f. Uranium; a. Uranio), U, - rádioaktívny chemický prvok III. skupiny periodického systému Mendelejeva , atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,0289, sa vzťahuje na aktinidy. Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U (99,282 %, T 1/2 4,468,10 9 rokov), 235 U (0,712 %, T 1/2 0,704,10 9 rokov), 234 U (0,006 %, T 1/2 0,244,10 6 rokov). Známych je aj 11 umelých rádioaktívnych izotopov uránu s hmotnostnými číslami od 227 do 240. 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch prirodzených rozpadových radov, v dôsledku čoho sa premieňajú na stabilné izotopy 206 Pb a 207 Pb, resp. .

Urán objavil v roku 1789 vo forme UO 2 nemecký chemik M. G. Klaproth. Kovový urán získal v roku 1841 francúzsky chemik E. Peligot. Urán mal dlhú dobu veľmi obmedzené využitie a až objavením rádioaktivity v roku 1896 sa začalo s jeho štúdiom a využívaním.

Vlastnosti uránu

Vo svojom voľnom stave je urán svetlosivý kov; pod 667,7 °C sa vyznačuje kosoštvorcovou (a = 0,28538 nm, b = 0,58662 nm, c = 0,49557 nm) kryštálovou mriežkou (a-modifikácia), v rozsahu teplôt 667,7-774 °C - tetragonálnou (a = 1,0759 nm, c = 0,5656 nm; R-modifikácia), pri vyššej teplote - kubická mriežka centrovaná na telo (a = 0,3538 nm, g-modifikácia). Hustota 18700 kg / m 3, teplota topenia 1135 ° C, teplota varu asi 3818 ° C, molárna tepelná kapacita 27,66 J / (mol.K), elektrický odpor 29,0,10 -4 (Ohm.m), tepelná vodivosť 22, 5 W / (mK), teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti 10.7.10 -6 K -1. Teplota prechodu uránu do supravodivého stavu je 0,68 K; slabý paramagnet, špecifická magnetická susceptibilita 1.72.10 -6. Jadrá 235 U a 233 U sa štiepia spontánne, ako aj pri záchyte pomalých a rýchlych neutrónov, 238 U sa štiepi len pri záchyte rýchlych (viac ako 1 MeV) neutrónov. Keď sa zachytia pomalé neutróny, 238 U sa zmení na 239 Pu. Kritická hmotnosť uránu (93,5 % 235 U) vo vodných roztokoch je menšia ako 1 kg, pre otvorenú guľu asi 50 kg; pre 233 U je kritická hmotnosť približne 1/3 kritickej hmotnosti 235 U.

Vzdelávanie a obsah v prírode

Hlavným spotrebiteľom uránu je jadrová energia (jadrové reaktory, jadrové elektrárne). Okrem toho sa urán používa na výrobu jadrových zbraní. Všetky ostatné oblasti využitia uránu sú výrazne podriadené.