Urāns (U), periodiskās tabulas aktinoīdu virknes radioaktīvais ķīmiskais elements, atomu numurs 92. Tā ir svarīga kodoldegviela.
aktinoīds elements
grupas locekļi, ieskaitot urānu (vispazīstamāko), rodas dabiski, vairums cilvēku ir cilvēku radīti. Ir izmantots gan urāns, gan plutonijs
Urāns veido apmēram divas daļas uz miljonu Zemes garozas. Dažas svarīgas urāna minerālvielas ir sablenderēts (netīrs U 3 O 8), uraninīts (UO 2), karnotīts (kālija urāna vanadats), autunīts (kalcija urāna fosfāts) un torbernīts (vara urāna fosfāts). Šīs un citas reģenerējamās urāna rūdas kā kodoldegvielas avoti satur daudzkārt vairāk enerģijas nekā visas zināmās reģenerējamās fosilā kurināmā atradnes. Viena mārciņa urāna iegūst tikpat daudz enerģijas kā 1,4 miljoni kilogramu (3 miljoni mārciņu) ogļu.
Papildinformāciju par urāna rūdas atradnēm, kā arī ieguves, attīrīšanas un reģenerācijas paņēmieniem sk. Urāna apstrāde. Salīdzinošos statistiskos datus par urāna ražošanu skatīt tabulā.
Urāns
| valsts | raktuvju ražošana 2013 (metriskās tonnas) | % no pasaules mīnu produkcijas |
|---|---|---|
| * Aplēse. | ||
| Avots: Pasaules kodolenerģijas asociācija, Pasaules urāna ieguves rūpniecība (2014). | ||
| Kazahstāna | 22,574 | 37.9 |
| Kanāda | 9,332 | 15.6 |
| Austrālija | 6350 | 10.6 |
| Nigēra * | 4.528 | 7.6 |
| Namībija | 4,315 | 7.2 |
| Krievija | 3,135 | 5.3 |
| Uzbekistāna * | 2400 | 4.0 |
| Savienotās Valstis | 1,835 | 3.1 |
| Ķīna * | 1450 | 2.4 |
| Malāvija | 1,132 | 1.9 |
| Ukraina | 1,075 | 1.9 |
| Dienvidāfrika | 540. lpp | 0.9 |
| Indija * | 400 | 0.7 |
| Čehu Republika | 225 | 0,4 |
| Brazīlija | 198 | 0,3 |
| Rumānija * | 80 | 0,1 |
| Pakistāna * | 41 | 0,1 |
| Vācija | 27 | 0,0 |
| pasaules kopējais | 59,637 | 100 |
Urāns ir blīvs cieta metāla elements, kas ir sudrabaini baltā krāsā. Tas ir kaļams, kaļams un spēj izturēt augstu pulēšanu. Gaisā metāls aptraipa un, kad smalki sadalīts, sadalās liesmās. Tas ir salīdzinoši slikts elektrības vadītājs. Lai arī to atklāja (1789. gads) vācu ķīmiķis Martins Heinrihs Klaprots, kurš to nosauca pēc nesen atklātās planētas Urāns, pats metāls vispirms tika izolēts (1841. gadā) franču ķīmiķa Eugène-Melchior Péligot, reducējot urāna tetrahlorīdu (UCl 4) ar kālijs.
Krievu ķīmiķa Dmitrija Mendeļejeva izstrādātais periodiskās sistēmas 1869. gadā uzmanība tika pievērsta urānam kā smagākajam ķīmiskajam elementam - pozīcijai, ko tā turēja līdz pirmā transuranija elementa neptūnija atklāšanai 1940. gadā. 1896. gadā urānā atklāja franču fiziķis Henri Bekererels. radioaktivitātes fenomens, terminu, kuru 1898. gadā pirmo reizi lietoja franču fiziķi Marija un Pjērs Kirijs. Šis īpašums vēlāk tika atrasts daudzos citos elementos. Tagad ir zināms, ka urāns, kas ir radioaktīvs visos tā izotopos, dabiski sastāv no urāna-238 (99,27 procenti, 4 510 000 000 gadu pussabrukšanas periods), urāna-235 (0,72 procenti, 713 000 000 gadu pussabrukšanas periods) un urāns-234 (0,006 procenti, pussabrukšanas periods 247 000 gadi). Šie garais pussabrukšanas periods ļauj noteikt Zemes vecumu, izmērot svina, urāna galīgā sabrukšanas produkta daudzumu noteiktos urānu saturošos iežos. Urāns-238 ir vecāks un urāns-234 ir viena no meitām radioaktīvā urāna sabrukšanas sērijā; urāns-235 ir aktinija sabrukšanas sērijas vecāks. Skatīt arī aktinoīdu elementu.
Urāna elements kļuva intensīvas izpētes un plašas intereses objekts pēc tam, kad vācu ķīmiķi Otto Hahn un Fritz Strassmann 1938. gada beigās atklāja kodola skaldīšanas fenomenu urānā, kuru bombardēja lēni neitroni. Itāļu izcelsmes amerikāņu fiziķis Enriko Fermi (1939. gada sākumā) ieteica, ka neitroni varētu būt viens no skaldīšanas produktiem un tādējādi varētu turpināt dalīšanos kā ķēdes reakciju. Ungāru izcelsmes amerikāņu fiziķis Leo Szilards, amerikāņu fiziķis Herberts L. Andersons, franču ķīmiķis Frédéric Joliot-Curie un viņu kolēģi apstiprināja (1939) šo prognozi; vēlāk, izmeklēšana parādīja, ka vidēji 2 1 / 2 neitronu skaits atoma izdalās skaldīšanas laikā. Šie atklājumi noveda pie pirmās pašpietiekamās kodolenerģijas ķēdes reakcijas (1942. gada 2. decembrī), pirmā atombumbas testa (1945. gada 16. jūlijā), pirmās atombumbas, kas nokrita kara laikā (1945. gada 6. augustā), pirmās atomu darbināšanas zemūdene (1955) un pirmais pilna mēroga ar kodolu darbināms elektriskais ģenerators (1957).
Sadalīšanās notiek ar lēniem neitroniem salīdzinoši reti sastopamajā urāna-235 izotopā (vienīgajā dabiski sastopamajā skaldmateriālā), kas dažādiem lietojumiem ir jāatdala no bagātīgā urāna-238 izotipa. Urāns-238 pēc neitronu absorbcijas un negatīvas beta sabrukšanas tomēr tiek pārveidots par sintētisko elementu plutoniju, kas ir sašķeļams ar lēniem neitroniem. Tāpēc dabisko urānu var izmantot pārveidotāju un selektorreaktoros, kuros reto urānu-235 uztur skaldīšana un plutoniju vienlaikus ražo, transmutējot urānu-238. Sadalāmo urānu-233 var sintezēt izmantošanai kā kodoldegvielu no nesadalāma torija izotopa torija-232, kam ir bagātīgs raksturs. Urāns ir svarīgs arī kā primārais materiāls, no kura sintētiskie transurāna elementi ir sagatavoti transmutācijas reakcijās.
Urāns, kas ir izteikti elektropozitīvs, reaģē ar ūdeni; tas izšķīst skābēs, bet ne sārmās. Svarīgi oksidācijas valstis ir +4 (kā oksīda UO 2, tetrahalides piemēram, UCL 4, un zaļās ūdens jona U 4 +) un +6 (kā oksīda UO 3, ar heksafluorīda UF 6, un dzeltenās uranilnitrāts jons UO 2 2+). Ūdens šķīdumā urāns ir visstabilākais kā uranila jons, kura struktūra ir lineāra [O = U = O] 2+. Urānam ir arī +3 un +5 stāvoklis, bet attiecīgie joni ir nestabili. Sarkanais U 3+ jons lēnām oksidējas pat ūdenī, kas nesatur izšķīdušu skābekli. UO 2 + jona krāsa nav zināma, jo tas ļoti nepastāvīgos šķīdumos tiek disproporcionēts (UO 2 + vienlaikus tiek samazināts līdz U 4 + un oksidēts līdz UO 2 2+).
Urāna savienojumi ir izmantoti kā keramikas krāsvielas. Urāna heksafluorīds (UF 6) ir cieta viela ar neparasti augstu tvaika spiedienu (115 torri = 0,15 atm = 15 300 Pa) 25 ° C (77 ° F). UF 6 ir ķīmiski ļoti reaģējošs, taču, neraugoties uz tā korozīvo raksturu tvaika stāvoklī, UF 6 ir plaši izmantots gāzu difūzijas un centrifūgas metodēs urāna-235 atdalīšanai no urāna-238.
Metālorganiskie savienojumi ir interesanta un svarīga savienojumu grupa, kurā ir metāla-oglekļa saites, kas savieno metālu ar organiskām grupām. Uranocēns ir urāna urāna savienojums U (C 8 H 8) 2, kurā urāna atoms ir ievietots starp diviem organiskā gredzena slāņiem, kas saistīti ar C 8 H 8 cikloo-oktratēnu. Tā atklāšana 1968. gadā atvēra jaunu metālorganisko ķīmiju.
Elementa īpašības
| atomu skaitlis | 92. lpp |
|---|---|
| atomsvars | 238.03 |
| kušanas punkts | 1122,3 ° C (2 070,1 ° F) |
| vārīšanās punkts | 3818 ° C (6,904 ° F) |
| īpaša gravitāte | 19.05 |
| oksidācijas stāvokļi | +3, +4, +5, +6 |
| gāzveida atoma stāvokļa elektronu konfigurācija | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
