Ποιος ανακάλυψε το στοιχείο ουράνιο. ραδιενεργά στοιχεία

Ο Ουρανός είναι ένα από τα βαρέα μέταλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα. Το ουράνιο χρησιμοποιείται ευρέως στην ενέργεια και στρατιωτική βιομηχανία. Στον περιοδικό πίνακα, βρίσκεται στον αριθμό 92 και συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα U με μαζικό αριθμό 238.

Πώς ανακαλύφθηκε ο Ουρανός

Γενικά τέτοια χημικό στοιχείοκαθώς το ουράνιο ήταν γνωστό εδώ και πολύ καιρό. Είναι γνωστό ότι ακόμη και πριν από την εποχή μας, το φυσικό οξείδιο του ουρανίου χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ενός κίτρινου λούστρου για κεραμικά. Η ανακάλυψη αυτού του στοιχείου μπορεί να θεωρηθεί το 1789, όταν ένας Γερμανός χημικός ονόματι Martin Heinrich Klaproth ανακάλυψε ένα υλικό που μοιάζει με μαύρο μέταλλο από μετάλλευμα. Ο Μάρτιν αποφάσισε να ονομάσει αυτό το υλικό Ουρανό για να υποστηρίξει το όνομα του νέου ανακαλυφθέντος πλανήτη με το ίδιο όνομα (ο πλανήτης Ουρανός ανακαλύφθηκε την ίδια χρονιά). Το 1840, αποκαλύφθηκε ότι αυτό το υλικό, που ανακάλυψε ο Klaproth, αποδείχθηκε ότι ήταν οξείδιο του ουρανίου, παρά τη χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη. Ο Eugene Melchior Peligot συνέθεσε ατομικό Ουράνιο από οξείδιο και προσδιόρισε το ατομικό του βάρος σε 120 AU, και το 1874 ο Mendeleev διπλασίασε αυτή την τιμή, τοποθετώντας το στο πιο απομακρυσμένο κελί του τραπεζιού του. Μόλις 12 χρόνια αργότερα, η απόφαση του Mendeleev να διπλασιάσει τη μάζα επιβεβαιώθηκε από τα πειράματα του Γερμανού χημικού Zimmermann.

Πού και πώς εξορύσσεται το ουράνιο

Το ουράνιο είναι ένα αρκετά κοινό στοιχείο, αλλά είναι κοινό με τη μορφή μεταλλεύματος ουρανίου. Για να καταλάβετε, το περιεχόμενό του στον φλοιό της γης είναι 0,00027% της συνολικής μάζας της Γης. Το μετάλλευμα ουρανίου βρίσκεται συνήθως σε όξινα ορυκτά πετρώματα με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο. Οι κύριοι τύποι μεταλλευμάτων ουρανίου είναι το pitchblende, ο carnotite, ο casolite και ο samarskite. Τα μεγαλύτερα αποθέματα μεταλλευμάτων ουρανίου, λαμβάνοντας υπόψη τα αποθεματικά κοιτάσματα, είναι χώρες όπως η Αυστραλία, η Ρωσία και το Καζακστάν, και από όλα αυτά το Καζακστάν κατέχει ηγετική θέση. Η εξόρυξη ουρανίου είναι μια πολύ περίπλοκη και δαπανηρή διαδικασία. Δεν έχουν όλες οι χώρες την πολυτέλεια να εξορύξουν και να συνθέσουν καθαρό ουράνιο. Η τεχνολογία παραγωγής είναι η εξής: μεταλλεύματα ή ορυκτά εξορύσσονται σε ορυχεία, συγκρίσιμα με χρυσό ή πολύτιμους λίθους. Τα εξαγόμενα πετρώματα συνθλίβονται και αναμιγνύονται με νερό για να διαχωριστεί η σκόνη ουρανίου από την υπόλοιπη. Η σκόνη ουρανίου είναι πολύ βαριά και ως εκ τούτου καθιζάνει ταχύτερα από άλλες. Το επόμενο βήμα είναι ο καθαρισμός της σκόνης ουρανίου από άλλα πετρώματα με όξινη ή αλκαλική έκπλυση. Η διαδικασία μοιάζει κάπως έτσι: το μείγμα ουρανίου θερμαίνεται στους 150 ° C και καθαρό οξυγόνο παρέχεται υπό πίεση. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται θειικό οξύ, το οποίο καθαρίζει το ουράνιο από άλλες ακαθαρσίες. Λοιπόν, στο τελικό στάδιο, επιλέγονται ήδη καθαρά σωματίδια ουρανίου. Εκτός από τη σκόνη ουρανίου, υπάρχουν και άλλα χρήσιμα ορυκτά.

Ο κίνδυνος της ραδιενεργής ακτινοβολίας από το ουράνιο

Όλοι γνωρίζουν καλά μια τέτοια έννοια όπως η ραδιενεργή ακτινοβολία και το γεγονός ότι προκαλεί ανεπανόρθωτη βλάβη στην υγεία, η οποία οδηγεί σε θάνατο. Το ουράνιο είναι μόνο ένα από αυτά τα στοιχεία, το οποίο υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να απελευθερώσει ραδιενεργή ακτινοβολία. Σε ελεύθερη μορφή, ανάλογα με την ποικιλία του, μπορεί να εκπέμπει ακτίνες άλφα και βήτα. Οι ακτίνες άλφα δεν αποτελούν μεγάλο κίνδυνο για τον άνθρωπο εάν η ακτινοβολία είναι εξωτερική, αφού αυτή η ακτινοβολία έχει χαμηλή διεισδυτική ισχύ, αλλά όταν εισχωρεί στον οργανισμό προκαλούν ανεπανόρθωτη βλάβη. Ακόμη και ένα φύλλο χαρτιού γραφής είναι αρκετό για να περιέχει εξωτερικές ακτίνες άλφα. Με την ακτινοβολία βήτα, τα πράγματα είναι πιο σοβαρά, αλλά όχι πολύ. Η διεισδυτική ισχύς της ακτινοβολίας βήτα είναι υψηλότερη από αυτή της ακτινοβολίας άλφα, αλλά απαιτούνται 3-5 mm ιστού για να περιέχει ακτινοβολία βήτα. Πώς θα έλεγες; Το ουράνιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο που χρησιμοποιείται σε πυρηνικά όπλα! Σωστά, χρησιμοποιείται σε πυρηνικά όπλα, τα οποία προκαλούν τεράστια ζημιά σε όλα τα ζωντανά όντα. Ακριβώς όταν πυροδοτείται μια πυρηνική κεφαλή, η κύρια ζημιά στους ζωντανούς οργανισμούς προκαλείται από την ακτινοβολία γάμμα και τη ροή νετρονίων. Αυτοί οι τύποι ακτινοβολίας σχηματίζονται ως αποτέλεσμα μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης κατά την έκρηξη μιας κεφαλής, η οποία αφαιρεί τα σωματίδια ουρανίου από μια σταθερή κατάσταση και καταστρέφει όλη τη ζωή στη γη.

Ποικιλίες ουρανίου

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ουράνιο έχει πολλές ποικιλίες. Οι ποικιλίες υποδηλώνουν την παρουσία ισοτόπων, ώστε να καταλάβετε ότι τα ισότοπα υπονοούν τα ίδια στοιχεία, αλλά με διαφορετικούς αριθμούς μάζας.

Υπάρχουν λοιπόν δύο τύποι:

1. Φυσικός;
2. Τεχνητός;

Όπως ίσως μαντέψατε, φυσικό είναι αυτό που εξορύσσεται από τη γη και οι τεχνητοί άνθρωποι δημιουργούν μόνοι τους. Τα φυσικά περιλαμβάνουν ισότοπα ουρανίου με μαζικό αριθμό 238, 235 και 234. Επιπλέον, το U-234 είναι παιδί του U-238, δηλαδή το πρώτο λαμβάνεται από τη διάσπαση του δεύτερου σε φυσικές συνθήκες. Η δεύτερη ομάδα ισοτόπων, τα οποία δημιουργούνται τεχνητά, έχουν μαζικούς αριθμούς από 217 έως 242. Κάθε ένα από τα ισότοπα έχει διαφορετικές ιδιότητες και χαρακτηρίζεται από διαφορετική συμπεριφορά υπό ορισμένες συνθήκες. Ανάλογα με τις ανάγκες, οι πυρηνικοί επιστήμονες προσπαθούν να βρουν κάθε είδους λύσεις στα προβλήματα, γιατί κάθε ισότοπο έχει διαφορετική ενεργειακή αξία.

Ημιζωές

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, καθένα από τα ισότοπα του ουρανίου έχει διαφορετική ενεργειακή αξία και διαφορετικές ιδιότητες, μία από τις οποίες είναι ο χρόνος ημιζωής. Για να καταλάβετε τι είναι, πρέπει να ξεκινήσετε με έναν ορισμό. Ο χρόνος ημιζωής είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να μειωθεί κατά το ήμισυ ο αριθμός των ραδιενεργών ατόμων. Ο χρόνος ημιζωής επηρεάζει πολλούς παράγοντες, για παράδειγμα, την ενεργειακή του αξία ή τον πλήρη καθαρισμό. Αν πάρουμε το τελευταίο ως παράδειγμα, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε για ποια χρονική περίοδο θα συμβεί πλήρης καθαρισμός από ραδιενεργή μόλυνση της γης. Χρόνοι ημιζωής ισοτόπων ουρανίου:

Όπως φαίνεται από τον πίνακα, ο χρόνος ημιζωής των ισοτόπων ποικίλλει από λεπτά έως εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Καθένα από αυτά βρίσκει την εφαρμογή του σε διαφορετικούς τομείς της ανθρώπινης ζωής.

Η χρήση του ουρανίου είναι πολύ ευρεία σε πολλούς τομείς δραστηριότητας, αλλά έχει τη μεγαλύτερη αξία στον ενεργειακό και στρατιωτικό τομέα. Το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το ισότοπο U-235. Το πλεονέκτημά του είναι ότι είναι σε θέση να υποστηρίξει ανεξάρτητα μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως στον στρατό για την κατασκευή πυρηνικών όπλων και ως καύσιμο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Επιπλέον, το ουράνιο χρησιμοποιείται ευρέως στη γεωλογία για τον προσδιορισμό της ηλικίας ορυκτών και πετρωμάτων, καθώς και για τον προσδιορισμό της πορείας των γεωλογικών διεργασιών. Στις βιομηχανίες αυτοκινήτων και αεροσκαφών, το απεμπλουτισμένο ουράνιο χρησιμοποιείται ως αντίβαρο και στοιχείο κεντραρίσματος. Επίσης, η χρήση του βρέθηκε στη ζωγραφική και πιο συγκεκριμένα ως βαφή σε πορσελάνη και για την κατασκευή κεραμικών υαλωμάτων και σμάλτων. ένα ακόμα ενδιαφέρον σημείομπορούμε να θεωρήσουμε τη χρήση απεμπλουτισμένου ουρανίου για προστασία από τη ραδιενεργή ακτινοβολία, όσο περίεργο κι αν ακούγεται.

Το ουράνιο (U) είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 92 και ατομικό βάρος 238,029. Είναι ένα ραδιενεργό χημικό στοιχείο της ομάδας III του περιοδικού συστήματος του Dmitry Ivanovich Mendeleev, ανήκει στην οικογένεια των ακτινιδών. Το ουράνιο είναι ένα πολύ βαρύ (2,5 φορές βαρύτερο από τον σίδηρο, περισσότερο από 1,5 φορές βαρύτερο από τον μόλυβδο), ασημί-λευκό γυαλιστερό μέταλλο. Στην καθαρή του μορφή, είναι ελαφρώς πιο μαλακό από τον χάλυβα, εύπλαστο, εύκαμπτο και έχει ελαφρές παραμαγνητικές ιδιότητες.

Το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων: 238U (99,274%) με χρόνο ημιζωής 4,51∙109 έτη. 235U (0,702%) με χρόνο ημιζωής 7,13∙108 έτη. 234U (0,006%) με χρόνο ημιζωής 2,48∙105 έτη. Το τελευταίο ισότοπο δεν είναι πρωτεύον, αλλά ραδιογόνο· είναι μέρος της σειράς ραδιενεργών 238U. Τα ισότοπα ουρανίου 238U και 235U είναι οι πρόγονοι δύο ραδιενεργών σειρών. Τα τελικά στοιχεία αυτής της σειράς είναι τα ισότοπα μολύβδου 206Pb και 207Pb.

Επί του παρόντος, είναι γνωστά 23 τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα ουρανίου με αριθμούς μάζας από 217 έως 242. Μεταξύ αυτών, το 233U με χρόνο ημιζωής 1,62∙105 χρόνια είναι το μακροβιότερο. Λαμβάνεται ως αποτέλεσμα ακτινοβολίας νετρονίων του θορίου, ικανό να διασπαστεί υπό την επίδραση θερμικών νετρονίων.

Το ουράνιο ανακαλύφθηκε το 1789 από τον Γερμανό χημικό Martin Heinrich Klaproth ως αποτέλεσμα των πειραμάτων του με το ορυκτό pitchblende. Το όνομα του νέου στοιχείου ήταν προς τιμήν του πρόσφατα ανακαλυφθέντος (1781) πλανήτη Ουρανό από τον William Herschel. Για τον επόμενο μισό αιώνα, η ουσία που έλαβε ο Klaproth θεωρήθηκε μέταλλο, αλλά το 1841 αυτό διαψεύστηκε από τον Γάλλο χημικό Eugene Melchior Peligot, ο οποίος απέδειξε την οξειδική φύση του ουρανίου (UO2) που έλαβε ο Γερμανός χημικός. Ο ίδιος ο Peligo κατάφερε να αποκτήσει μεταλλικό ουράνιο μειώνοντας το UCl4 με μεταλλικό κάλιο, καθώς και να προσδιορίσει το ατομικό βάρος του νέου στοιχείου. Ο επόμενος στην ανάπτυξη της γνώσης για το ουράνιο και τις ιδιότητές του ήταν ο D. I. Mendeleev - το 1874, με βάση τη θεωρία που ανέπτυξε για την περιοδοποίηση των χημικών στοιχείων, τοποθέτησε το ουράνιο στο πιο απομακρυσμένο κελί του τραπεζιού του. Το ατομικό βάρος του ουρανίου (120) που προσδιορίστηκε προηγουμένως από τον Peligo διπλασιάστηκε από τον Ρώσο χημικό, η ορθότητα τέτοιων υποθέσεων επιβεβαιώθηκε δώδεκα χρόνια αργότερα από τα πειράματα του Γερμανού χημικού Zimmermann.

Για πολλές δεκαετίες, το ουράνιο ενδιέφερε μόνο έναν στενό κύκλο χημικών και φυσικών επιστημόνων, η χρήση του ήταν επίσης περιορισμένη - η παραγωγή γυαλιού και χρωμάτων. Μόνο με την ανακάλυψη της ραδιενέργειας αυτού του μετάλλου (το 1896 από τον Henri Becquerel) βιομηχανική επεξεργασίαμεταλλεύματα ουρανίου από το 1898. Πολύ αργότερα (1939) ανακαλύφθηκε το φαινόμενο της πυρηνικής σχάσης και από το 1942 το ουράνιο έγινε το κύριο πυρηνικό καύσιμο.

Η πιο σημαντική ιδιότητα του ουρανίου είναι ότι οι πυρήνες ορισμένων ισοτόπων του είναι ικανοί να διασπαστούν όταν συλλαμβάνουν νετρόνια, ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα του στοιχείου Νο. 92 χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες που χρησιμεύουν ως πηγές ενέργειας και επίσης αποτελεί τη βάση της δράσης της ατομικής βόμβας. Το ουράνιο χρησιμοποιείται στη γεωλογία για τον προσδιορισμό της ηλικίας ορυκτών και πετρωμάτων προκειμένου να προσδιοριστεί η αλληλουχία των γεωλογικών διεργασιών (γεωχρονολογία). Λόγω του γεγονότος ότι τα πετρώματα περιέχουν διαφορετικές συγκεντρώσεις ουρανίου, έχουν διαφορετική ραδιενέργεια. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην επιλογή πετρωμάτων με γεωφυσικές μεθόδους. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρύτερα στη γεωλογία πετρελαίου για την υλοτόμηση φρέατος. Οι ενώσεις ουρανίου χρησιμοποιήθηκαν ως βαφές για τη βαφή σε πορσελάνη και για κεραμικά βερνίκια και σμάλτα (χρωματισμένα σε χρώματα: κίτρινο, καφέ, πράσινο και μαύρο, ανάλογα με τον βαθμό οξείδωσης), για παράδειγμα, το ουρανικό νάτριο Na2U2O7 χρησιμοποιήθηκε ως κίτρινη χρωστική ουσία σε ζωγραφική.

Βιολογικές ιδιότητες

Το ουράνιο είναι ένα αρκετά κοινό στοιχείο στο βιολογικό περιβάλλον· ορισμένοι τύποι μυκήτων και φυκών θεωρούνται συγκεντρωτές αυτού του μετάλλου, οι οποίοι περιλαμβάνονται στην αλυσίδα του βιολογικού κύκλου του ουρανίου στη φύση σύμφωνα με το σχήμα: νερό - υδρόβια φυτά - ψάρι - άνθρωπος. Έτσι, με την τροφή και το νερό, το ουράνιο εισέρχεται στο σώμα των ανθρώπων και των ζώων, και πιο συγκεκριμένα, στο γαστρεντερικό σωλήνα, όπου απορροφάται περίπου ένα τοις εκατό των εισερχόμενων εύκολα διαλυτών ενώσεων και όχι περισσότερο από το 0,1% των ελάχιστα διαλυτών ενώσεων. Στην αναπνευστική οδό και στους πνεύμονες, καθώς και στους βλεννογόνους και το δέρμα, αυτό το στοιχείο εισέρχεται με αέρα. Στην αναπνευστική οδό, και ιδιαίτερα στους πνεύμονες, η απορρόφηση είναι πολύ πιο έντονη: οι εύκολα διαλυτές ενώσεις απορροφώνται κατά 50%, και οι ελάχιστα διαλυτές κατά 20%. Έτσι, το ουράνιο βρίσκεται σε μικρές ποσότητες (10-5 - 10-8%) στους ιστούς των ζώων και των ανθρώπων. Στα φυτά (στο ξηρό υπόλειμμα), η συγκέντρωση ουρανίου εξαρτάται από την περιεκτικότητά του στο έδαφος, επομένως σε συγκέντρωση εδάφους 10-4%, το φυτό περιέχει 1,5∙10-5% ή λιγότερο. Η κατανομή του ουρανίου στους ιστούς και τα όργανα είναι άνιση, οι κύριοι τόποι συσσώρευσης είναι οι ιστοί των οστών (σκελετός), το συκώτι, ο σπλήνας, τα νεφρά, καθώς και οι πνεύμονες και οι βρογχοπνευμονικοί λεμφαδένες (όταν οι ελάχιστα διαλυτές ενώσεις εισέρχονται στους πνεύμονες). Το ουράνιο (ανθρακικά και σύμπλοκα με πρωτεΐνες) αποβάλλεται γρήγορα από το αίμα. Κατά μέσο όρο, η περιεκτικότητα του 92ου στοιχείου στα όργανα και τους ιστούς των ζώων και των ανθρώπων είναι 10-7%. Για παράδειγμα, το αίμα των βοοειδών περιέχει 1∙10-8 g/ml ουρανίου, ενώ το ανθρώπινο αίμα περιέχει 4∙10-10 g/g. Το συκώτι βοοειδών περιέχει 8∙10-8 g/g, στον άνθρωπο στο ίδιο όργανο 6∙10-9 g/g. η σπλήνα των βοοειδών περιέχει 9∙10-8 g/g, στον άνθρωπο - 4,7∙10-7 g/g. Στους μυϊκούς ιστούς των βοοειδών, συσσωρεύεται έως και 4∙10-11 g/g. Επιπλέον, στο ανθρώπινο σώμα, το ουράνιο περιέχεται στους πνεύμονες στην περιοχή από 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g. στους νεφρούς 5,3∙10-9 g/g (φλοιώδες στρώμα) και 1,3∙10-8 g/g (μυελός). σε οστικό ιστό 1∙10-9 g/g; στον μυελό των οστών 1∙10-8 g/g; στα μαλλιά 1,3∙10-7 g/g. Το ουράνιο στα οστά προκαλεί συνεχή ακτινοβολία του οστικού ιστού (η περίοδος πλήρους απομάκρυνσης του ουρανίου από τον σκελετό είναι 600 ημέρες). Το λιγότερο από όλα αυτά τα μέταλλα στον εγκέφαλο και την καρδιά (περίπου 10-10 g / g). Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι κύριοι τρόποι με τους οποίους το ουράνιο εισέρχεται στο σώμα είναι το νερό, η τροφή και ο αέρας. Η ημερήσια δόση μετάλλου που εισέρχεται στο σώμα με τροφή και υγρά είναι 1,9∙10-6 g, με αέρα - 7∙10-9 g. Ωστόσο, κάθε μέρα το ουράνιο αποβάλλεται από το σώμα: με ούρα από 0,5∙10-7 g έως 5∙10-7 g. με κόπρανα από 1,4∙10-6 g έως 1,8∙10-6 g. Απώλειες με μαλλιά, νύχια και νεκρές νιφάδες δέρματος - 2∙10-8 g.

Οι επιστήμονες προτείνουν ότι το ουράνιο σε ελάχιστες ποσότητες είναι απαραίτητο για τη φυσιολογική λειτουργία του ανθρώπινου σώματος, των ζώων και των φυτών. Ωστόσο, ο ρόλος του στη φυσιολογία δεν έχει ακόμη διευκρινιστεί. Έχει διαπιστωθεί ότι η μέση περιεκτικότητα του 92ου στοιχείου στο ανθρώπινο σώμα είναι περίπου 9∙10-5 g ( Διεθνής Επιτροπήγια ακτινοπροστασία). Είναι αλήθεια ότι αυτός ο αριθμός ποικίλλει κάπως για διαφορετικές περιοχές και περιοχές.

Παρά τον ακόμη άγνωστο αλλά καθορισμένο βιολογικό του ρόλο στους ζωντανούς οργανισμούς, το ουράνιο παραμένει ένα από τα πιο επικίνδυνα στοιχεία. Πρώτα απ 'όλα, αυτό εκδηλώνεται στην τοξική επίδραση αυτού του μετάλλου, η οποία οφείλεται στις χημικές του ιδιότητες, ιδίως στη διαλυτότητα των ενώσεων. Έτσι, για παράδειγμα, οι διαλυτές ενώσεις (ουρανύλιο και άλλες) είναι πιο τοξικές. Τις περισσότερες φορές, η δηλητηρίαση με ουράνιο και τις ενώσεις του συμβαίνει σε εργοστάσια εμπλουτισμού, σε επιχειρήσεις εξόρυξης και επεξεργασίας πρώτων υλών ουρανίου και σε άλλες εγκαταστάσεις παραγωγής όπου το ουράνιο εμπλέκεται σε τεχνολογικές διεργασίες.

Διεισδύοντας στο σώμα, το ουράνιο επηρεάζει απολύτως όλα τα όργανα και τους ιστούς τους, επειδή η δράση συμβαίνει σε επίπεδο κυττάρων: αναστέλλει τη δραστηριότητα των ενζύμων. Οι νεφροί επηρεάζονται κυρίως, γεγονός που εκδηλώνεται με απότομη αύξηση του σακχάρου και της πρωτεΐνης στα ούρα, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη ολιγουρίας. Η γαστρεντερική οδός και το ήπαρ επηρεάζονται. Η δηλητηρίαση από ουράνιο διακρίνεται σε οξεία και χρόνια, η τελευταία εξελίσσεται σταδιακά και μπορεί να είναι ασυμπτωματική ή με ήπιες εκδηλώσεις. Ωστόσο, η μετέπειτα χρόνια δηλητηρίαση οδηγεί σε αιμοποιητικές διαταραχές, νευρικό σύστημακαι άλλα σοβαρά προβλήματα υγείας.

Ένας τόνος πετρωμάτων γρανίτη περιέχει περίπου 25 γραμμάρια ουρανίου. Η ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί όταν αυτά τα 25 γραμμάρια καίγονται σε έναν αντιδραστήρα είναι συγκρίσιμη με την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν καίγονται 125 τόνοι. λιθάνθρακαστους φούρνους των ισχυρών θερμικών λεβήτων! Με βάση αυτά τα δεδομένα, μπορεί να υποτεθεί ότι στο εγγύς μέλλον ο γρανίτης θα θεωρείται ένας από τους τύπους ορυκτών καυσίμων. Συνολικά, το σχετικά λεπτό επιφανειακό στρώμα των είκοσι χιλιομέτρων του φλοιού της γης περιέχει περίπου 1014 τόνους ουρανίου, όταν μετατρέπεται σε ισοδύναμο ενέργειας, προκύπτει ένας απλά κολοσσιαίος αριθμός - 2.36.1024 κιλοβατώρες. Ακόμη και όλα τα ανεπτυγμένα, εξερευνημένα και πιθανά κοιτάσματα εύφλεκτων ορυκτών μαζί δεν είναι ικανά να παρέχουν ούτε το ένα εκατομμυριοστό αυτής της ενέργειας!

Είναι γνωστό ότι τα κράματα ουρανίου που υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή διαρροής, ερπυσμό και αυξημένη αντοχή στη διάβρωση, μικρότερη τάση για αλλαγή προϊόντων υπό διακυμάνσεις θερμοκρασίας και υπό την επίδραση της ακτινοβολίας. Με βάση αυτές τις αρχές, στις αρχές του 20ου αιώνα και μέχρι τη δεκαετία του τριάντα, το ουράνιο σε μορφή καρβιδίου χρησιμοποιήθηκε στην παραγωγή χάλυβα εργαλείων. Επιπλέον, πήγε να αντικαταστήσει το βολφράμιο σε ορισμένα κράματα, το οποίο ήταν φθηνότερο και πιο προσιτό. Στην παραγωγή σιδηροουρανίου, το μερίδιο του U ήταν έως και 30%. Είναι αλήθεια ότι στο δεύτερο τρίτο του 20ού αιώνα, αυτή η χρήση ουρανίου δεν έγινε καθόλου.

Όπως γνωρίζετε, στα έγκατα της Γης μας υπάρχει μια συνεχής διαδικασία αποσύνθεσης των ισοτόπων της τεφροδόχου. Έτσι, οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι η στιγμιαία απελευθέρωση της ενέργειας ολόκληρης της μάζας αυτού του μετάλλου, που περικλείεται στο γήινο κέλυφος, θα ζεσταίνονταν τον πλανήτη μας σε θερμοκρασία πολλών χιλιάδων βαθμών! Ωστόσο, ένα τέτοιο φαινόμενο, ευτυχώς, είναι αδύνατο -άλλωστε θερμότητα απελευθερώνεται σταδιακά- καθώς οι πυρήνες του ουρανίου και των παραγώγων του υφίστανται μια σειρά από μακροχρόνιους ραδιενεργούς μετασχηματισμούς. Η διάρκεια τέτοιων μετασχηματισμών μπορεί να κριθεί από τους χρόνους ημιζωής των φυσικών ισοτόπων ουρανίου, για παράδειγμα, για 235U είναι 7108 χρόνια και για 238U - 4,51109 χρόνια. Ωστόσο, η θερμότητα του ουρανίου θερμαίνει σημαντικά τη Γη. Αν υπήρχε τόσο ουράνιο σε ολόκληρη τη μάζα της Γης όσο στο ανώτερο στρώμα των είκοσι χιλιομέτρων, τότε η θερμοκρασία στον πλανήτη θα ήταν πολύ υψηλότερη από τώρα. Ωστόσο, καθώς κάποιος κινείται προς το κέντρο της Γης, η συγκέντρωση του ουρανίου μειώνεται.

Στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, μόνο ένα μικρό μέρος του φορτωμένου ουρανίου υφίσταται επεξεργασία, αυτό οφείλεται στη σκωρίαση του καυσίμου με προϊόντα σχάσης: 235 U καίγονται, η αλυσιδωτή αντίδραση σταδιακά εξασθενεί. Ωστόσο, οι ράβδοι καυσίμου εξακολουθούν να γεμίζουν με πυρηνικό καύσιμο, το οποίο πρέπει να επαναχρησιμοποιηθεί. Για να γίνει αυτό, τα παλιά στοιχεία καυσίμου αποσυναρμολογούνται και αποστέλλονται για επεξεργασία - διαλύονται σε οξέα και το ουράνιο εξάγεται από το προκύπτον διάλυμα με εκχύλιση, τα θραύσματα σχάσης που πρέπει να απορριφθούν παραμένουν στο διάλυμα. Έτσι, αποδεικνύεται ότι η βιομηχανία ουρανίου είναι πρακτικά χημική παραγωγή χωρίς απόβλητα!

Οι εγκαταστάσεις για τον διαχωρισμό των ισοτόπων ουρανίου καταλαμβάνουν μια έκταση αρκετών δεκάδων εκταρίων, περίπου την ίδια τάξη μεγέθους και την περιοχή των πορωδών χωρισμάτων στους καταρράκτες διαχωρισμού του εργοστασίου. Αυτό οφείλεται στην πολυπλοκότητα της μεθόδου διάχυσης για τον διαχωρισμό των ισοτόπων ουρανίου - άλλωστε, για να αυξηθεί η συγκέντρωση των 235U από 0,72 σε 99%, χρειάζονται αρκετές χιλιάδες βήματα διάχυσης!

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ουρανίου-μόλυβδου, οι γεωλόγοι κατάφεραν να ανακαλύψουν την ηλικία των αρχαιότερων ορυκτών, ενώ μελετούσαν πετρώματα μετεωριτών, κατάφεραν να προσδιορίσουν την κατά προσέγγιση ημερομηνία γέννησης του πλανήτη μας. Χάρη στο "ρολόι ουρανίου" καθόρισε την ηλικία του σεληνιακού εδάφους. Είναι ενδιαφέρον ότι αποδείχθηκε ότι για 3 δισεκατομμύρια χρόνια δεν υπήρξε ηφαιστειακή δραστηριότητα στη Σελήνη και ο φυσικός δορυφόρος της Γης παραμένει ένα παθητικό σώμα. Εξάλλου, ακόμη και τα νεότερα κομμάτια σεληνιακής ύλης έχουν ζήσει μια περίοδο μεγαλύτερη ηλικίααρχαία ορυκτά της γης.

Ιστορία

Η χρήση του ουρανίου ξεκίνησε πολύ καιρό πριν - ήδη από τον 1ο αιώνα π.Χ., το φυσικό οξείδιο του ουρανίου χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ενός κίτρινου λούστρου που χρησιμοποιείται στο χρωματισμό των κεραμικών.

Στη σύγχρονη εποχή, η μελέτη του ουρανίου προχωρούσε σταδιακά - σε πολλά στάδια, με συνεχή αύξηση. Η αρχή ήταν η ανακάλυψη αυτού του στοιχείου το 1789 από τον Γερμανό φυσικό φιλόσοφο και χημικό Martin Heinrich Klaproth, ο οποίος αποκατέστησε τη χρυσοκίτρινη «γη» που εξορύχθηκε από μετάλλευμα ρητίνης Σαξονίας («πίσσα ουρανίου») σε μια ουσία που μοιάζει με μαύρο μέταλλο (ουράνιο). οξείδιο - UO2). Το όνομα δόθηκε προς τιμήν του πιο μακρινού πλανήτη που ήταν γνωστός εκείνη την εποχή - ο Ουρανός, ο οποίος με τη σειρά του ανακαλύφθηκε το 1781 από τον William Herschel. Σε αυτό, το πρώτο στάδιο στη μελέτη ενός νέου στοιχείου (ο Klaproth ήταν σίγουρος ότι είχε ανακαλύψει ένα νέο μέταλλο) τελειώνει, έρχεται ένα διάλειμμα άνω των πενήντα ετών.

Το έτος 1840 μπορεί να θεωρηθεί η αρχή ενός νέου ορόσημου στην ιστορία της έρευνας για το ουράνιο. Ήταν από αυτό το έτος που ένας νεαρός χημικός από τη Γαλλία, ο Eugene Melchior Peligot (1811-1890), ανέλαβε το πρόβλημα της απόκτησης μεταλλικού ουρανίου, σύντομα (1841) τα κατάφερε - το μεταλλικό ουράνιο ελήφθη με την αναγωγή του UCl4 με μεταλλικό κάλιο. Επιπλέον, απέδειξε ότι το ουράνιο που ανακάλυψε ο Klaproth ήταν στην πραγματικότητα απλώς το οξείδιό του. Ο Γάλλος προσδιόρισε επίσης το εκτιμώμενο ατομικό βάρος του νέου στοιχείου - 120. Στη συνέχεια, υπάρχει μια μεγάλη διακοπή στη μελέτη των ιδιοτήτων του ουρανίου.

Μόνο το 1874 εμφανίζονται νέες υποθέσεις για τη φύση του ουρανίου: ο Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ, ακολουθώντας τη θεωρία που ανέπτυξε για την περιοδοποίηση των χημικών στοιχείων, βρίσκει μια θέση για ένα νέο μέταλλο στο τραπέζι του, τοποθετώντας το ουράνιο στο τελευταίο κελί. Επιπλέον, ο Mendeleev αυξάνει το προηγουμένως υποτιθέμενο ατομικό βάρος του ουρανίου κατά δύο, χωρίς να κάνει λάθος ούτε σε αυτό, κάτι που επιβεβαιώθηκε από τα πειράματα του Γερμανού χημικού Zimmermann 12 χρόνια αργότερα.

Από το 1896, οι ανακαλύψεις στον τομέα της μελέτης των ιδιοτήτων του ουρανίου «έπεσαν» η μία μετά την άλλη: το έτος που αναφέρθηκε παραπάνω, εντελώς τυχαία (κατά τη μελέτη του φωσφορισμού των κρυστάλλων θειικού ουρανυλικού καλίου), ο 43χρονος καθηγητής φυσικής Antoine Ο Henri Becquerel ανακαλύπτει τις ακτίνες Becquerel, που αργότερα μετονομάστηκε σε ραδιενέργεια από τη Marie Curie. Την ίδια χρονιά, ο Henri Moissan (και πάλι χημικός από τη Γαλλία) αναπτύσσει μια μέθοδο για την απόκτηση καθαρού μεταλλικού ουρανίου.

Το 1899, ο Ernest Rutherford ανακάλυψε την ανομοιογένεια της ακτινοβολίας των παρασκευασμάτων ουρανίου. Αποδείχθηκε ότι υπάρχουν δύο τύποι ακτινοβολίας - ακτίνες άλφα και βήτα, διαφορετικές ως προς τις ιδιότητές τους: φέρουν διαφορετικό ηλεκτρικό φορτίο, έχουν διαφορετικό μήκος διαδρομής σε μια ουσία και η ικανότητα ιονισμού τους είναι επίσης διαφορετική. Ένα χρόνο αργότερα, οι ακτίνες γάμμα ανακαλύφθηκαν επίσης από τον Paul Villard.

Ο Ernest Rutherford και ο Frederick Soddy ανέπτυξαν από κοινού τη θεωρία της ραδιενέργειας του ουρανίου. Με βάση αυτή τη θεωρία, το 1907 ο Ράδερφορντ ανέλαβε τα πρώτα πειράματα για τον προσδιορισμό της ηλικίας των ορυκτών στη μελέτη του ραδιενεργού ουρανίου και θορίου. Το 1913, ο F. Soddy εισήγαγε την έννοια των ισοτόπων (από τα αρχαία ελληνικά iso - "ίσο", "ίδιο" και topos - "τόπος"). Το 1920, ο ίδιος επιστήμονας πρότεινε ότι τα ισότοπα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της γεωλογικής ηλικίας των πετρωμάτων. Οι υποθέσεις του αποδείχθηκαν σωστές: το 1939, ο Alfred Otto Karl Nier δημιούργησε τις πρώτες εξισώσεις για τον υπολογισμό της ηλικίας και χρησιμοποίησε ένα φασματόμετρο μάζας για να διαχωρίσει τα ισότοπα.

Το 1934, ο Enrico Fermi πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων σχετικά με τον βομβαρδισμό χημικών στοιχείων με νετρόνια - σωματίδια που ανακάλυψε ο J. Chadwick το 1932. Ως αποτέλεσμα αυτής της επιχείρησης, στο ουράνιο εμφανίστηκαν προηγουμένως άγνωστες ραδιενεργές ουσίες. Ο Fermi και άλλοι επιστήμονες που συμμετείχαν στα πειράματά του υπέδειξαν ότι είχαν ανακαλύψει στοιχεία υπερουρανίου. Για τέσσερα χρόνια, έγιναν προσπάθειες ανίχνευσης στοιχείων υπερουρανίου μεταξύ των προϊόντων του βομβαρδισμού νετρονίων. Όλα τελείωσαν το 1938, όταν οι Γερμανοί χημικοί Otto Hahn και Fritz Strassmann διαπίστωσαν ότι, συλλαμβάνοντας ένα ελεύθερο νετρόνιο, ο πυρήνας του ισοτόπου ουρανίου 235U διαιρείται και απελευθερώνεται αρκετά μεγάλη ενέργεια (ανά έναν πυρήνα ουρανίου), κυρίως λόγω θραύσματα κινητικής ενέργειας και ακτινοβολία. Για να προχωρήσουν περαιτέρω, οι Γερμανοί χημικοί απέτυχαν. Η Lisa Meitner και ο Otto Frisch μπόρεσαν να τεκμηριώσουν τη θεωρία τους. Αυτή η ανακάλυψη ήταν η αφετηρία της χρήσης της ενδοατομικής ενέργειας, τόσο για ειρηνικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς.

Όντας στη φύση

Η μέση περιεκτικότητα σε ουράνιο στον φλοιό της γης (Clarke) είναι 3∙10-4% κατά μάζα, που σημαίνει ότι βρίσκεται περισσότερο στα έγκατα της γης από ό,τι σε ασήμι, υδράργυρο, βισμούθιο. Το ουράνιο είναι χαρακτηριστικό στοιχείο για το στρώμα γρανίτη και το ιζηματογενές κέλυφος του φλοιού της γης. Έτσι, σε έναν τόνο γρανίτη υπάρχουν περίπου 25 γραμμάρια του στοιχείου Νο. 92. Συνολικά, περισσότεροι από 1000 τόνοι ουρανίου περιέχονται στο σχετικά λεπτό, είκοσι χιλιομέτρων, ανώτερο στρώμα της Γης. Σε όξινα πυριγενή πετρώματα 3,5∙10-4%, σε άργιλους και σχιστόλιθους 3,2∙10-4%, ιδιαίτερα εμπλουτισμένα σε οργανική ουσία, σε βασικά πετρώματα 5∙10-5%, σε υπερβασικά πετρώματα του μανδύα 3∙10-7% .

Το ουράνιο μεταναστεύει έντονα σε κρύα και ζεστά, ουδέτερα και αλκαλικά νερά με τη μορφή απλών και πολύπλοκων ιόντων, ιδιαίτερα με τη μορφή ανθρακικών συμπλεγμάτων. Σημαντικό ρόλο στη γεωχημεία του ουρανίου παίζουν οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, και όλα αυτά επειδή οι ενώσεις του ουρανίου, κατά κανόνα, είναι πολύ διαλυτές σε νερά με οξειδωτικό περιβάλλον και ελάχιστα διαλυτές σε νερά με αναγωγικό περιβάλλον (υδρόθειο).

Περισσότερα από εκατό ορυκτά μεταλλεύματα ουρανίου είναι γνωστά, είναι διαφορετικά χημική σύνθεση, προέλευση, συγκέντρωση ουρανίου, όλης της ποικιλίας, μόνο μια ντουζίνα έχουν πρακτικό ενδιαφέρον. Οι κύριοι εκπρόσωποι του ουρανίου, που έχουν τη μεγαλύτερη βιομηχανική σημασία, στη φύση μπορούν να θεωρηθούν οξείδια - ουρανινίτης και οι ποικιλίες του (ναστουράν και μαύρο ουράνιο), καθώς και πυριτικά - κοφινίτης, τιτανικά - δαβιδίτης και βρανερίτης. υδατικά φωσφορικά και αρσενικά ουρανυλικά - μαρμαρυγία ουρανίου.

Ο ουρανινίτης - UO2 υπάρχει κυρίως στα αρχαία - προκαμβριακά πετρώματα με τη μορφή διαυγών κρυσταλλικών μορφών. Ο ουρανινίτης σχηματίζει ισόμορφες σειρές με θοριανίτη ThO2 και υττροκεριανίτη (Y,Ce)O2. Επιπλέον, όλοι οι ουρανίτες περιέχουν προϊόντα ραδιογονικής διάσπασης ουρανίου και θορίου: K, Po, He, Ac, Pb, καθώς και Ca και Zn. Ο ίδιος ο ουρανινίτης είναι ένα ορυκτό υψηλής θερμοκρασίας, χαρακτηριστικό των πηγματιτών γρανίτη και συενίτη σε συνδυασμό με σύνθετα ουράνιο νιοβ-ταντάλιο-τιτανικά (κολομβίτη, πυροχλώριο, σαμαρσκίτη και άλλα), ζιρκόνιο και μοναζίτη. Επιπλέον, ο ουρανινίτης εμφανίζεται σε υδροθερμικά, skarn και ιζηματογενή πετρώματα. Μεγάλα κοιτάσματα ουρανινίτη είναι γνωστά στον Καναδά, την Αφρική, τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, τη Γαλλία και την Αυστραλία.

Το Nasturan (U3O8), γνωστό και ως pitch ουρανίου ή pitchblende, το οποίο σχηματίζει κρυπτοκρυσταλλικά κολομορφικά συσσωματώματα, είναι ένα ηφαιστειογενές και υδροθερμικό ορυκτό, που υπάρχει σε Παλαιοζωικούς και νεότερους σχηματισμούς υψηλής και μέσης θερμοκρασίας. Οι σταθεροί σύντροφοι του pitchblende είναι τα σουλφίδια, τα αρσενίδια, το φυσικό βισμούθιο, το αρσενικό και ο άργυρος, τα ανθρακικά και κάποια άλλα στοιχεία. Αυτά τα μεταλλεύματα είναι πολύ πλούσια σε ουράνιο, αλλά είναι εξαιρετικά σπάνια, συχνά συνοδεύονται από ράδιο, αυτό εξηγείται εύκολα: το ράδιο είναι άμεσο προϊόν της ισοτοπικής διάσπασης του ουρανίου.

Τα μαύρα ουράνια (χαλαρά γήινα αδρανή) αντιπροσωπεύονται κυρίως σε νέους - Καινοζωικούς και νεότερους σχηματισμούς, χαρακτηριστικά υδροθερμικού θειούχου ουρανίου και ιζηματογενών κοιτασμάτων.

Το ουράνιο εξάγεται επίσης ως υποπροϊόν από μεταλλεύματα που περιέχουν λιγότερο από 0,1%, για παράδειγμα, από χρυσαφένια συγκροτήματα.

Τα κύρια κοιτάσματα μεταλλευμάτων ουρανίου βρίσκονται στις ΗΠΑ (Κολοράντο, Βόρεια και Νότια Ντακότα), Καναδά (επαρχίες Οντάριο και Σασκάτσουαν), Νότια Αφρική (Witwatersrand), Γαλλία (Κεντρική Οροσειρά), Αυστραλία (Βόρεια Επικράτεια) και πολλές άλλες χώρες . Στη Ρωσία, η κύρια περιοχή μεταλλεύματος ουρανίου είναι η Transbaikalia. Περίπου το 93% του ρωσικού ουρανίου εξορύσσεται στο κοίτασμα στην περιοχή Chita (κοντά στην πόλη Krasnokamensk).

Εφαρμογή

Η σύγχρονη πυρηνική ενέργεια είναι απλά αδιανόητη χωρίς το στοιχείο Νο. 92 και τις ιδιότητές του. Αν και όχι πολύ καιρό πριν - πριν από την εκτόξευση του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα, τα μεταλλεύματα ουρανίου εξορύσσονταν κυρίως για την εξαγωγή ραδίου από αυτά. Μικρές ποσότητες ενώσεων ουρανίου έχουν χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες βαφές και καταλύτες. Στην πραγματικότητα, το ουράνιο θεωρούνταν στοιχείο χωρίς σχεδόν καμία βιομηχανική αξία και πόσο δραματικά άλλαξε η κατάσταση μετά την ανακάλυψη της ικανότητας των ισοτόπων του ουρανίου να διασπώνται! Αυτό το μέταλλο έλαβε αμέσως το καθεστώς της στρατηγικής πρώτης ύλης Νο. 1.

Στις μέρες μας, το κύριο πεδίο εφαρμογής του μεταλλικού ουρανίου, καθώς και των ενώσεων του, είναι τα καύσιμα για πυρηνικούς αντιδραστήρες. Έτσι, ένα χαμηλού εμπλουτισμένου (φυσικού) μείγμα ισοτόπων ουρανίου χρησιμοποιείται σε σταθερούς αντιδραστήρες πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, ενώ ουράνιο υψηλής εμπλουτισμού χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς και ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων.

Το ισότοπο ουρανίου 235U έχει τη μεγαλύτερη εφαρμογή, επειδή είναι δυνατή μια αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία δεν είναι τυπική για άλλα ισότοπα ουρανίου. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, το 235U χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, καθώς και σε πυρηνικά όπλα. Ωστόσο, η απομόνωση του ισοτόπου 235U από το φυσικό ουράνιο είναι ένα σύνθετο και δαπανηρό τεχνολογικό πρόβλημα.

Το πιο άφθονο ισότοπο ουρανίου στη φύση, το 238U, μπορεί να διασπαστεί όταν βομβαρδιστεί με νετρόνια υψηλής ενέργειας. Αυτή η ιδιότητα αυτού του ισοτόπου χρησιμοποιείται για την αύξηση της ισχύος των θερμοπυρηνικών όπλων - χρησιμοποιούνται νετρόνια που παράγονται από μια θερμοπυρηνική αντίδραση. Επιπλέον, το ισότοπο πλουτωνίου 239Pu λαμβάνεται από το ισότοπο 238U, το οποίο με τη σειρά του μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και στην ατομική βόμβα.

Πρόσφατα, το ισότοπο ουρανίου 233U, που λαμβάνεται τεχνητά σε αντιδραστήρες από θόριο, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως· λαμβάνεται με ακτινοβολία θορίου στη ροή νετρονίων ενός πυρηνικού αντιδραστήρα:

23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U

Το 233U διασπάται από θερμικά νετρόνια, επιπλέον, η εκτεταμένη αναπαραγωγή πυρηνικού καυσίμου μπορεί να συμβεί σε αντιδραστήρες με 233U. Έτσι, όταν ένα κιλό 233U καίγεται σε έναν αντιδραστήρα θορίου, 1,1 kg νέων 233U θα πρέπει να συσσωρευτεί σε αυτόν (ως αποτέλεσμα της δέσμευσης νετρονίων από πυρήνες θορίου). Στο εγγύς μέλλον, ο κύκλος ουρανίου-θορίου στους θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων είναι ο κύριος ανταγωνιστής του κύκλου ουρανίου-πλουτωνίου για την αναπαραγωγή πυρηνικών καυσίμων σε αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων. Αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν αυτό το νουκλίδιο ως καύσιμο υπάρχουν ήδη και λειτουργούν (KAMINI στην Ινδία). Ο 233U είναι επίσης το πιο πολλά υποσχόμενο καύσιμο για πυρηνικούς πυραυλοκινητήρες αέριας φάσης.

Άλλα τεχνητά ισότοπα ουρανίου δεν παίζουν σημαντικό ρόλο.

Μετά την εξαγωγή των «απαραίτητων» ισότοπων 234U και 235U από φυσικό ουράνιο, η εναπομείνασα πρώτη ύλη (238U) ονομάζεται «εξαντλημένο ουράνιο», είναι κατά το ήμισυ ραδιενεργό από το φυσικό ουράνιο, κυρίως λόγω της απομάκρυνσης των 234U από αυτό. Δεδομένου ότι η κύρια χρήση του ουρανίου είναι η παραγωγή ενέργειας, για το λόγο αυτό, το απεμπλουτισμένο ουράνιο είναι ένα προϊόν χαμηλής χρήσης με χαμηλή οικονομική αξία. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής τιμής του και υψηλής πυκνότηταςκαι εξαιρετικά υψηλή διατομή σύλληψης, χρησιμοποιείται για θωράκιση ακτινοβολίας και ως έρμα σε αεροδιαστημικές εφαρμογές όπως επιφάνειες ελέγχου αεροσκαφών. Επιπλέον, το απεμπλουτισμένο ουράνιο χρησιμοποιείται ως έρμα σε οχήματα κατάβασης στο διάστημα και σε αγωνιστικά γιοτ. σε ρότορες γυροσκοπίου υψηλής ταχύτητας, μεγάλους σφόνδυλους, γεώτρηση λαδιού.

Ωστόσο, η πιο γνωστή χρήση του απεμπλουτισμένου ουρανίου είναι η χρήση του σε στρατιωτικές εφαρμογές - ως πυρήνες για βλήματα διάτρησης θωράκισης και σύγχρονη θωράκιση τανκ, όπως το άρμα M-1 Abrams.

Λιγότερο γνωστές εφαρμογές του ουρανίου συνδέονται κυρίως με τις ενώσεις του. Έτσι, μια μικρή προσθήκη ουρανίου δίνει έναν όμορφο κιτρινοπράσινο φθορισμό στο γυαλί, ορισμένες ενώσεις ουρανίου είναι φωτοευαίσθητες, γι' αυτό το λόγο το νιτρικό ουρανύλιο χρησιμοποιήθηκε ευρέως για να ενισχύσει τα αρνητικά και να χρωματίσει τα θετικά (φωτογραφικές εκτυπώσεις) καφέ.

Το καρβίδιο 235U σε κράμα με καρβίδιο νιοβίου και καρβίδιο ζιρκονίου χρησιμοποιείται ως καύσιμο για πυρηνικούς κινητήρες αεριωθουμένων. Κράματα σιδήρου και απεμπλουτισμένου ουρανίου (238U) χρησιμοποιούνται ως ισχυρά μαγνητοσυσπαστικά υλικά. Το ουρανικό νάτριο Na2U2O7 χρησιμοποιήθηκε ως κίτρινη χρωστική ουσία στη ζωγραφική, παλαιότερες ενώσεις ουρανίου χρησιμοποιήθηκαν ως χρώματα για βαφή σε πορσελάνη και για κεραμικά βερνίκια και σμάλτα (χρωματισμένα σε χρώματα: κίτρινο, καφέ, πράσινο και μαύρο, ανάλογα με τον βαθμό οξείδωσης).

Παραγωγή

Το ουράνιο λαμβάνεται από μεταλλεύματα ουρανίου, τα οποία διαφέρουν σημαντικά σε μια σειρά από χαρακτηριστικά (ανάλογα με τις συνθήκες σχηματισμού, από "αντίθεση", από την περιεκτικότητα σε χρήσιμες ακαθαρσίες κ.λπ.), το κύριο από τα οποία είναι το ποσοστό ουρανίου. Σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό, διακρίνονται πέντε ποιότητες μεταλλευμάτων: πολύ πλούσια (περιέχουν πάνω από 1% ουράνιο). πλούσιος (1-0,5%); μεσαίο (0,5-0,25%); συνηθισμένο (0,25-0,1%) και φτωχό (κάτω από 0,1%). Ωστόσο, ακόμη και από μεταλλεύματα που περιέχουν ουράνιο 0,01-0,015%, αυτό το μέταλλο εξάγεται ως υποπροϊόν.

Με τα χρόνια ανάπτυξης των πρώτων υλών ουρανίου, έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι για τον διαχωρισμό του ουρανίου από τα μεταλλεύματα. Αυτό οφείλεται τόσο στη στρατηγική σημασία του ουρανίου σε ορισμένες περιοχές, όσο και στην ποικιλομορφία των φυσικών του εκφάνσεων. Ωστόσο, παρά την ποικιλία των μεθόδων και της βάσης πρώτων υλών, οποιαδήποτε παραγωγή ουρανίου αποτελείται από τρία στάδια: προκαταρκτική συγκέντρωση μεταλλεύματος ουρανίου. έκπλυση ουρανίου και λήψη επαρκώς καθαρών ενώσεων ουρανίου με καθίζηση, εκχύλιση ή ανταλλαγή ιόντων. Περαιτέρω, ανάλογα με τον σκοπό του ουρανίου που προκύπτει, ακολουθεί ο εμπλουτισμός του προϊόντος με το ισότοπο 235U ή αμέσως η αναγωγή του στοιχειακού ουρανίου.

Έτσι, αρχικά το μετάλλευμα συμπυκνώνεται - ο βράχος συνθλίβεται και γεμίζει με νερό. Σε αυτή την περίπτωση, τα βαρύτερα στοιχεία του μείγματος καθιζάνουν ταχύτερα. Σε πετρώματα που περιέχουν πρωτογενή ορυκτά ουρανίου, παρατηρείται ταχεία κατακρήμνιση, καθώς είναι πολύ βαριά. Όταν συγκεντρώνονται μεταλλεύματα που περιέχουν δευτερογενή ορυκτά ουρανίου, κατακρημνίζονται απόβλητα πετρώματα, τα οποία είναι πολύ βαρύτερα από τα δευτερεύοντα ορυκτά, αλλά μπορεί να περιέχουν πολύ χρήσιμα στοιχεία.

Τα μεταλλεύματα ουρανίου σχεδόν δεν εμπλουτίζονται, εκτός από την οργανική μέθοδο της ραδιομετρικής διαλογής, με βάση την γ-ακτινοβολία του ραδίου, η οποία συνοδεύει πάντα το ουράνιο.

Το επόμενο βήμα στην παραγωγή ουρανίου είναι η έκπλυση, οπότε το ουράνιο μεταφέρεται σε διάλυμα. Βασικά, τα μεταλλεύματα εκπλένονται με διαλύματα θειικού, μερικές φορές νιτρικών οξέων ή διαλυμάτων σόδας με τη μεταφορά ουρανίου σε όξινο διάλυμα με τη μορφή UO2SO4 ή σύμπλοκων ανιόντων και σε διάλυμα σόδας με τη μορφή ανιόντος 4 συμπλόκου. Η μέθοδος με την οποία χρησιμοποιείται το θειικό οξύ είναι φθηνότερη, ωστόσο, δεν είναι πάντα εφαρμόσιμη - εάν η πρώτη ύλη περιέχει τετρασθενές ουράνιο (ρητίνη ουρανίου), το οποίο δεν διαλύεται σε θειικό οξύ. Σε τέτοιες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται αλκαλική έκπλυση ή το τετρασθενές ουράνιο οξειδώνεται στην εξασθενή κατάσταση. Η χρήση καυστικής σόδας (καυστική σόδα) είναι χρήσιμη κατά την έκπλυση μεταλλεύματος που περιέχει μαγνησίτη ή δολομίτη, τα οποία απαιτούν πάρα πολύ οξύ για να διαλυθούν.

Μετά το στάδιο της έκπλυσης, το διάλυμα περιέχει όχι μόνο ουράνιο, αλλά και άλλα στοιχεία, τα οποία, όπως το ουράνιο, εκχυλίζονται με τους ίδιους οργανικούς διαλύτες, καθιζάνουν στις ίδιες ιοντοανταλλακτική ρητίνες και καθιζάνουν υπό τις ίδιες συνθήκες. Σε μια τέτοια κατάσταση, για τον επιλεκτικό διαχωρισμό του ουρανίου, πρέπει να χρησιμοποιηθούν πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής προκειμένου να αποκλειστεί ένα ανεπιθύμητο στοιχείο σε διαφορετικά στάδια. Ένα από τα πλεονεκτήματα των μεθόδων ανταλλαγής ιόντων και εκχύλισης είναι ότι το ουράνιο εξάγεται πλήρως από φτωχά διαλύματα.

Μετά από όλες αυτές τις εργασίες, το ουράνιο μεταφέρεται σε στερεή κατάσταση - σε ένα από τα οξείδια ή σε τετραφθοριούχο UF4. Αυτό το ουράνιο περιέχει ακαθαρσίες με μεγάλη διατομή θερμικής δέσμευσης νετρονίων - λίθιο, βόριο, κάδμιο και μέταλλα σπάνιων γαιών. Στο τελικό προϊόν, το περιεχόμενό τους δεν πρέπει να ξεπερνά τα εκατό χιλιοστά και τα εκατομμυριοστά του τοις εκατό! Για να γίνει αυτό, το ουράνιο διαλύεται ξανά, αυτή τη φορά σε νιτρικό οξύ. Το νιτρικό ουρανύλιο UO2(NO3)2 κατά την εκχύλιση με φωσφορικό τριβουτυλεστέρα και ορισμένες άλλες ουσίες καθαρίζεται επιπρόσθετα στις απαιτούμενες συνθήκες. Αυτή η ουσία στη συνέχεια κρυσταλλώνεται (ή κατακρημνίζεται) και αναφλέγεται ήπια. Ως αποτέλεσμα αυτής της λειτουργίας, σχηματίζεται τριοξείδιο ουρανίου UO3, το οποίο ανάγεται με υδρογόνο σε UO2. Σε θερμοκρασίες από 430 έως 600 ° C, το οξείδιο του ουρανίου αντιδρά με ξηρό υδροφθόριο και μετατρέπεται σε τετραφθόριο UF4. Ήδη από αυτή την ένωση, το μεταλλικό ουράνιο λαμβάνεται συνήθως με τη βοήθεια ασβεστίου ή μαγνησίου με συμβατική αναγωγή.

Φυσικές ιδιότητες

Το μεταλλικό ουράνιο είναι πολύ βαρύ, είναι δυόμισι φορές βαρύτερο από τον σίδηρο και μιάμιση φορά βαρύτερο από τον μόλυβδο! Αυτό είναι ένα από τα πιο βαριά στοιχεία που είναι αποθηκευμένα στα έγκατα της Γης. Με το ασημί-λευκό χρώμα και τη λάμψη του, το ουράνιο μοιάζει με ατσάλι. καθαρό μέταλλο πλαστικό, μαλακό, έχει υψηλή πυκνότητα, αλλά ταυτόχρονα είναι εύκολο στην επεξεργασία. Το ουράνιο είναι ηλεκτροθετικό, έχει ασήμαντες παραμαγνητικές ιδιότητες - ειδική μαγνητική επιδεκτικότητα σε θερμοκρασία δωματίου 1,72 10 -6 , Έχει χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα αλλά υψηλή αντιδραστικότητα. Αυτό το στοιχείο έχει τρεις αλλοτροπικές τροποποιήσεις: α, β και γ. Η α-μορφή έχει ένα ρομβικό κρυσταλλικό πλέγμα με τις ακόλουθες παραμέτρους: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Αυτή η μορφή είναι σταθερή στο εύρος θερμοκρασίας από τη θερμοκρασία δωματίου έως τους 667,7° C. Η πυκνότητα του ουρανίου στην α-μορφή στους 25°C είναι 19,05±0,2 g/cm 3 . Η β-μορφή έχει τετραγωνικό κρυσταλλικό πλέγμα, είναι σταθερό στο εύρος θερμοκρασίας από 667,7° C έως 774,8° C. Παράμετροι τετραγωνικού πλέγματος: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. γ-μορφή με κυβική δομή με κέντρο το σώμα, σταθερή από 774,8°C έως σημείο τήξης (1132°C).

Μπορείτε να δείτε και τις τρεις φάσεις στη διαδικασία μείωσης του ουρανίου. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή, η οποία είναι ένας χαλύβδινος σωλήνας χωρίς ραφή, ο οποίος είναι επενδεδυμένος με οξείδιο του ασβεστίου, είναι απαραίτητο ο χάλυβας του σωλήνα να μην αλληλεπιδρά με το ουράνιο. Ένα μείγμα τετραφθοριούχου ουρανίου και μαγνησίου (ή ασβεστίου) φορτώνεται στη συσκευή, μετά από την οποία θερμαίνεται στους 600 ° C. Όταν επιτευχθεί αυτή η θερμοκρασία, ενεργοποιείται μια ηλεκτρική ασφάλεια, ρέει αμέσως αντίδραση εξώθερμης αναγωγής, ενώ το φορτωμένο μείγμα λιώνει εντελώς. Το υγρό ουράνιο (θερμοκρασία 1132 ° C) λόγω του βάρους του βυθίζεται εντελώς στον πυθμένα. Μετά την πλήρη εναπόθεση ουρανίου στον πυθμένα της συσκευής, αρχίζει η ψύξη, το ουράνιο κρυσταλλώνεται, τα άτομά του ευθυγραμμίζονται με αυστηρή σειρά, σχηματίζοντας ένα κυβικό πλέγμα - αυτή είναι η γ-φάση. Η επόμενη μετάβαση συμβαίνει στους 774°C - το κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου ψύξης γίνεται τετραγωνικό, που αντιστοιχεί στη β-φάση. Όταν η θερμοκρασία του πλινθώματος πέσει στους 668° C, τα άτομα αναδιατάσσουν ξανά τις σειρές τους, διατεταγμένες σε κύματα σε παράλληλα στρώματα - την α-φάση. Δεν υπάρχουν περαιτέρω αλλαγές.

Οι κύριες παράμετροι του ουρανίου αναφέρονται πάντα στην α-φάση. Σημείο τήξεως (tmelt) 1132°C, σημείο βρασμού ουρανίου (tboil) 3818° C. Ειδική θερμότητα σε θερμοκρασία δωματίου 27,67 kJ/(kg K) ή 6,612 cal/(g°C). Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση σε θερμοκρασία 25 ° C είναι περίπου 3 10 -7 ohm cm και ήδη στους 600 ° C 5,5 10 -7 ohm cm. Η θερμική αγωγιμότητα του ουρανίου ποικίλλει επίσης ανάλογα με τη θερμοκρασία: για παράδειγμα, στην περιοχή 100-200 ° C, είναι 28,05 W / (m K) ή 0,067 cal / (cm sec ° C), και όταν ανεβαίνει στους 400 ° C, αυξάνεται έως και 29,72 W / (m K) 0,071 cal / (cm sec ° C). Το ουράνιο έχει υπεραγωγιμότητα στα 0,68 K. Η μέση σκληρότητα Brinell είναι 19,6 - 21,6·10 2 MN / m 2 ή 200-220 kgf / mm 2.

Πολλές μηχανικές ιδιότητες του 92ου στοιχείου εξαρτώνται από την καθαρότητά του, από τους τρόπους θερμικής και μηχανικής επεξεργασίας. Έτσι για το χυτό ουράνιο τελική αντοχή εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου 372-470 MN/m 2 ή 38-48 kgf/mm 2, η μέση τιμή του συντελεστή ελαστικότητας 20,5·10 -2 MN/m2 ή 20,9·10 -3 kgf/mm 2 . Η ισχύς του ουρανίου αυξάνεται μετά την απόσβεση από τις φάσεις β και γ.

Ακτινοβολία ουρανίου με ροή νετρονίων, αλληλεπίδραση με νερό που ψύχει στοιχεία καυσίμου από μεταλλικό ουράνιο και άλλοι παράγοντες λειτουργίας σε ισχυρούς θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων - όλα αυτά οδηγούν σε αλλαγές στις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του ουρανίου: το μέταλλο γίνεται εύθραυστο, αναπτύσσεται ερπυσμός, εμφανίζεται παραμόρφωση προϊόντων από μεταλλικό ουράνιο. Για το λόγο αυτό, τα κράματα ουρανίου χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, για παράδειγμα, με μολυβδαίνιο, ένα τέτοιο κράμα είναι ανθεκτικό στο νερό, ενισχύει το μέταλλο, ενώ διατηρεί ένα κυβικό πλέγμα υψηλής θερμοκρασίας.

Χημικές ιδιότητες

Χημικά, το ουράνιο είναι ένα πολύ ενεργό μέταλλο. Στον αέρα, οξειδώνεται με το σχηματισμό ενός ιριδίζοντος φιλμ διοξειδίου UO2 στην επιφάνεια, το οποίο δεν προστατεύει το μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση, όπως συμβαίνει με το τιτάνιο, το ζιρκόνιο και μια σειρά από άλλα μέταλλα. Με το οξυγόνο, το ουράνιο σχηματίζει διοξείδιο UO2, τριοξείδιο UO3 και μεγάλο αριθμό ενδιάμεσων οξειδίων, το πιο σημαντικό από τα οποία είναι το U3O8, τα οποία είναι παρόμοια σε ιδιότητες με τα UO2 και UO3. Σε κατάσταση σκόνης, το ουράνιο είναι πυροφορικό και μπορεί να αναφλεγεί με ελαφρά θέρμανση (150 ° C και άνω), η καύση συνοδεύεται από μια φωτεινή φλόγα, σχηματίζοντας τελικά U3O8. Σε θερμοκρασία 500-600 ° C, το ουράνιο αλληλεπιδρά με το φθόριο για να σχηματίσει πράσινους κρυστάλλους σε σχήμα βελόνας που είναι ελαφρώς διαλυτοί σε νερό και οξέα - τετραφθοριούχο ουράνιο UF4, καθώς και UF6 - εξαφθόριο (λευκοί κρύσταλλοι που εξαχνώνονται χωρίς να λιώνουν σε θερμοκρασία 56,4 °C). Τα UF4, UF6 είναι παραδείγματα της αλληλεπίδρασης του ουρανίου με τα αλογόνα για το σχηματισμό αλογονιδίων ουρανίου. Το ουράνιο συνδυάζεται εύκολα με το θείο, σχηματίζοντας μια σειρά από ενώσεις, από τις οποίες η πιο σημαντική είναι το πυρηνικό καύσιμο των ΗΠΑ. Το ουράνιο αντιδρά με το υδρογόνο στους 220°C για να σχηματίσει υδρίδιο UH3, το οποίο είναι χημικά πολύ δραστικό. Με περαιτέρω θέρμανση, το UH3 αποσυντίθεται σε υδρογόνο και ουράνιο σε σκόνη. Η αλληλεπίδραση με το άζωτο συμβαίνει σε υψηλότερες θερμοκρασίες - από 450 έως 700 °C και ατμοσφαιρική πίεσηλαμβάνεται το νιτρίδιο U4N7, με αύξηση της πίεσης του αζώτου στις ίδιες θερμοκρασίες, μπορούν να ληφθούν UN, U2N3 και UN2. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες (750-800 °C), το ουράνιο αντιδρά με τον άνθρακα για να σχηματίσει μονοκαρβίδιο UC, δικαρβίδιο UC2 και U2C3. Το ουράνιο αλληλεπιδρά με το νερό για να σχηματίσει UO2 και H2 και με κρύο νερόπιο αργό, αλλά πιο ενεργό με ζεστό. Επιπλέον, η αντίδραση προχωρά με ατμό σε θερμοκρασίες από 150 έως 250 °C. Αυτό το μέταλλο διαλύεται σε υδροχλωρικό HCl και νιτρικά οξέα HNO3, λιγότερο ενεργά σε υψηλής συγκέντρωσης υδροφθορικό οξύ, αντιδρά αργά με θειικό H2SO4 και ορθοφωσφορικά οξέα H3PO4. Τα προϊόντα των αντιδράσεων με οξέα είναι τετρασθενή άλατα ουρανίου. Από ανόργανα οξέα και άλατα ορισμένων μετάλλων (χρυσός, πλατίνα, χαλκός, άργυρος, κασσίτερος και υδράργυρος), το ουράνιο μπορεί να εκτοπίσει το υδρογόνο. Το ουράνιο δεν αλληλεπιδρά με τα αλκάλια.

Στις ενώσεις, το ουράνιο μπορεί να εμφανίσει τις ακόλουθες καταστάσεις οξείδωσης: +3, +4, +5, +6, μερικές φορές +2. Το U3+ δεν υπάρχει φυσικά και μπορεί να ληφθεί μόνο στο εργαστήριο. Οι ενώσεις πεντασθενούς ουρανίου είναι ως επί το πλείστον ασταθείς και αποσυντίθενται αρκετά εύκολα σε ενώσεις τεταρτοταγούς και εξασθενούς ουρανίου, οι οποίες είναι οι πιο σταθερές. Το εξασθενές ουράνιο χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό του ιόντος ουρανυλίου UO22+, του οποίου τα άλατα είναι κίτρινου χρώματος και εύκολα διαλυτά στο νερό και τα μεταλλικά οξέα. Παράδειγμα ενώσεων εξασθενούς ουρανίου είναι το τριοξείδιο του ουρανίου ή ο ανυδρίτης του ουρανίου UO3 (πορτοκαλί σκόνη), που έχει τον χαρακτήρα ενός αμφοτερικού οξειδίου. Όταν διαλύονται σε οξέα, σχηματίζονται άλατα, για παράδειγμα, χλωριούχο ουράνιο UO2Cl2. Κάτω από τη δράση των αλκαλίων σε διαλύματα αλάτων ουρανυλίου, λαμβάνονται άλατα ουρανικού οξέος H2UO4 - ουρανικά και διουρανικά άλατα H2U2O7 - διουρανικού οξέος, για παράδειγμα, ουρανικό νάτριο Na2UO4 και διουρανικό νάτριο Na2U2O7. Τα άλατα τετρασθενούς ουρανίου (τετραχλωριούχο ουράνιο UCl4) είναι πράσινα και λιγότερο διαλυτά. Όταν εκτίθενται στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι ενώσεις που περιέχουν τετρασθενές ουράνιο είναι συνήθως ασταθείς και μετατρέπονται σε εξασθενείς. Τα άλατα ουρανυλίου όπως το χλωριούχο ουρανύλιο αποσυντίθενται παρουσία έντονου φωτός ή οργανικών ουσιών.

ΟΥΡΑΝΟΣ (το όνομα προς τιμή του πλανήτη Ουρανός που ανακαλύφθηκε λίγο πριν από αυτόν· λατ. ουράνιο * α. ουράνιο· ν. Ουράνιος, στ. ουράνιο· και. ουράνιο), U, είναι ένα ραδιενεργό χημικό στοιχείο της ομάδας III της περιοδικής περιόδου Μεντελέεφ. σύστημα, ατομικός αριθμός 92, ατομική μάζα 238.0289 αναφέρεται σε ακτινίδες. Το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων: 238 U (99,282%, T 1/2 4,468,10 9 έτη), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 έτη), 234 U (0,006%, Τ 1/2 0,244,10 6 έτη). Είναι επίσης γνωστά 11 τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα ουρανίου με αριθμούς μάζας από 227 έως 240.

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

Ιδιότητες του ουρανίου

Στην ελεύθερη κατάσταση, το ουράνιο είναι ένα ανοιχτό γκρι μέταλλο. κάτω από 667,7°C, χαρακτηρίζεται από ρομβικό (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) κρυσταλλικό πλέγμα (α-τροποποίηση), στο εύρος θερμοκρασίας 667,7-774°C - τετραγωνικό (a = τετραγωνικό 1,0759 nm, c = 0,5656 nm, R-τροποποίηση), σε υψηλότερη θερμοκρασία - κυβικό πλέγμα με επίκεντρο το σώμα (a = 0,3538 nm, g-τροποποίηση). Πυκνότητα 18700 kg / m 3, τήξη t 1135 ° C, βρασμός t περίπου 3818 ° C, μοριακή θερμοχωρητικότητα 27,66 J / (mol.K), ηλεκτρική αντίσταση 29,0,10 -4 (Ohm.m), θερμική αγωγιμότητα 22, 5 W/(m.K), συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής 10.7.10 -6 K -1. Η θερμοκρασία μετάβασης του ουρανίου στην υπεραγώγιμη κατάσταση είναι 0,68 Κ. ασθενής παραμαγνήτης, ειδική μαγνητική επιδεκτικότητα 1.72.10 -6 . Οι πυρήνες 235 U και 233 U διασπώνται αυθόρμητα, καθώς και κατά τη σύλληψη αργών και γρήγορων νετρονίων, σχάση 238 U μόνο κατά τη σύλληψη γρήγορων (πάνω από 1 MeV) νετρονίων. Όταν συλλαμβάνονται αργά νετρόνια, τα 238 U μετατρέπονται σε 239 Pu. Η κρίσιμη μάζα ουρανίου (93,5% 235U) σε υδατικά διαλύματα είναι μικρότερη από 1 kg, για μια ανοιχτή μπάλα περίπου 50 kg. για 233 U η κρίσιμη μάζα είναι περίπου το 1/3 της κρίσιμης μάζας των 235 U.

Εκπαίδευση και περιεχόμενο στη φύση

Ο κύριος καταναλωτής ουρανίου είναι η μηχανική πυρηνικής ενέργειας (πυρηνικοί αντιδραστήρες, πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής). Επιπλέον, το ουράνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή πυρηνικών όπλων. Όλα τα άλλα πεδία χρήσης ουρανίου είναι εξαιρετικά δευτερεύουσας σημασίας.

Οι πυρηνικές τεχνολογίες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στη χρήση μεθόδων ραδιοχημείας, οι οποίες με τη σειρά τους βασίζονται στις πυρηνικές-φυσικές, φυσικές, χημικές και τοξικές ιδιότητες των ραδιενεργών στοιχείων.

Σε αυτό το κεφάλαιο, περιοριζόμαστε σε μια σύντομη περιγραφή των ιδιοτήτων των κύριων σχάσιμων ισοτόπων - ουρανίου και πλουτωνίου.

Ουρανός

Ουρανός ( ουράνιο) U - στοιχείο της ομάδας ακτινιδών, 7η-0η περίοδος του περιοδικού συστήματος, Z=92, ατομική μάζα 238,029. το βαρύτερο από αυτά που βρίσκονται στη φύση.

Υπάρχουν 25 γνωστά ισότοπα ουρανίου, τα οποία είναι όλα ραδιενεργά. Το πιο εύκολο 217U (Tj/ 2 = 26 ms), το βαρύτερο 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Υπάρχουν 6 πυρηνικά ισομερή. Υπάρχουν τρία ραδιενεργά ισότοπα στο φυσικό ουράνιο: 2 s 8 και (99,2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 έτη) και 2 34U (0,0056%, Ti/ 2=2,48-swl). Η ειδική ραδιενέργεια του φυσικού ουρανίου είναι 2,48104 Bq, κατανεμημένη σχεδόν στο μισό μεταξύ 2 34 U και 288 U. Το 235U συνεισφέρει μικρή (η ειδική δραστηριότητα του ισοτόπου 233 στο φυσικό ουράνιο είναι 21 φορές μικρότερη από τη δραστηριότητα των 238U). Η διατομή σύλληψης θερμικών νετρονίων είναι 46, 98 και 2,7 barn για 2 zz, 2 35U και 2 3 8 U, αντίστοιχα. διατομή σχάσης 527 και 584 αχυρώνα για 2 zz και 2 s 8 και, αντίστοιχα. φυσικό μείγμα ισοτόπων (0,7% 235U) 4,2 αχυρώνα.

Αυτί. 1. Πυρηνικές-φυσικές ιδιότητες 2 h9 Ri και 2 35C.

Αυτί. 2. Σύλληψη νετρονίων 2 35C και 2 ώρες 8 C.

Έξι ισότοπα ουρανίου είναι ικανά για αυθόρμητη σχάση: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u και 2 s 8 u. Τα φυσικά ισότοπα 233 και 235U διασπώνται υπό τη δράση τόσο των θερμικών όσο και των γρήγορων νετρονίων, ενώ οι πυρήνες 238 και είναι ικανοί να διασπαστούν μόνο όταν δεσμεύονται νετρόνια με ενέργεια μεγαλύτερη από 1,1 MeV. Όταν συλλαμβάνονται νετρόνια με χαμηλότερη ενέργεια, οι πυρήνες 288 U μετατρέπονται πρώτα σε πυρήνες 2 -i9U, οι οποίοι στη συνέχεια υφίστανται p-διάσπαση και πηγαίνουν πρώτα σε 2 - "*9Np και μετά σε 2 39Pu. Αποτελεσματικές διατομές για τη σύλληψη θερμικά νετρόνια 2 34U, 2 πυρήνες 35U και 2 3 8 και είναι ίσα με 98, 683 και 2,7 αχυρώνες, αντίστοιχα. Η πλήρης σχάση 2 35 U οδηγεί σε «ισοδύναμο θερμικής ενέργειας» 2-107 kWh/kg. Το ισότοπο Τα 2 35U και 2 zzy χρησιμοποιούνται ως πυρηνικά καύσιμα, ικανά να υποστηρίξουν την αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης.

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παράγουν n τεχνητά ισότοπα ουρανίου με αριθμούς μάζας 227-240, από τα οποία ο μακροβιότερος είναι 233 U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 χρόνια); λαμβάνεται με ακτινοβολία νετρονίων του θορίου. Ισότοπα ουρανίου με μάζες 239^257 γεννιούνται στις υπερισχυρές ροές νετρονίων μιας θερμοπυρηνικής έκρηξης.

Ουράνιο-232- τεχνογόνο νουκλεΐδιο, α-εκπομπός, T x / 2=68,9 έτη, μητρικά ισότοπα 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) και 23 2 Pa(p), θυγατρικό νουκλίδιο 228 Th. Η ένταση της αυθόρμητης σχάσης είναι 0,47 διαιρέσεις / s kg.

Το ουράνιο-232 σχηματίζεται ως αποτέλεσμα των ακόλουθων διασπάσεων:

P + - διάσπαση του νουκλιδίου * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 λεπτά):

Στην πυρηνική βιομηχανία, το 2 3 2 U παράγεται ως υποπροϊόν στη σύνθεση του σχάσιμου (όπλου βαθμού) νουκλεϊδίου 2 33 στον κύκλο καυσίμου θορίου. Όταν ακτινοβοληθεί με 2 3 2 Th νετρόνια, εμφανίζεται η κύρια αντίδραση:

και πλευρική αντίδραση δύο σταδίων:

Η παραγωγή 232 U από θόριο συμβαίνει μόνο σε γρήγορα νετρόνια (ΜΙ"> 6 MeV). Αν υπάρχει 2 s°Th στην αρχική ουσία, τότε ο σχηματισμός 2 3 2 U συμπληρώνεται από την αντίδραση: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Αυτή η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε θερμικά νετρόνια. Η γενιά 2 3 2 U είναι ανεπιθύμητη για διάφορους λόγους. Καταστέλλεται με τη χρήση θορίου με ελάχιστη συγκέντρωση 23°Th.

Η διάσπαση του 2 από το 2 συμβαίνει στις ακόλουθες κατευθύνσεις:

Μια διάσπαση σε 228 Th (πιθανότητα 100%, ενέργεια διάσπασης 5,414 MeV):

η ενέργεια των εκπεμπόμενων σωματιδίων α είναι 5,263 MeV (στο 31,6% των περιπτώσεων) και 5,320 MeV (στο 68,2% των περιπτώσεων).

• - αυθόρμητη σχάση (πιθανότητα μικρότερη από ~ 12%).
• - αποσύνθεση συστάδας με το σχηματισμό του νουκλιδίου 28 Mg (η πιθανότητα αποσύνθεσης είναι μικρότερη από 5 * 10 "12%):

Αποσύνθεση συστάδων με το σχηματισμό νουκλεϊδίου 2

Το ουράνιο-232 είναι ο πρόγονος μιας μακράς αλυσίδας αποσύνθεσης, η οποία περιλαμβάνει νουκλεΐδια - εκπομπές σκληρών y-quanta:

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

Η συσσώρευση 2 3 2 U είναι αναπόφευκτη στην παραγωγή 2 zzy στον ενεργειακό κύκλο του θορίου. Η έντονη ακτινοβολία y που προκύπτει από τη διάσπαση του 2 3 2 U εμποδίζει την ανάπτυξη της ενέργειας του θορίου. Είναι ασυνήθιστο το άρτιο ισότοπο 2 3 2 11 να έχει διατομή υψηλής σχάσης υπό τη δράση νετρονίων (75 αχυρώνα για θερμικά νετρόνια), καθώς και διατομή υψηλής δέσμευσης νετρονίων - 73 αχυρώνα. Το 2 3 2 U χρησιμοποιείται στη μέθοδο των ραδιενεργών ανιχνευτών σε χημική έρευνα.

2 z 2 και είναι ο πρόγονος μιας μακράς αλυσίδας διάσπασης (σύμφωνα με το σχήμα 2 z 2 Th), η οποία περιλαμβάνει νουκλίδια που εκπέμπουν σκληρά y-κβάντα. Η συσσώρευση 2 3 2 U είναι αναπόφευκτη στην παραγωγή 2 zzy στον ενεργειακό κύκλο του θορίου. Η έντονη γ-ακτινοβολία που προκύπτει από τη διάσπαση των 232 U εμποδίζει την ανάπτυξη της ενέργειας του θορίου. Είναι ασυνήθιστο ότι το άρτιο ισότοπο 2 3 2 U έχει διατομή υψηλής σχάσης υπό τη δράση νετρονίων (75 αχυρώνα για θερμικά νετρόνια), καθώς και διατομή υψηλής δέσμευσης νετρονίων - 73 αχυρώνα. Το 2 3 2 U χρησιμοποιείται συχνά στη μέθοδο των ραδιενεργών ανιχνευτών στη χημική και φυσική έρευνα.

Ουράνιο-233- τεχνολογικό ραδιονουκλίδιο, α-εκπομπός (ενέργειες 4,824 (82,7%) και 4,783 MeV (14,9%), Tvi= 1,585105 έτη, μητρικά νουκλίδια 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), θυγατρικό νουκλίδιο 22 9Θ. Το 2 zzi λαμβάνεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες από θόριο: 2 s 2 Th συλλαμβάνει ένα νετρόνιο και μετατρέπεται σε 2 zz Th, το οποίο διασπάται σε 2 zz Pa και στη συνέχεια σε 2 zz. Οι πυρήνες 2 zzi (περίεργο ισότοπο) είναι ικανοί τόσο για αυθόρμητη σχάση όσο και για σχάση υπό τη δράση νετρονίων οποιασδήποτε ενέργειας, γεγονός που τον καθιστά κατάλληλο για την παραγωγή τόσο ατομικών όπλων όσο και καυσίμου αντιδραστήρα. Η αποτελεσματική διατομή σχάσης είναι 533 barn, η διατομή σύλληψης είναι 52 barn, η απόδοση νετρονίου είναι 2,54 ανά συμβάν σχάσης και 2,31 ανά απορροφημένο νετρόνιο. Η κρίσιμη μάζα των 2 zz είναι τρεις φορές μικρότερη από την κρίσιμη μάζα των 2 35 U (-16 kg). Η ένταση της αυθόρμητης σχάσης είναι 720 περιπτώσεις / s kg.

Το ουράνιο-233 σχηματίζεται ως αποτέλεσμα των ακόλουθων διασπάσεων:

- (3 + -διάσπαση του νουκλιδίου 2 33Np (7^=36,2 λεπτά):

Σε βιομηχανική κλίμακα, 2 zzi λαμβάνονται από 2 32 Th με ακτινοβολία νετρονίων:

Όταν ένα νετρόνιο απορροφάται, ο πυρήνας 234 συνήθως διασπάται, αλλά περιστασιακά συλλαμβάνει ένα νετρόνιο, μετατρέποντας σε 234U. Αν και το 2 zzy, έχοντας απορροφήσει ένα νετρόνιο, συνήθως διασπάται, εντούτοις μερικές φορές σώζει ένα νετρόνιο, μετατρέποντας σε 2 34U. Ο χρόνος λειτουργίας των 2 zz πραγματοποιείται τόσο σε γρήγορους όσο και σε θερμικούς αντιδραστήρες.

Από άποψη όπλου, το 2 zzi είναι συγκρίσιμο με το 2 39 Pu: η ραδιενέργεια του είναι το 1/7 της δραστηριότητας του 2 39 Pu (Ti/ 2 \u003d 159200 l έναντι 24100 l για Pu), η κρίσιμη μάζα των 2 szi είναι 6o% υψηλότερη από αυτή του IgPu (16 kg έναντι 10 kg) και ο ρυθμός αυθόρμητης σχάσης είναι 20 φορές υψηλότερος (b-u - ' έναντι 310 10). Η ροή νετρονίων από 239Pu είναι 3 φορές υψηλότερη από αυτή από 239Pu. Η δημιουργία πυρηνικού φορτίου με βάση 2 sz απαιτεί περισσότερη προσπάθεια από ό,τι στο ^Pu. Το κύριο εμπόδιο είναι η παρουσία της ακαθαρσίας 232U στο 232U, η ακτινοβολία y των προβολών αποσύνθεσης των οποίων δυσκολεύει την εργασία με 2zzi και διευκολύνει τον εντοπισμό έτοιμων όπλων. Επιπλέον, ο σύντομος χρόνος ημιζωής των 2 3 2 U το καθιστά ενεργή πηγή σωματιδίων α. 2 zzi με 1% 232 και έχει 3 φορές ισχυρότερη α-δραστηριότητα από το πλουτώνιο όπλων και, κατά συνέπεια, μεγαλύτερη ραδιοτοξικότητα. Αυτή η α-δραστηριότητα προκαλεί τη γέννηση νετρονίων στα ελαφρά στοιχεία της γόμωσης του όπλου. Για να ελαχιστοποιηθεί αυτό το πρόβλημα, η παρουσία στοιχείων όπως Be, B, F, Li θα πρέπει να είναι ελάχιστη. Η παρουσία υποβάθρου νετρονίων δεν επηρεάζει τη λειτουργία των συστημάτων έκρηξης, αλλά απαιτείται υψηλό επίπεδο καθαρότητας για ελαφρά στοιχεία για τα σχέδια όπλων. Το zgi δεν είναι επιβλαβές, ακόμη και επιθυμητό, ​​επειδή μειώνει την πιθανότητα χρήσης ουρανίου για οπλικούς σκοπούς .Μετά την επεξεργασία του αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου και την επαναχρησιμοποίηση του καυσίμου, η περιεκτικότητα σε 232U φτάνει το 0,1 + 0,2%.

Η διάσπαση των 2 zzy συμβαίνει προς τις ακόλουθες κατευθύνσεις:

A-διάσπαση σε 22 9th (πιθανότητα 100%, ενέργεια διάσπασης 4.909 MeV):

η ενέργεια των εκπεμπόμενων n-σωματιδίων είναι 4,729 MeV (στο 1,61% των περιπτώσεων), 4,784 MeV (στο 13,2% των περιπτώσεων) και 4,824 MeV (στο 84,4% των περιπτώσεων).

• - αυθόρμητη σχάση (πιθανότητα
• - αποσύνθεση συστάδας με το σχηματισμό του νουκλιδίου 28 Mg (η πιθανότητα αποσύνθεσης είναι μικρότερη από 1,3*10 -13%):

Διάσπαση συστάδας με το σχηματισμό του νουκλιδίου 24 Ne (πιθανότητα διάσπασης 7,3-10-“%):

Η αλυσίδα αποσύνθεσης 2 zz ανήκει στη σειρά Neptunium.

Η ειδική ραδιενέργεια είναι 2 zzi 3,57-8 Bq/g, που αντιστοιχεί σε α-δραστικότητα (και ραδιοτοξικότητα) -15% του πλουτωνίου. Μόνο 1% 2 3 2 U αυξάνει τη ραδιενέργεια στα 212 mCi/g.

Ουράνιο-234(Ουρανός II, UII)είναι μέρος φυσικού ουρανίου (0,0055%), 2,445105 ετών, εκπομπός α (ενέργεια σωματιδίων α 4,777 (72%) και

4.723 (28%) MeV), μητρικά ραδιονουκλίδια: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

κόρη ισότοπο σε 2 s"t.

Συνήθως το 234 U βρίσκεται σε ισορροπία με το 2 3 8 u, διασπάται και σχηματίζεται με τον ίδιο ρυθμό. Περίπου το ήμισυ της ραδιενέργειας του φυσικού ουρανίου είναι η συνεισφορά των 234 U. Συνήθως 234U λαμβάνεται με ιοντοανταλλακτική χρωματογραφία παλαιών παρασκευασμάτων καθαρού 238 Pu. Σε μια αποσύνθεση, το *34U προσφέρεται σε 234U, επομένως τα παλιά παρασκευάσματα του 238Pu είναι καλές πηγές 234U. 100 g 2s8Pu περιέχουν 776 mg 234U μετά από ένα χρόνο, μετά από 3 χρόνια

2,2 g 2 34U. Η συγκέντρωση των 2 34 U σε ουράνιο υψηλής εμπλουτισμού είναι αρκετά υψηλή λόγω του προτιμησιακού εμπλουτισμού σε ελαφρά ισότοπα. Δεδομένου ότι το 234u είναι ένας ισχυρός εκπομπός y, υπάρχουν περιορισμοί στη συγκέντρωσή του στο ουράνιο που προορίζεται για επεξεργασία σε καύσιμο. Το αυξημένο επίπεδο του 234i είναι αποδεκτό για τους αντιδραστήρες, αλλά το επανεπεξεργασμένο SNF περιέχει ήδη μη αποδεκτά επίπεδα αυτού του ισοτόπου.

Η διάσπαση των 234u συμβαίνει σύμφωνα με τις ακόλουθες γραμμές:

A-διάσπαση στους 23°T (πιθανότητα 100%, ενέργεια διάσπασης 4,857 MeV):

η ενέργεια των εκπεμπόμενων σωματιδίων α είναι 4,722 MeV (στο 28,4% των περιπτώσεων) και 4,775 MeV (στο 71,4% των περιπτώσεων).

• - αυθόρμητη σχάση (πιθανότητα 1,73-10-9%).
• - αποσύνθεση συστάδας με το σχηματισμό του νουκλεϊδίου 28 Mg (η πιθανότητα αποσύνθεσης είναι 1,4-10 "n%, σύμφωνα με άλλες πηγές 3,9-10-"%):

• - αποσύνθεση συστάδων με σχηματισμό νουκλεϊδίων 2 4Ne και 26 Ne (η πιθανότητα αποσύνθεσης είναι 9-10 ", 2%, σύμφωνα με άλλα δεδομένα 2,3-10 - 11%):

Το μόνο ισομερές 2 34ti είναι γνωστό (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Η διατομή απορρόφησης 2 θερμικών νετρονίων 34U είναι 10 αχυρώνα και για το ολοκλήρωμα συντονισμού που υπολογίζεται κατά μέσο όρο σε διάφορα ενδιάμεσα νετρόνια, 700 barn. Επομένως, στους θερμικούς αντιδραστήρες νετρονίων, μετατρέπεται σε σχάσιμο 235U με ταχύτερο ρυθμό από ό,τι μια πολύ μεγαλύτερη ποσότητα 238U (με διατομή 2,7 barn) μετατρέπεται σε 239Pu. Ως αποτέλεσμα, το SNF περιέχει λιγότερα 234 U από το φρέσκο ​​καύσιμο.

Ουράνιο-235ανήκει στην οικογένεια 4P + 3, είναι ικανό να παράγει αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης. Αυτό είναι το πρώτο ισότοπο στο οποίο ανακαλύφθηκε η αντίδραση της αναγκαστικής σχάσης πυρήνων υπό τη δράση νετρονίων. Απορροφώντας ένα νετρόνιο, το 235U πηγαίνει σε 2 zbi, το οποίο χωρίζεται σε δύο μέρη, απελευθερώνοντας ενέργεια και εκπέμποντας αρκετά νετρόνια. Σχάσιμο από νετρόνια οποιασδήποτε ενέργειας, ικανό για αυθόρμητη σχάση, το ισότοπο 2 35U είναι μέρος του φυσικού ουθανίου (0,72%), του a-εκπομπού (ενέργειες 4.397 (57%) και 4.367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-ο 8 έτη, γονικά νουκλίδια 2 35Pa, 2 35Np και 2 39Pu, κόρη - 23"Θ. Η ένταση της αυθόρμητης σχάσης 2 3su 0,16 διαιρέσεις/s kg. Η σχάση ενός πυρήνα 2 35U απελευθερώνει 200 ​​MeV ενέργειας = 3,2 Yu p J, δηλ. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Η διατομή της σχάσης από τα θερμικά νετρόνια είναι 545 αχυρώνες, και από τα γρήγορα νετρόνια - 1,22 αχυρώνες, η απόδοση νετρονίων: ανά συμβάν σχάσης - 2,5, ανά απορροφημένο νετρόνιο - 2,08.

Σχόλιο. Η διατομή για τη σύλληψη αργών νετρονίων για να σχηματιστεί το ισότοπο 2 zi (100 αχυρώνα), έτσι ώστε το σύνολο εγκάρσια τομήΗ απορρόφηση των αργών νετρονίων είναι 645 αχυρώνα.

• - αυθόρμητη σχάση (πιθανότητα 7*10~9%).
• - αποσύνθεση συστάδων με σχηματισμό νουκλεϊδίων 2 °Ne, 2 5Ne και 28 Mg (οι πιθανότητες είναι αντίστοιχα 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):

Ρύζι. ένας.

Το μόνο γνωστό ισομερές είναι 2 35n»u (7/ 2 = 26 min).

Ειδική δραστηριότητα 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Η κρίσιμη μάζα ουρανίου για όπλα (93,5% 2 35U) για μπάλα με ανακλαστήρα είναι 15-7-23 kg.

Το Fission 2 » 5U χρησιμοποιείται σε ατομικά όπλα, για παραγωγή ενέργειας και για τη σύνθεση σημαντικών ακτινιδών. Η αλυσιδωτή αντίδραση διατηρείται λόγω της περίσσειας των νετρονίων που παράγονται κατά τη διάσπαση των 2 35C.

Ουράνιο-236εμφανίζεται στη Γη στη φύση σε ίχνη (στη Σελήνη είναι περισσότερο), α-εκπομπός (?

Ρύζι. 2. Ραδιενεργή οικογένεια 4/7+2 (συμπεριλαμβανομένων -3 8 και).

Σε έναν ατομικό αντιδραστήρα, το 233 απορροφά ένα θερμικό νετρόνιο, μετά από το οποίο διασπάται με πιθανότητα 82%, και εκπέμπει ένα κβαντικό y με πιθανότητα 18% και μετατρέπεται σε 236 και . Σε μικρές ποσότητες είναι μέρος φρέσκου καυσίμου. συσσωρεύεται όταν το ουράνιο ακτινοβολείται με νετρόνια στον αντιδραστήρα και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται ως «συσκευή σηματοδότησης» του SNF. 2 h b και σχηματίζεται ως παραπροϊόν κατά τον διαχωρισμό των ισοτόπων με αέρια διάχυση κατά την αναγέννηση του χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου. Τα 236 U που παράγονται σε έναν αντιδραστήρα ισχύος είναι ένα δηλητήριο νετρονίων· η παρουσία του στο πυρηνικό καύσιμο αντισταθμίζεται από ένα υψηλό επίπεδο εμπλουτισμού 2 35 U.

2b και χρησιμοποιείται ως ιχνηθέτης ανάμειξης για ωκεάνια νερά.

Uranium-237,Τ&= 6,75 ημέρες, εκπομπός βήτα και γάμμα, μπορούν να ληφθούν με πυρηνικές αντιδράσεις:

Ανίχνευση 287 και πραγματοποιήθηκε κατά μήκος των γραμμών με ευ= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

Το 237U χρησιμοποιείται στη μέθοδο των ραδιενεργών ανιχνευτών στη χημική έρευνα. Η μέτρηση της συγκέντρωσης (2 4°Am) στην πτώση από μια δοκιμή ατομικού όπλου παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τον τύπο γόμωσης και τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται.

Ουράνιο-238- ανήκει στην οικογένεια 4P + 2, σχάσιμο με νετρόνια υψηλής ενέργειας (πάνω από 1,1 MeV), ικανό για αυθόρμητη σχάση, αποτελεί τη βάση του φυσικού ουρανίου (99,27%), α-εκπομπός, 7'; /2=4>468-109 έτη, αποσυντίθεται απευθείας σε 2 34th, σχηματίζει έναν αριθμό γενετικά συγγενών ραδιονουκλεϊδίων και μετά από 18 προϊόντα μετατρέπεται σε 206 Pb. Το καθαρό 2 3 8 U έχει ειδική ραδιενέργεια 1,22-104 Bq. Ο χρόνος ημιζωής είναι πολύ μεγάλος - περίπου 10 16 χρόνια, έτσι ώστε η πιθανότητα σχάσης σε σχέση με την κύρια διαδικασία - την εκπομπή ενός σωματιδίου α - είναι μόνο 10 "7. Ένα κιλό ουρανίου δίνει μόνο 10 αυθόρμητες σχάσεις ανά δεύτερον, και ταυτόχρονα ένα σωματίδιο α εκπέμπει 20 εκατομμύρια πυρήνες Γονικά νουκλίδια: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, κόρη T,/ 2 = 2 :Εγώ 4 ου.

Το ουράνιο-238 σχηματίζεται ως αποτέλεσμα των ακόλουθων διασπάσεων:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Από τα δευτερεύοντα ορυκτά, το ένυδρο ουρανυλοφωσφορικό ασβέστιο Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 είναι κοινό. Συχνά το ουράνιο στα ορυκτά συνοδεύεται από άλλα χρήσιμα στοιχεία - τιτάνιο , ταντάλιο, σπάνιες γαίες. Ως εκ τούτου, είναι φυσικό να αγωνιζόμαστε για τη σύνθετη επεξεργασία μεταλλευμάτων που περιέχουν ουράνιο.

Βασικές φυσικές ιδιότητες του ουρανίου: ατομική μάζα 238,0289 π.μ. (g/mol); ατομική ακτίνα 138 μ.μ. (1 μ.μ. = 12 m). ενέργεια ιονισμού (πρώτο ηλεκτρόνιο 7,11 eV; ηλεκτρονική διαμόρφωση -5f36d‘7s 2; καταστάσεις οξείδωσης 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t 1=3818°; πυκνότητα 19,05; ειδική θερμοχωρητικότητα 0,115 JDKmol); αντοχή σε εφελκυσμό 450 MPa, θερμότητα σύντηξης 12,6 kJ/mol, θερμότητα εξάτμισης 417 kJ/mol, ειδική θερμική ικανότητα 0,115 J/(mol-K); μοριακός όγκος 12,5 cm3/mol; η χαρακτηριστική θερμοκρασία Debye © D = 200K, η θερμοκρασία μετάβασης στην υπεραγώγιμη κατάσταση είναι 0,68K.

Το ουράνιο είναι ένα βαρύ, ασημί-λευκό, γυαλιστερό μέταλλο. Είναι ελαφρώς πιο μαλακό από τον χάλυβα, εύπλαστο, εύκαμπτο, έχει ελαφρές παραμαγνητικές ιδιότητες και είναι πυροφορικό σε κατάσταση σκόνης. Το ουράνιο έχει τρεις αλλοτροπικές μορφές: άλφα (ρομβικές, a-U, παράμετροι πλέγματος 0=285, b= 587, c=49b pm, σταθερό έως 667,7°), βήτα (τετραγωνικό, p-U, σταθερό από 667,7 έως 774,8°), γάμμα (με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, y-U, που υπάρχει από 774,8° έως σημεία τήξης, frm= ii34 0), όπου το ουράνιο είναι πιο εύπλαστο και βολικό για επεξεργασία.

Σε θερμοκρασία δωματίου, η ρομβική α-φάση είναι σταθερή, η πρισματική δομή αποτελείται από κυματιστά ατομικά στρώματα παράλληλα με το επίπεδο αλφάβητο,σε ένα εξαιρετικά ασύμμετρο πρισματικό πλέγμα. Μέσα στα στρώματα, τα άτομα συνδέονται στενά, ενώ η ισχύς των δεσμών μεταξύ των ατόμων των γειτονικών στρωμάτων είναι πολύ πιο αδύναμη (Εικ. 4). Αυτή η ανισότροπη δομή καθιστά δύσκολη τη σύντηξη του ουρανίου με άλλα μέταλλα. Μόνο το μολυβδαίνιο και το νιόβιο δημιουργούν κράματα στερεάς κατάστασης με το ουράνιο. Ωστόσο, το μεταλλικό ουράνιο μπορεί να αλληλεπιδράσει με πολλά κράματα, σχηματίζοντας διαμεταλλικές ενώσεις.

Στο διάστημα 668 ^ 775 ° υπάρχει ένα (3-ουράνιο. Τετραγωνικό πλέγμα τύπου έχει μια πολυεπίπεδη δομή με στρώματα παράλληλα στο επίπεδο αβστις θέσεις 1/4С, 1/2 μεκαι κυψέλη μονάδας 3/4C. Σε θερμοκρασίες άνω των 775°, το γ-ουράνιο σχηματίζεται με ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα. Η προσθήκη μολυβδαινίου καθιστά δυνατή την ύπαρξη της φάσης y σε θερμοκρασία δωματίου. Το μολυβδαίνιο σχηματίζει ένα ευρύ φάσμα στερεών διαλυμάτων με το υ-ουράνιο και σταθεροποιεί τη φάση γ σε θερμοκρασία δωματίου. Το y-ουράνιο είναι πολύ πιο μαλακό και πιο εύπλαστο από το εύθραυστο α- και (3-φάσεις.

Η ακτινοβολία νετρονίων έχει σημαντική επίδραση στις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του ουρανίου, προκαλώντας αύξηση στο μέγεθος του δείγματος, αλλαγή στο σχήμα, καθώς και απότομη επιδείνωση των μηχανικών ιδιοτήτων (ερπυσμός, ευθραυστότητα) των μπλοκ ουρανίου κατά τη διάρκεια της λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα. Η αύξηση του όγκου οφείλεται στη συσσώρευση στο ουράνιο κατά τη σχάση ακαθαρσιών στοιχείων με μικρότερη πυκνότητα (μετάφραση 1% το ουράνιο σε στοιχεία κατακερματισμού αυξάνει τον όγκο κατά 3,4%).

Ρύζι. 4. Μερικές κρυσταλλικές δομές ουρανίου: α - α-ουράνιο, β - π-ουράνιο.

Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι για τη λήψη ουρανίου σε μεταλλική κατάσταση είναι η αναγωγή των φθοριδίων τους με μέταλλα αλκαλίων ή αλκαλικών γαιών ή η ηλεκτρόλυση των τήγματος αλάτων τους. Το ουράνιο μπορεί επίσης να ληφθεί με μεταλλοθερμική αναγωγή από καρβίδια με βολφράμιο ή ταντάλιο.

Η ικανότητα εύκολης δωρεάς ηλεκτρονίων καθορίζει τις αναγωγικές ιδιότητες του ουρανίου και την υψηλή χημική του δράση. Το ουράνιο μπορεί να αλληλεπιδράσει με όλα σχεδόν τα στοιχεία, εκτός από τα ευγενή αέρια, ενώ αποκτά καταστάσεις οξείδωσης +2, +3, +4, +5, +6. Σε λύση, το κύριο σθένος είναι 6+.

Ταχέως οξειδούμενο στον αέρα, το μεταλλικό ουράνιο καλύπτεται με ένα ιριδίζον φιλμ οξειδίου. Λεπτή σκόνη ουρανίου αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα (σε θερμοκρασίες 1504-175°), σχηματίζοντας και;) Ov. Στους 1000°, το ουράνιο ενώνεται με το άζωτο για να σχηματίσει κίτρινο νιτρίδιο ουρανίου. Το νερό είναι ικανό να αντιδρά με το μέταλλο αργά σε χαμηλές θερμοκρασίες και γρήγορα σε υψηλές θερμοκρασίες. Το ουράνιο αντιδρά βίαια με το βραστό νερό και τον ατμό για να απελευθερώσει υδρογόνο, το οποίο σχηματίζει ένα υδρίδιο με το ουράνιο.

Αυτή η αντίδραση είναι πιο έντονη από την καύση του ουρανίου σε οξυγόνο. Αυτή η χημική δραστηριότητα του ουρανίου καθιστά απαραίτητη την προστασία του ουρανίου στους πυρηνικούς αντιδραστήρες από την επαφή με το νερό.

Το ουράνιο διαλύεται σε υδροχλωρικό, νιτρικό και άλλα οξέα, σχηματίζοντας άλατα U(IV), αλλά δεν αλληλεπιδρά με τα αλκάλια. Το ουράνιο εκτοπίζει το υδρογόνο από ανόργανα οξέα και διαλύματα αλάτων μετάλλων όπως ο υδράργυρος, ο άργυρος, ο χαλκός, ο κασσίτερος, η πλατίνα και ο χρυσός. Με δυνατό τίναγμα, τα μεταλλικά σωματίδια του ουρανίου αρχίζουν να λάμπουν.

Χαρακτηριστικά της δομής των κελυφών ηλεκτρονίων του ατόμου ουρανίου (παρουσία ^/-ηλεκτρονίων) και μερικά από τα φυσικά του Χημικές ιδιότητεςχρησιμεύουν ως βάση για την απόδοση ουρανίου σε έναν αριθμό ακτινιδών. Ωστόσο, υπάρχει μια χημική αναλογία μεταξύ του ουρανίου και του Cr, Mo και W. Το ουράνιο είναι εξαιρετικά δραστικό και αντιδρά με όλα τα στοιχεία εκτός από τα ευγενή αέρια. Στη στερεά φάση, παραδείγματα του U(VI) είναι το τριοξείδιο ουρανυλίου U03 και το ουρανυλοχλωρίδιο U02C12. Τετραχλωριούχο ουράνιο UC1 4 και διοξείδιο του ουρανίου U0 2

Παραδείγματα U(IV). Οι ουσίες που περιέχουν U(IV) είναι συνήθως ασταθείς και γίνονται εξασθενείς μετά από παρατεταμένη έκθεση στον αέρα.

Έξι οξείδια είναι εγκατεστημένα στο σύστημα ουρανίου-οξυγόνου: UO, U0 2 , U 4 0 9 και 3 Ov, U0 3 . Χαρακτηρίζονται από μια ευρεία περιοχή ομοιογένειας. Το U0 2 είναι βασικό οξείδιο, ενώ το U0 3 είναι αμφοτερικό. U0 3 - αλληλεπιδρά με το νερό για να σχηματίσει έναν αριθμό ένυδρων, οι σημαντικότεροι από τους οποίους είναι το διουρονικό οξύ H 2 U 2 0 7 και το ουρικό οξύ H 2 1U 4. Με τα αλκάλια, το U0 3 σχηματίζει άλατα αυτών των οξέων - ουρανικών. Όταν το U0 3 διαλύεται σε οξέα, σχηματίζονται άλατα του διπλά φορτισμένου κατιόντος ουρανυλίου U0 2 a+.

Το διοξείδιο του ουρανίου, U0 2, είναι καφέ σε στοιχειομετρική σύνθεση. Καθώς η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο οξείδιο αυξάνεται, το χρώμα αλλάζει από σκούρο καφέ σε μαύρο. Κρυσταλλική δομή τύπου CaF 2, ένα = 0,547 nm; πυκνότητα 10,96 g / cm "* (η υψηλότερη πυκνότητα μεταξύ των οξειδίων του ουρανίου). T , pl \u003d 2875 0, T kn " \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Το διοξείδιο του ουρανίου είναι ένας ημιαγωγός με αγωγιμότητα οπών, ένας ισχυρός παραμαγνήτης. MAC = 0,015 mg/m3. Ας μην διαλυθούμε στο νερό. Σε θερμοκρασία -200° προσθέτει οξυγόνο, φτάνοντας στη σύνθεση U0 2>25.

Το οξείδιο του ουρανίου (IV) μπορεί να ληφθεί με αντιδράσεις:

Το διοξείδιο του ουρανίου εμφανίζει μόνο βασικές ιδιότητες, αντιστοιχεί στο βασικό υδροξείδιο U (OH) 4, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε ενυδατωμένο υδροξείδιο U0 2 H 2 0. Το διοξείδιο του ουρανίου διαλύεται αργά σε ισχυρά μη οξειδωτικά οξέα απουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου για να σχηματίσει W + ιόντα:

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

Είναι διαλυτό σε πυκνά οξέα και ο ρυθμός διάλυσης μπορεί να αυξηθεί σημαντικά με την προσθήκη ιόντων φθορίου.

Όταν διαλύεται σε νιτρικό οξύ, σχηματίζεται το ιόν ουρανυλίου 1U 2 2+:

Triuran octoxide U 3 0s (οξείδιο ουρανίου) - σκόνη, το χρώμα της οποίας ποικίλλει από μαύρο έως σκούρο πράσινο. σε δυνατή σύνθλιψη - λαδοπράσινο χρώμα. Μεγάλοι μαύροι κρύσταλλοι αφήνουν πράσινες πινελιές στην πορσελάνη. Υπάρχουν τρεις γνωστές κρυσταλλικές τροποποιήσεις του U 3 0 h: a-U3 C>8 - ρομβική κρυσταλλική δομή (sp. gr. C222; 0=0,671 nm, 6=1,197 nm, c=0,83 nm; ρε =0,839 nm); p-U 3 0e - ρομβική κρυσταλλική δομή (ομάδα χώρου Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Η αρχή της αποσύνθεσης είναι 100° (πάει στο 110 2), MPC = 0,075 mg / m3.

Το U 3 C>8 μπορεί να ληφθεί με την αντίδραση:

Με φρύξη των U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ή (NH 4) 2 U 2 0 7 στους 750 0 στον αέρα ή σε ατμόσφαιρα οξυγόνου ( p = 150 + 750 mm Hg) λαμβάνουν στοιχειομετρικά καθαρό U 3 08.

Όταν το U 3 0s πυρώνεται σε T > 100°, μειώνεται σε 110 2, ωστόσο, όταν ψύχεται στον αέρα, επιστρέφει σε U 3 0s. Το U 3 0e διαλύεται μόνο σε πυκνά ισχυρά οξέα. Σε υδροχλωρικό και θειικό οξύ, σχηματίζεται ένα μείγμα U(IV) και U(VI) και στο νιτρικό οξύ, σχηματίζεται νιτρικό ουρανύλιο. αραιωμένο θείο και υδροχλωρικό οξύαντιδρούν πολύ ασθενώς με U 3 Os ακόμα και όταν θερμαίνονται, η προσθήκη οξειδωτικών παραγόντων (νιτρικό οξύ, πυρολουσίτης) αυξάνει απότομα τον ρυθμό διάλυσης. Το πυκνό H 2 S0 4 διαλύει το U 3 Os με το σχηματισμό U(S0 4) 2 και U0 2 S0 4 . Το νιτρικό οξύ διαλύει το U 3 Oe με το σχηματισμό νιτρικού ουρανυλίου.

Τριοξείδιο ουρανίου, U0 3 - κρυσταλλική ή άμορφη ουσία φωτεινού κίτρινου χρώματος. Αντιδρά με το νερό. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.

Λαμβάνεται με φρύξη πολυουρανικού αμμωνίου, υπεροξειδίου ουρανίου, οξαλικού ουρανυλίου στους 300-500 ° και εξαένυδρου νιτρικού ουρανυλίου. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται μια πορτοκαλί σκόνη άμορφης δομής με πυκνότητα

6,8 g/cm. Η κρυσταλλική μορφή IO 3 μπορεί να ληφθεί με την οξείδωση του U 3 0 8 σε θερμοκρασίες 450°-750° σε ρεύμα οξυγόνου. Υπάρχουν έξι κρυσταλλικές τροποποιήσεις του U0 3 (a, (3, y > g > ?, n) - το U0 3 είναι υγροσκοπικό και υγρός αέραςμετατρέπεται σε υδροξείδιο ουρανυλίου. Η θέρμανσή του στους 520°-^6oo° δίνει μια ένωση της σύνθεσης 110 2>9, περαιτέρω θέρμανση στους 6oo° καθιστά δυνατή τη λήψη U 3 Os.

Το υδρογόνο, η αμμωνία, ο άνθρακας, τα αλκάλια και τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών μειώνουν το U0 3 σε U0 2 . Περνώντας ένα μείγμα αερίων HF και NH 3, σχηματίζεται UF 4. Στο υψηλότερο σθένος, το ουράνιο εμφανίζει αμφοτερικές ιδιότητες. Κάτω από τη δράση των οξέων U0 3 ή των ένυδρων ενώσεων τους, σχηματίζονται άλατα ουρανυλίου (U0 2 2+), χρωματισμένα κιτρινοπράσινα:

Τα περισσότερα άλατα ουρανυλίου είναι πολύ διαλυτά στο νερό.

Με τα αλκάλια, όταν συντήκεται, το U0 3 σχηματίζει άλατα ουρανικού οξέος - ουρανικά MDKH,:

Με αλκαλικά διαλύματα, το τριοξείδιο του ουρανίου σχηματίζει άλατα πολυουρανικών οξέων - πολυουρανικά dgM 2 0y110 3 pH^O.

Τα άλατα του οξέος ουρανίου είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό.

Οι όξινες ιδιότητες του U(VI) είναι λιγότερο έντονες από τις βασικές.

Το ουράνιο αντιδρά με το φθόριο σε θερμοκρασία δωματίου. Η σταθερότητα των ανώτερων αλογονιδίων μειώνεται από φθοριούχα σε ιωδίδια. Τα φθορίδια UF 3 , U4F17, U2F9 και UF 4 είναι μη πτητικά και το UFe είναι πτητικό. Τα πιο σημαντικά από τα φθοριούχα είναι τα UF 4 και UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart στην πράξη:

Η αντίδραση σε ρευστοποιημένη κλίνη πραγματοποιείται σύμφωνα με την εξίσωση:

Είναι δυνατή η χρήση φθοριωτικών παραγόντων: BrF 3, CC1 3 F (φρέον-11) ή CC1 2 F 2 (φρεόν-12):

Φθοριούχο ουράνιο (1U) UF 4 ("πράσινο αλάτι") - σκόνη από γαλαζοπράσινο έως σμαραγδί χρώμα. G 11L \u003d SW6 °; G έως, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. Η κρυσταλλική δομή είναι μονοκλινική (sp. gp C2/c, 0=1,273 nm, 5=1,075 nm, 0=0,843 nm. d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; πυκνότητα 6,72 g / cm3. Το UF 4 είναι μια σταθερή, ανενεργή, μη πτητική ένωση, ελάχιστα διαλυτή στο νερό. Ο καλύτερος διαλύτης για το UF 4 είναι το ατμίζον υπερχλωρικό οξύ HC10 4. Διαλύεται σε οξειδωτικά οξέα για να σχηματιστεί ένα άλας ουρανυλίου διαλύεται γρήγορα σε θερμό διάλυμα Al(N0 3) 3 ή A1C1 3, καθώς και σε διάλυμα βορικού οξέος οξινισμένου με H 2 S0 4 , HC10 4 ή HC1 ή βορικό οξύ, συμβάλλουν επίσης στην η διάλυση του UF 4. Σχηματίζει έναν αριθμό από αραιά διαλυτά διπλά άλατα με φθοριούχα άλλα μέταλλα (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, κ.λπ.) Το NH 4 UF 5 είναι βιομηχανικής σημασίας.

Το φθόριο U(IV) είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν στο παρασκεύασμα

τόσο UF6 όσο και μέταλλο ουρανίου.

Το UF 4 μπορεί να ληφθεί με αντιδράσεις:

ή με ηλεκτρολυτική αναγωγή του ουρανυλοφθοριδίου.

Εξαφθοριούχο ουράνιο UFe - σε θερμοκρασία δωματίου, κρύσταλλοι ελεφαντόδοντου με υψηλό δείκτη διάθλασης. Πυκνότητα

5,09 g/cm3, η πυκνότητα του υγρού UFe είναι 3,63 g/cm3. Ιπτάμενη σύνδεση. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (υπό πίεση). Η πίεση κορεσμένων ατμών φτάνει στην ατμόσφαιρα στους 560°. Ενθαλπία σχηματισμού AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Η κρυσταλλική δομή είναι ρομβική (σπ. γρ. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=0,5207 nm; ρε 5.060 nm (250). MPC - 0,015 mg / m3. Από τη στερεά κατάσταση, το UF6 μπορεί να εξαχνωθεί από τη στερεά φάση (εξάχνωση) σε αέριο, παρακάμπτοντας την υγρή φάση σε ένα ευρύ φάσμα πιέσεων. Θερμότητα εξάχνωσης στα 50 0 50 kJ/mg. Το μόριο δεν έχει διπολική ροπή, επομένως το UF6 δεν συσχετίζεται. Ατμοί UFr, - ένα ιδανικό αέριο.

Λαμβάνεται από τη δράση του φθορίου στο U των ενώσεων του:

Εκτός από τις αντιδράσεις αέριας φάσης, υπάρχουν και αντιδράσεις υγρής φάσης.

λήψη UF6 χρησιμοποιώντας αλογονοφθορίδια, για παράδειγμα

Υπάρχει τρόπος να ληφθεί UF6 χωρίς τη χρήση φθορίου - με οξείδωση UF 4:

Το UFe δεν αντιδρά με τον ξηρό αέρα, το οξυγόνο, το άζωτο και το CO 2, αλλά κατά την επαφή με το νερό, ακόμη και με ίχνη του, υφίσταται υδρόλυση:

Αλληλεπιδρά με τα περισσότερα μέταλλα, σχηματίζοντας τα φθορίδια τους, γεγονός που περιπλέκει τις μεθόδους αποθήκευσης του. Τα κατάλληλα υλικά δοχείων για εργασία με UF6 είναι: Ni, Monel και Pt όταν θερμαίνονται, Teflon, απολύτως ξηρός χαλαζίας και γυαλί, χαλκός και αλουμίνιο όταν είναι κρύο. Σε θερμοκρασίες 25 yuo 0 σχηματίζει σύνθετες ενώσεις με φθοριούχα αλκαλικά μέταλλα και άργυρο του τύπου 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Διαλύεται καλά σε διάφορα οργανικά υγρά, ανόργανα οξέα και σε όλα τα φθοριούχα αλογόνο. Αδρανή στο στέγνωμα 0 2, N 2, CO 2, C1 2, Br 2. Το UFr χαρακτηρίζεται από αντιδράσεις αναγωγής με τα περισσότερα καθαρά μέταλλα. Με υδρογονάνθρακες και άλλα οργανική ύληΤο UF6 αντιδρά δυναμικά, άρα κλειστά αγγείαμε UFe μπορεί να εκραγεί. Το UF6 στην περιοχή 25 - 100° σχηματίζει σύμπλοκα άλατα με φθοριούχα αλκάλια και άλλα μέταλλα. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην τεχνολογία για την επιλεκτική εξαγωγή UF

Τα υδρίδια ουρανίου UH 2 και UH 3 καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ υδριδίων που μοιάζουν με άλατα και υδριδίων όπως στερεά διαλύματα υδρογόνου σε μέταλλο.

Όταν το ουράνιο αντιδρά με το άζωτο, σχηματίζονται νιτρίδια. ΣΤΟ Σύστημα U-Nτέσσερις φάσεις είναι γνωστές: UN (νιτρίδιο ουρανίου), a-U 2 N 3 (σεσκινιτρίδιο), p-U 2 N 3 και UN If90. Δεν είναι δυνατό να φτάσουμε στη σύνθεση του ΟΗΕ 2 (δινιτρίδη). Αξιόπιστες και καλά ελεγχόμενες είναι οι συνθέσεις μονονιτριδίου ουρανίου UN, οι οποίες γίνονται καλύτερα απευθείας από τα στοιχεία. Τα νιτρίδια ουρανίου είναι ουσίες σε σκόνη, το χρώμα των οποίων ποικίλλει από σκούρο γκρι έως γκρι. μοιάζουν με μέταλλο. Το UN έχει μια κυβική κρυσταλλική δομή με επίκεντρο την όψη, όπως το NaCl (0=4,8892 Α). (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, σταθερό στο κενό έως 1700 0. Λαμβάνεται με αντίδραση U ή U υδρίδιο με N 2 ή NH 3, αποσύνθεση υψηλότερων νιτριδίων U στους 1300 ° ή αναγωγή τους με μεταλλικό ουράνιο. Το U 2 N 3 είναι γνωστό σε δύο πολυμορφικές τροποποιήσεις: το κυβικό a και το εξαγωνικό p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), απελευθερώνει το N 2 στο κενό πάνω από 8oo°. Λαμβάνεται με αναγωγή του UN 2 με υδρογόνο. Το δινιτρίδιο UN 2 συντίθεται με την αντίδραση του U με το N 2 στο υψηλή πίεσηΝ2. Τα νιτρίδια ουρανίου είναι εύκολα διαλυτά σε οξέα και αλκαλικά διαλύματα, αλλά αποσυντίθενται με τηγμένα αλκάλια.

Το νιτρίδιο του ουρανίου λαμβάνεται με υδροθερμική αναγωγή δύο σταδίων του οξειδίου του ουρανίου:

Θέρμανση σε αργό στα 7M450 0 για 10 * 20 ώρες

Είναι δυνατό να ληφθεί νιτρίδιο ουρανίου με σύνθεση κοντά στο δινιτρίδιο, UN 2 , με τη δράση της αμμωνίας σε UF 4 σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση.

Το δινιτρίδιο ουρανίου αποσυντίθεται όταν θερμαίνεται:

Το νιτρίδιο ουρανίου, εμπλουτισμένο σε 235 U, έχει υψηλότερη πυκνότητα σχάσης, θερμική αγωγιμότητα και σημείο τήξης από τα οξείδια του ουρανίου, το παραδοσιακό καύσιμο των σύγχρονων αντιδραστήρων ενέργειας. Έχει επίσης καλή μηχανική και σταθερότητα, ξεπερνώντας το παραδοσιακό καύσιμο. Ως εκ τούτου, αυτή η ένωση θεωρείται ως μια πολλά υποσχόμενη βάση για ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων πυρηνικών καυσίμων (πυρηνικοί αντιδραστήρες IV γενιάς).

Σχόλιο. Ο ΟΗΕ είναι πολύ χρήσιμος για τον εμπλουτισμό στο ‘5Ν, γιατί Το ,4 N τείνει να συλλαμβάνει νετρόνια, δημιουργώντας το ραδιενεργό ισότοπο 14 C με την αντίδραση (n, p).

Το καρβίδιο του ουρανίου UC 2 (α-φάση) είναι μια ανοιχτό γκρι κρυσταλλική ουσία με μεταλλική λάμψη. ΣΤΟ Σύστημα U-C(καρβίδια ουρανίου) υπάρχουν UC 2 (α-φάση), UC 2 (β 2-φάση), U 2 C 3 (φάση e), UC (β 2-φάση) - καρβίδια ουρανίου. Το δικαρβίδιο του ουρανίου UC 2 μπορεί να ληφθεί με τις αντιδράσεις:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Τα καρβίδια ουρανίου χρησιμοποιούνται ως καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες, είναι πολλά υποσχόμενα ως καύσιμο για κινητήρες διαστημικών πυραύλων.

Νιτρικό ουρανύλιο, νιτρικό ουρανύλιο, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Το ρόλο του μετάλλου σε αυτό το άλας παίζει το κατιόν ουρανυλίου 2+. Κίτρινα κρύσταλλα με πρασινωπή λάμψη, εύκολα διαλυτά στο νερό. Το υδατικό διάλυμα είναι όξινο. Διαλυτό σε αιθανόλη, ακετόνη και αιθέρα, αδιάλυτο σε βενζόλιο, τολουόλιο και χλωροφόρμιο. Όταν θερμαίνονται, οι κρύσταλλοι λιώνουν και απελευθερώνουν HN0 3 και H 2 0. Το κρυσταλλικό ένυδρο διαβρώνεται εύκολα στον αέρα. Μια χαρακτηριστική αντίδραση είναι ότι υπό τη δράση της NH 3 σχηματίζεται ένα κίτρινο ίζημα ουρικού αμμωνίου.

Το ουράνιο είναι σε θέση να σχηματίσει μεταλλικές οργανικές ενώσεις. Παραδείγματα είναι τα παράγωγα κυκλοπενταδιενυλίου της σύνθεσης U(C5H5)4 και το αλογονωμένο τους u(C5H5)3G ή u(C5H5)2G2.

Σε υδατικά διαλύματα, το ουράνιο είναι πιο σταθερό στην κατάσταση οξείδωσης U(VI) με τη μορφή του ιόντος ουρανυλίου U0 2 2+. Σε μικρότερο βαθμό, χαρακτηρίζεται από την κατάσταση U(IV), αλλά μπορεί να υπάρχει ακόμη και στη μορφή U(III). Η κατάσταση οξείδωσης U(V) μπορεί να υπάρχει ως το ιόν IO 2 +, αλλά αυτή η κατάσταση παρατηρείται σπάνια λόγω της τάσης για δυσαναλογία και υδρόλυση.

Σε ουδέτερα και όξινα διαλύματα, το U(VI) υπάρχει ως U0 2 2+ - ένα κίτρινο ιόν ουρανυλίου. Τα καλά διαλυτά άλατα ουρανυλίου περιλαμβάνουν νιτρικό U0 2 (N0 3) 2, θειικό U0 2 S0 4, χλωρίδιο U0 2 C1 2, φθόριο U0 2 F 2, οξικό U0 2 (CH 3 C00) 2. Αυτά τα άλατα απομονώνονται από διαλύματα με τη μορφή κρυσταλλικών υδριτών με διαφορετικούς αριθμούς μορίων νερού. Ελαφρώς διαλυτά άλατα ουρανυλίου είναι: οξαλικό U0 2 C 2 0 4, φωσφορικά άλατα U0 2 HP0. και UO2P2O4, φωσφορικό ουρανύλιο αμμώνιο UO2NH4PO4, βαναδικό ουρανύλιο νάτριο NaU0 2 V0 4, σιδηροκυανιούχο άλας (2U). Το ιόν ουρανυλίου χαρακτηρίζεται από την τάση να σχηματίζει σύνθετες ενώσεις. Έτσι είναι γνωστά σύμπλοκα με ιόντα φθορίου του τύπου -, 4-. σύμπλοκα νιτρικών « και 2 *; θειικά σύμπλοκα 2 "και 4-, ανθρακικά σύμπλοκα 4" και 2", κ.λπ. Υπό τη δράση των αλκαλίων σε διαλύματα αλάτων ουρανυλίου, απελευθερώνονται ελάχιστα διαλυτά ιζήματα διουρανικών του τύπου Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U0 4 Τα μονοουρανικά δεν απομονώνονται από διαλύματα, λαμβάνονται με σύντηξη οξειδίων ουρανίου με αλκάλια) Είναι γνωστά τα πολυουρανικά Me 2 U n 0 3 n+i (για παράδειγμα, Na 2 U60i 9).

Η U(VI) ανάγεται σε όξινα διαλύματα σε U(IV) από σίδηρο, ψευδάργυρο, αλουμίνιο, υδροθειώδες νάτριο και αμάλγαμα νατρίου. Τα διαλύματα έχουν πράσινο χρώμα. Υδροξείδιο ιζήματος αλκαλίων και 0 2 (0Η) 2 από αυτά, υδροφθορικό οξύ - φθόριο UF 4 -2,5H 2 0, οξαλικό οξύ - οξαλικό U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Η τάση σχηματισμού συμπλόκου στο U 4+ ιόντα μικρότερα από αυτά των ιόντων ουρανίου.

Το ουράνιο (IV) σε διάλυμα έχει τη μορφή ιόντων U 4+, τα οποία υδρολύονται σε μεγάλο βαθμό και ενυδατώνονται:

Η υδρόλυση αναστέλλεται σε όξινα διαλύματα.

Το ουράνιο (VI) σε μορφές διαλύματος ουρανυλοοξοκένωση - U0 2 2+ Είναι γνωστές πολυάριθμες ενώσεις ουρανυλίου, παραδείγματα των οποίων είναι: 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 κ.λπ.

Κατά την υδρόλυση του ιόντος ουρανυλίου, σχηματίζεται ένας αριθμός πολυπυρηνικών συμπλεγμάτων:

Με περαιτέρω υδρόλυση, εμφανίζεται U 3 0s (0H) 2 και στη συνέχεια U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Για την ποιοτική ανίχνευση του ουρανίου χρησιμοποιούνται μέθοδοι χημικών, φωταυγών, ραδιομετρικών και φασματικών αναλύσεων. Οι χημικές μέθοδοι βασίζονται κυρίως στον σχηματισμό έγχρωμων ενώσεων (για παράδειγμα, κόκκινο-καφέ χρώμα της ένωσης με σιδηροκυανιούχο, κίτρινο με υπεροξείδιο του υδρογόνου, μπλε με αντιδραστήριο αρσενάζο). Η μέθοδος φωταύγειας βασίζεται στην ικανότητα πολλών ενώσεων ουρανίου να δίνουν μια κιτρινωπό-πράσινη λάμψη υπό τη δράση των ακτίνων UV.

Ο ποσοτικός προσδιορισμός του ουρανίου πραγματοποιείται με διάφορες μεθόδους. Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι: ογκομετρικές μέθοδοι, που συνίστανται στην αναγωγή της U(VI) σε U(IV) ακολουθούμενη από τιτλοδότηση με διαλύματα οξειδωτικών παραγόντων. μέθοδοι βάρους - καθίζηση ουρανικών αλάτων, υπεροξειδίου, U(IV) kupferranates, oxyquinolate, oxalate κ.λπ. ακολουθούμενη από φρύξη τους στους 100° και βάρος U 3 0s. Οι πολογραφικές μέθοδοι σε διάλυμα νιτρικού καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό 10 x 7 x 10-9 g ουρανίου. πολυάριθμες χρωματομετρικές μέθοδοι (για παράδειγμα, με Η 2 0 2 σε αλκαλικό μέσο, ​​με το αντιδραστήριο αρσεναζό παρουσία EDTA, με διβενζοϋλομεθάνιο, με τη μορφή θειοκυανικού συμπλόκου, κ.λπ.). μέθοδος φωταύγειας, η οποία καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του πότε συντήκεται με NaF σε yu 11 g ουρανίου.

Το 235U ανήκει στην ομάδα Α κινδύνου ακτινοβολίας, η ελάχιστη σημαντική δραστηριότητα MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 και - στην ομάδα D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Υπό κανονικές συνθήκες, το ραδιενεργό στοιχείο ουράνιο είναι ένα μέταλλο με μεγάλη ατομική (μοριακή) μάζα - 238,02891 g / mol. Σύμφωνα με αυτόν τον δείκτη, κατατάσσεται δεύτερος, γιατί. μόνο το πλουτώνιο είναι βαρύτερο από αυτό. Η απόκτηση ουρανίου συνδέεται με τη διαδοχική εφαρμογή μιας σειράς τεχνολογικών εργασιών:

• συγκέντρωση πετρωμάτων, σύνθλιψη και καθίζηση βαρέων κλασμάτων στο νερό
• έκπλυση συμπυκνώματος ή εκκένωση οξυγόνου
• μεταφορά ουρανίου σε στερεή κατάσταση (οξείδιο ή τετραφθορίδιο UF 4)
• λήψη νιτρικού ουρανυλίου UO 2 (NO 3) 2 με διάλυση πρώτων υλών σε νιτρικό οξύ
• κρυστάλλωση και πύρωση για να ληφθεί οξείδιο UO 3
• αναγωγή με υδρογόνο για να ληφθεί UO 2
• λήψη τετραφθοριούχου UF 4 με προσθήκη αερίου υδροφθορίου
• αναγωγή του μετάλλου ουρανίου με μαγνήσιο ή ασβέστιο

ορυκτά ουρανίου

Τα πιο κοινά ορυκτά U είναι:

• Nasturan (ουρανινίτης) - το πιο διάσημο οξείδιο, το οποίο ονομάζεται "βαρύ νερό"
• Καρνοτίτης
• Tuyamunit
• Θορμπερνίτης
• Σαμαρσκίτ
• βρανερίτης
• Καζολίτης
• συκοφαντία

Παραγωγή ουρανίου

Σύμφωνα με τη ρωσική εταιρεία Rosatom, έναν από τους παγκόσμιους ηγέτες στην παγκόσμια αγορά ουρανίου, πάνω από 3.000 τόνοι ουρανίου εξορύχθηκαν στον πλανήτη το 2014. Ταυτόχρονα, σύμφωνα με εκπροσώπους του τμήματος εξόρυξης αυτής της κρατικής εταιρείας, ο όγκος των ρωσικών αποθεμάτων αυτού του μετάλλου είναι 727,2 χιλιάδες τόνοι (3η θέση στον κόσμο), γεγονός που εγγυάται την αδιάλειπτη παροχή των απαραίτητων πρώτων υλών για πολλές δεκαετίες .

Οι κύριες χημικές ιδιότητες του ουρανίου παρουσιάζονται στον πίνακα:

Το στοιχείο U, όπως το κούριο και το πλουτώνιο, είναι τεχνητό στοιχείο της οικογένειας των ακτινιδών. Οι χημικές του ιδιότητες είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με εκείνες του βολφραμίου, του μολυβδαινίου και του χρωμίου. Το ουράνιο χαρακτηρίζεται από μεταβλητό σθένος, καθώς και από τάση σχηματισμού (UO 2) + 2 - ουρανύλιο, το οποίο είναι ένα σύνθετο ιόν.

Μέθοδοι εμπλουτισμού ουρανίου

Όπως γνωρίζετε, το φυσικό U περιέχει 3 ισότοπα:

• 238U (99,2745%)
• 235U (0,72%)
• 234U (0,0055%)

Ο εμπλουτισμός ουρανίου νοείται ως αύξηση της αναλογίας του ισοτόπου 235U στο μέταλλο - το μόνο που είναι ικανό για μια ανεξάρτητη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση.

Για να κατανοήσουμε πώς εμπλουτίζεται το ουράνιο, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο βαθμός εμπλουτισμού του:

• περιεχόμενο 0,72% - μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ορισμένους αντιδραστήρες ισχύος
• 2-5% - χρησιμοποιείται στους περισσότερους αντιδραστήρες ισχύος
• έως 20% (χαμηλού εμπλουτισμού) - για πειραματικούς αντιδραστήρες
• περισσότερο από 20% (υψηλού εμπλουτισμού ή οπλικής ποιότητας) - πυρηνικοί αντιδραστήρες, όπλα.

Πώς γίνεται ο εμπλουτισμός του ουρανίου; Υπάρχουν πολλές μέθοδοι εμπλουτισμού ουρανίου, αλλά οι ακόλουθες είναι οι πιο εφαρμόσιμες:

• ηλεκτρομαγνητική - επιτάχυνση στοιχειωδών σωματιδίων σε ειδικό επιταχυντή και συστροφή τους σε μαγνητικό πεδίο
• αεροδυναμική - εμφύσηση αερίου ουρανίου μέσω ειδικών ακροφυσίων
• φυγοκέντρηση αερίου - το αέριο ουράνιο στη φυγόκεντρο κινείται και με αδράνεια ωθεί βαριά μόρια στα τοιχώματα της φυγόκεντρου
• μέθοδος διάχυσης αερίου εμπλουτισμού ουρανίου - "κοσκίνισμα" ελαφρών ισοτόπων ουρανίου μέσω μικρών πόρων ειδικών μεμβρανών

Το κύριο πεδίο εφαρμογής του ουρανίου είναι καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες, αντιδραστήρες πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, πυρηνικά σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, το ισότοπο 235U χρησιμοποιείται σε πυρηνικά όπλα, ενώ το μη εμπλουτισμένο μέταλλο με υψηλή αναλογία 238U καθιστά δυνατή την απόκτηση δευτερογενούς πυρηνικού καυσίμου - πλουτωνίου.