Ang Uranus ay isa sa mga mabibigat na elemento ng metal sa periodic table. Ang uranium ay malawakang ginagamit sa enerhiya at industriya ng militar. Sa periodic table, makikita ito sa numero 92 at tinutukoy ng Latin na letrang U na may mass number na 238.
Paano Natuklasan ang Uranus
Sa pangkalahatan, tulad elemento ng kemikal bilang uranium ay kilala sa napakatagal na panahon. Ito ay kilala na bago pa man ang ating panahon, ang natural na uranium oxide ay ginamit upang gumawa ng dilaw na glaze para sa mga keramika. Ang pagkatuklas ng elementong ito ay maaaring isaalang-alang noong 1789, nang ang isang German chemist na nagngangalang Martin Heinrich Klaproth ay nakabawi ng isang itim na materyal na tulad ng metal mula sa ore. Nagpasya si Martin na tawagan ang materyal na ito na Uranus upang suportahan ang pangalan ng bagong natuklasang planeta ng parehong pangalan (natuklasan ang planetang Uranus sa parehong taon). Noong 1840, ipinahayag na ang materyal na ito, na natuklasan ni Klaproth, ay naging uranium oxide, sa kabila ng katangian ng metal na kinang. Si Eugene Melchior Peligot ay nag-synthesize ng atomic na Uranium mula sa oxide at natukoy ang atomic weight nito na 120 AU, at noong 1874 Dinoble ni Mendeleev ang halagang ito, inilagay ito sa pinakamalayong cell ng kanyang table. Pagkalipas lamang ng 12 taon, ang desisyon ni Mendeleev na doblehin ang masa ay nakumpirma ng mga eksperimento ng German chemist na si Zimmermann.
Saan at paano mina ang uranium
Ang uranium ay isang medyo karaniwang elemento, ngunit karaniwan ito sa anyo ng uranium ore. Para maintindihan mo, ang nilalaman nito sa crust ng lupa ay 0.00027% ng kabuuang masa ng Earth. Ang uranium ore ay karaniwang matatagpuan sa mga acidic na mineral na bato na may mataas na nilalaman ng silikon. Ang mga pangunahing uri ng uranium ores ay pitchblende, carnotite, casolite at samarskite. Ang pinakamalaking reserba ng uranium ores, na isinasaalang-alang ang mga deposito ng reserba, ay ang mga bansang tulad ng Australia, Russia at Kazakhstan, at sa lahat ng ito, ang Kazakhstan ay sumasakop sa isang nangungunang posisyon. Ang pagmimina ng uranium ay isang napaka-komplikado at mahal na pamamaraan. Hindi lahat ng bansa ay kayang magmina at mag-synthesize ng purong uranium. Ang teknolohiya ng produksyon ay ang mga sumusunod: mineral o mineral ay minahan sa mga minahan, maihahambing sa ginto o mahalagang bato. Ang mga nakuhang bato ay dinudurog at hinahalo sa tubig upang paghiwalayin ang alikabok ng uranium mula sa iba. Ang alikabok ng uranium ay napakabigat at samakatuwid ito ay namuo nang mas mabilis kaysa sa iba. Ang susunod na hakbang ay ang paglilinis ng alikabok ng uranium mula sa iba pang mga bato sa pamamagitan ng acid o alkaline leaching. Ang pamamaraan ay mukhang ganito: ang pinaghalong uranium ay pinainit sa 150 ° C at ang purong oxygen ay ibinibigay sa ilalim ng presyon. Bilang isang resulta, ang sulfuric acid ay nabuo, na naglilinis ng uranium mula sa iba pang mga impurities. Buweno, sa huling yugto, ang mga purong uranium na particle ay napili. Bilang karagdagan sa alikabok ng uranium, mayroong iba pang mga kapaki-pakinabang na mineral.
Ang panganib ng radioactive radiation mula sa uranium
Alam na alam ng lahat ang konsepto tulad ng radioactive radiation at ang katotohanang nagdudulot ito ng hindi na mapananauli na pinsala sa kalusugan, na humahantong sa kamatayan. Ang uranium ay isa lamang sa mga elementong ito, na, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ay maaaring maglabas ng radioactive radiation. Sa libreng anyo, depende sa pagkakaiba-iba nito, maaari itong maglabas ng mga alpha at beta ray. Ang mga sinag ng Alpha ay hindi nagdudulot ng malaking panganib sa mga tao kung ang radiation ay panlabas, dahil ang radiation na ito ay may mababang lakas ng pagtagos, ngunit kapag ito ay pumasok sa katawan, nagdudulot sila ng hindi na mapananauli na pinsala. Kahit na ang isang sheet ng pagsulat na papel ay sapat na upang maglaman ng mga panlabas na alpha ray. Sa beta radiation, ang mga bagay ay mas seryoso, ngunit hindi gaanong. Ang tumagos na kapangyarihan ng beta radiation ay mas mataas kaysa sa alpha radiation, ngunit ang 3-5 mm ng tissue ay kinakailangan upang maglaman ng beta radiation. Paano mo sasabihin? Ang uranium ay isang radioactive na elemento na ginagamit sa mga sandatang nuklear! Tama, ginagamit ito sa mga sandatang nuklear, na nagdudulot ng matinding pinsala sa lahat ng may buhay. Kapag ang isang nuclear warhead ay pinasabog, ang pangunahing pinsala sa mga buhay na organismo ay sanhi ng gamma radiation at isang neutron flux. Ang mga uri ng radiation ay nabuo bilang isang resulta ng isang thermonuclear reaksyon sa panahon ng pagsabog ng isang warhead, na nag-aalis ng mga particle ng uranium mula sa isang matatag na estado at sumisira sa lahat ng buhay sa mundo.
Mga uri ng uranium
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang uranium ay may ilang mga varieties. Ang mga pagkakaiba-iba ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga isotopes, upang maunawaan mo ang mga isotopes ay nagpapahiwatig ng parehong mga elemento, ngunit may magkakaibang mga numero ng masa.
Kaya mayroong dalawang uri:
- Natural;
- Artipisyal;
Tulad ng maaaring nahulaan mo, natural ang mina mula sa lupa, at ang mga artipisyal na tao ay gumagawa sa kanilang sarili. Ang mga natural ay kinabibilangan ng uranium isotopes na may mass number na 238, 235 at 234. Bukod dito, ang U-234 ay isang anak ng U-238, iyon ay, ang una ay nakuha mula sa pagkabulok ng pangalawa sa natural na kondisyon. Ang pangalawang pangkat ng mga isotopes, na nilikhang artipisyal, ay may mga numero ng masa mula 217 hanggang 242. Ang bawat isa sa mga isotopes ay may iba't ibang katangian at nailalarawan sa pamamagitan ng magkakaibang pag-uugali sa ilalim ng ilang mga kundisyon. Depende sa mga pangangailangan, sinusubukan ng mga nuclear scientist na makahanap ng lahat ng uri ng solusyon sa mga problema, dahil ang bawat isotope ay may iba't ibang halaga ng enerhiya.
Mga kalahating buhay
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang bawat isa sa mga isotopes ng uranium ay may iba't ibang halaga ng enerhiya at iba't ibang mga katangian, ang isa ay kalahating buhay. Upang maunawaan kung ano ito, kailangan mong magsimula sa isang kahulugan. Ang kalahating buhay ay ang oras na kinakailangan para sa bilang ng mga radioactive atoms na bumaba ng kalahati. Ang kalahating buhay ay nakakaapekto sa maraming mga kadahilanan, halimbawa, ang halaga ng enerhiya nito o kumpletong paglilinis. Kung kukunin natin ang huli bilang isang halimbawa, maaari nating kalkulahin kung anong tagal ng panahon ang isang kumpletong paglilinis mula sa radioactive na kontaminasyon ng lupa ay magaganap. Mga kalahating buhay ng uranium isotopes:
Tulad ng makikita mula sa talahanayan, ang kalahating buhay ng isotopes ay nag-iiba mula sa minuto hanggang daan-daang milyong taon. Ang bawat isa sa kanila ay nahahanap ang aplikasyon nito sa iba't ibang larangan ng buhay ng tao.
Ang paggamit ng uranium ay napakalawak sa maraming mga lugar ng aktibidad, ngunit ito ay ang pinakamalaking halaga sa enerhiya at militar spheres. Ang pinakamalaking interes ay ang U-235 isotope. Ang bentahe nito ay na ito ay nakapag-iisa na sumusuporta sa isang nuclear chain reaction, na malawakang ginagamit sa militar para sa paggawa ng mga sandatang nuklear at bilang gasolina sa mga nuclear reactor. Bilang karagdagan, ang uranium ay malawakang ginagamit sa heolohiya upang matukoy ang edad ng mga mineral at bato, pati na rin upang matukoy ang kurso ng mga prosesong geological. Sa industriya ng sasakyan at sasakyang panghimpapawid, ang naubos na uranium ay ginagamit bilang isang elemento ng counterweight at centering. Gayundin, ang paggamit ay natagpuan sa pagpipinta, at mas partikular bilang isang pintura sa porselana at para sa paggawa ng mga ceramic glaze at enamel. isa pa kawili-wiling punto maaari nating isaalang-alang ang paggamit ng naubos na uranium para sa proteksyon laban sa radioactive radiation, na parang kakaiba.
Ang uranium (U) ay isang elemento na may atomic number 92 at atomic weight 238.029. Ito ay isang radioactive chemical element ng III group ng periodic system ng Dmitry Ivanovich Mendeleev, na kabilang sa pamilya ng actinides. Ang uranium ay isang napakabigat (2.5 beses na mas mabigat kaysa sa bakal, higit sa 1.5 beses na mas mabigat kaysa sa tingga), kulay-pilak-puting makintab na metal. Sa dalisay nitong anyo, ito ay bahagyang mas malambot kaysa sa bakal, malleable, flexible, at may bahagyang paramagnetic na katangian.
Ang natural na uranium ay binubuo ng pinaghalong tatlong isotopes: 238U (99.274%) na may kalahating buhay na 4.51∙109 taon; 235U (0.702%) na may kalahating buhay na 7.13∙108 taon; 234U (0.006%) na may kalahating buhay na 2.48∙105 taon. Ang huling isotope ay hindi pangunahin, ngunit radiogenic; ito ay bahagi ng 238U radioactive series. Ang uranium isotopes 238U at 235U ay ang mga ninuno ng dalawang radioactive series. Ang mga huling elemento ng seryeng ito ay ang lead isotopes 206Pb at 207Pb.
Sa kasalukuyan, kilala ang 23 artificial radioactive isotopes ng uranium na may mass number mula 217 hanggang 242. Kabilang sa mga ito, 233U na may kalahating buhay na 1.62∙105 taon ay ang "long-liver". Ito ay nakuha bilang isang resulta ng neutron irradiation ng thorium, na may kakayahang fission sa ilalim ng impluwensya ng thermal neutrons.
Ang uranium ay natuklasan noong 1789 ng German chemist na si Martin Heinrich Klaproth bilang resulta ng kanyang mga eksperimento sa mineral pitchblende. Ang pangalan ng bagong elemento ay bilang parangal sa kamakailang natuklasan (1781) na planetang Uranus ni William Herschel. Para sa susunod na kalahating siglo, ang sangkap na nakuha ni Klaproth ay itinuturing na isang metal, ngunit noong 1841 ito ay pinabulaanan ng Pranses na chemist na si Eugene Melchior Peligot, na pinatunayan ang likas na oksido ng uranium (UO2) na nakuha ng German chemist. Si Peligo mismo ay nakakuha ng metallic uranium sa pamamagitan ng pagbabawas ng UCl4 na may metallic potassium, pati na rin upang matukoy ang atomic weight ng bagong elemento. Ang susunod sa pag-unlad ng kaalaman tungkol sa uranium at sa mga katangian nito ay si D. I. Mendeleev - noong 1874, batay sa teorya na kanyang binuo tungkol sa periodization ng mga elemento ng kemikal, inilagay niya ang uranium sa pinakamalayong cell ng kanyang talahanayan. Ang atomic na timbang ng uranium (120) na dating tinukoy ni Peligo ay nadoble ng Russian chemist; ang kawastuhan ng naturang mga pagpapalagay ay nakumpirma pagkalipas ng labindalawang taon ng mga eksperimento ng German chemist na si Zimmermann.
Sa loob ng maraming dekada, ang uranium ay interesado lamang sa isang makitid na bilog ng mga chemist at natural na siyentipiko, ang paggamit nito ay limitado rin - ang paggawa ng salamin at mga pintura. Sa pagkatuklas lamang ng radyaktibidad ng metal na ito (noong 1896 ni Henri Becquerel) ginawa ang industriyal na pagproseso uranium ores mula noong 1898. Nang maglaon (1939) ang kababalaghan ng nuclear fission ay natuklasan, at mula noong 1942 ang uranium ay naging pangunahing nuclear fuel.
Ang pinakamahalagang pag-aari ng uranium ay ang nuclei ng ilan sa mga isotopes nito ay may kakayahang mag-fission sa pagkuha ng mga neutron, bilang isang resulta ng naturang proseso ay isang malaking halaga ng enerhiya ang pinakawalan. Ang pag-aari na ito ng elemento No. 92 ay ginagamit sa mga nuclear reactor na nagsisilbing mga mapagkukunan ng enerhiya, at sumasailalim din sa pagkilos ng atomic bomb. Ang uranium ay ginagamit sa heolohiya upang matukoy ang edad ng mga mineral at bato upang matukoy ang pagkakasunud-sunod ng mga prosesong heolohikal (geochronology). Dahil sa ang katunayan na ang mga bato ay naglalaman ng iba't ibang mga konsentrasyon ng uranium, mayroon silang iba't ibang radioactivity. Ang ari-arian na ito ay ginagamit sa pagpili ng mga bato sa pamamagitan ng geophysical na pamamaraan. Ang pamamaraang ito ay pinaka-malawak na ginagamit sa petrolyo geology para sa well logging. Ang mga compound ng uranium ay ginamit bilang mga pintura para sa pagpipinta sa porselana at para sa mga ceramic glaze at enamel (kulay sa mga kulay: dilaw, kayumanggi, berde at itim, depende sa antas ng oksihenasyon), halimbawa, ang sodium uranate Na2U2O7 ay ginamit bilang isang dilaw na pigment sa pagpipinta.
Mga katangian ng biyolohikal
Ang uranium ay isang medyo pangkaraniwang elemento sa biological na kapaligiran; ang ilang mga uri ng fungi at algae ay itinuturing na mga concentrator ng metal na ito, na kasama sa kadena ng biological cycle ng uranium sa kalikasan ayon sa pamamaraan: tubig - mga halaman sa tubig - isda - tao. Kaya, sa pagkain at tubig, ang uranium ay pumapasok sa katawan ng mga tao at hayop, at mas tiyak, sa gastrointestinal tract, kung saan humigit-kumulang isang porsyento ng mga papasok na madaling natutunaw na mga compound at hindi hihigit sa 0.1% ng mga matipid na natutunaw na mga compound ay nasisipsip. Sa respiratory tract at baga, pati na rin sa mauhog lamad at balat, ang elementong ito ay pumapasok sa hangin. Sa respiratory tract, at lalo na sa mga baga, ang pagsipsip ay mas matindi: ang madaling natutunaw na mga compound ay nasisipsip ng 50%, at bahagyang natutunaw ng 20%. Kaya, ang uranium ay matatagpuan sa maliliit na halaga (10-5 - 10-8%) sa mga tisyu ng mga hayop at tao. Sa mga halaman (sa tuyong nalalabi), ang konsentrasyon ng uranium ay nakasalalay sa nilalaman nito sa lupa, kaya sa isang konsentrasyon ng lupa na 10-4%, ang halaman ay naglalaman ng 1.5∙10-5% o mas kaunti. Ang pamamahagi ng uranium sa mga tisyu at organo ay hindi pantay, ang mga pangunahing lugar ng akumulasyon ay ang mga tisyu ng buto (skeleton), atay, pali, bato, pati na rin ang mga baga at broncho-pulmonary lymph node (kapag ang mga matipid na natutunaw na compound ay pumapasok sa mga baga). Ang uranium (carbonates at complexes na may mga protina) ay mabilis na inalis mula sa dugo. Sa karaniwan, ang nilalaman ng ika-92 elemento sa mga organo at tisyu ng mga hayop at tao ay 10-7%. Halimbawa, ang dugo ng mga baka ay naglalaman ng 1∙10-8 g/ml ng uranium, habang ang dugo ng tao ay naglalaman ng 4∙10-10 g/g. Ang atay ng baka ay naglalaman ng 8∙10-8 g/g, sa mga tao sa parehong organ 6∙10-9 g/g; ang pali ng mga baka ay naglalaman ng 9∙10-8 g/g, sa mga tao - 4.7∙10-7 g/g. Sa mga tisyu ng kalamnan ng mga baka, nag-iipon ito ng hanggang 4∙10-11 g/g. Bilang karagdagan, sa katawan ng tao, ang uranium ay nakapaloob sa mga baga sa hanay na 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; sa bato 5.3∙10-9 g/g (cortical layer) at 1.3∙10-8 g/g (medulla); sa tissue ng buto 1∙10-9 g/g; sa bone marrow 1∙10-8 g/g; sa buhok 1.3∙10-7 g/g. Ang uranium sa mga buto ay nagdudulot ng patuloy na pag-iilaw ng tissue ng buto (ang panahon ng kumpletong pag-alis ng uranium mula sa balangkas ay 600 araw). Hindi bababa sa lahat ng metal na ito sa utak at puso (mga 10-10 g / g). Tulad ng nabanggit kanina, ang mga pangunahing paraan kung saan ang uranium ay pumapasok sa katawan ay tubig, pagkain at hangin. Ang pang-araw-araw na dosis ng metal na pumapasok sa katawan na may pagkain at likido ay 1.9∙10-6 g, na may hangin - 7∙10-9 g. Gayunpaman, araw-araw ang uranium ay pinalabas mula sa katawan: na may ihi mula 0.5∙10-7 g hanggang sa 5∙10-7 g; na may mga dumi mula 1.4∙10-6 g hanggang 1.8∙10-6 g. Pagkalugi sa buhok, kuko at dead skin flakes - 2∙10-8 g.
Iminumungkahi ng mga siyentipiko na ang uranium sa kakaunting halaga ay kailangan para sa normal na paggana ng katawan ng tao, hayop at halaman. Gayunpaman, ang papel nito sa pisyolohiya ay hindi pa naipaliwanag. Ito ay itinatag na ang average na nilalaman ng ika-92 elemento sa katawan ng tao ay tungkol sa 9∙10-5 g ( Pandaigdigang Komisyon para sa proteksyon ng radiation). Totoo, medyo nag-iiba ang figure na ito para sa iba't ibang rehiyon at teritoryo.
Sa kabila ng hindi pa alam ngunit tiyak na biyolohikal na papel nito sa mga buhay na organismo, ang uranium ay nananatiling isa sa mga pinaka-mapanganib na elemento. Una sa lahat, ito ay ipinahayag sa nakakalason na epekto ng metal na ito, na dahil sa mga katangian ng kemikal nito, lalo na, ang solubility ng mga compound. Kaya, halimbawa, ang mga natutunaw na compound (uranyl at iba pa) ay mas nakakalason. Kadalasan, ang pagkalason sa uranium at mga compound nito ay nangyayari sa mga halamang nagpapayaman, mga negosyo para sa pagkuha at pagproseso ng mga hilaw na materyales ng uranium, at iba pang mga pasilidad ng produksyon kung saan ang uranium ay kasangkot sa mga teknolohikal na proseso.
Ang pagtagos sa katawan, ang uranium ay ganap na nakakaapekto sa lahat ng mga organo at kanilang mga tisyu, dahil ang pagkilos ay nangyayari sa antas ng cell: pinipigilan nito ang aktibidad ng mga enzyme. Ang mga bato ay pangunahing apektado, na nagpapakita ng sarili sa isang matalim na pagtaas sa asukal at protina sa ihi, kasunod na pagbuo ng oliguria. Ang gastrointestinal tract at atay ay apektado. Ang pagkalason sa uranium ay nahahati sa talamak at talamak, ang huli ay unti-unting umuunlad at maaaring asymptomatic o may banayad na pagpapakita. Gayunpaman, sa kalaunan ang talamak na pagkalason ay humahantong sa mga hematopoietic disorder, sistema ng nerbiyos at iba pang malubhang problema sa kalusugan.
Ang isang tonelada ng granite rock ay naglalaman ng humigit-kumulang 25 gramo ng uranium. Ang enerhiya na maaaring ilabas kapag ang 25 gramo na ito ay sinunog sa isang reactor ay maihahambing sa enerhiya na inilabas kapag nasunog ang 125 tonelada. matigas na uling sa mga hurno ng malalakas na thermal boiler! Batay sa mga datos na ito, maaaring ipagpalagay na sa malapit na hinaharap ang granite ay ituturing na isa sa mga uri ng mineral na gasolina. Sa kabuuan, ang medyo manipis na dalawampu't-kilometrong ibabaw na layer ng crust ng lupa ay naglalaman ng humigit-kumulang 1014 tonelada ng uranium, kapag na-convert sa isang katumbas ng enerhiya, ang isang simpleng napakalaki na pigura ay nakuha - 2.36.1024 kilowatt-hours. Kahit na ang lahat ng binuo, ginalugad at inaasahang deposito ng mga nasusunog na mineral na pinagsama-sama ay hindi kayang magbigay ng kahit isang milyon ng enerhiya na ito!
Ito ay kilala na ang uranium alloys na sumasailalim sa heat treatment ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na lakas ng ani, gumagapang at nadagdagan ang resistensya ng kaagnasan, mas kaunting propensidad na baguhin ang mga produkto sa ilalim ng pagbabagu-bago ng temperatura at sa ilalim ng impluwensya ng pag-iilaw. Batay sa mga prinsipyong ito, sa simula ng ika-20 siglo at hanggang sa tatlumpung taon, ang uranium sa anyo ng carbide ay ginamit sa paggawa ng mga tool na bakal. Bilang karagdagan, nagpunta siya upang palitan ang tungsten sa ilang mga haluang metal, na mas mura at mas madaling ma-access. Sa paggawa ng ferrouranium, ang bahagi ng U ay hanggang 30%. Totoo, noong ikalawang ikatlong bahagi ng ika-20 siglo, ang gayong paggamit ng uranium ay nauwi sa wala.
Tulad ng alam mo, sa mga bituka ng ating Daigdig mayroong isang patuloy na proseso ng pagkabulok ng mga isotopes ng urn. Kaya, kinakalkula ng mga siyentipiko na ang agarang pagpapakawala ng enerhiya ng buong masa ng metal na ito, na nakapaloob sa shell ng lupa, ay magpapainit sa ating planeta sa temperatura na ilang libong grado! Gayunpaman, ang gayong kababalaghan, sa kabutihang palad, ay imposible - pagkatapos ng lahat, ang init ay unti-unting inilabas - dahil ang nuclei ng uranium at ang mga derivatives nito ay sumasailalim sa isang serye ng mga pangmatagalang radioactive transformations. Ang tagal ng naturang mga pagbabago ay maaaring hatulan mula sa kalahating buhay ng mga natural na isotopes ng uranium, halimbawa, para sa 235U ito ay 7108 taon, at para sa 238U - 4.51109 taon. Gayunpaman, ang init ng uranium ay makabuluhang nagpainit sa Earth. Kung mayroong kasing dami ng uranium sa buong masa ng Earth tulad ng sa itaas na dalawampung kilometrong layer, kung gayon ang temperatura sa planeta ay mas mataas kaysa ngayon. Gayunpaman, habang ang isa ay gumagalaw patungo sa gitna ng Earth, ang konsentrasyon ng uranium ay bumababa.
Sa mga nuclear reactor, isang maliit na bahagi lamang ng load uranium ang naproseso, ito ay dahil sa slagging ng gasolina na may mga produkto ng fission: 235U ay nasusunog, ang reaksyon ng kadena ay unti-unting nawawala. Gayunpaman, ang mga fuel rod ay puno pa rin ng nuclear fuel, na dapat gamitin muli. Upang gawin ito, ang mga lumang elemento ng gasolina ay lansagin at ipinadala para sa pagproseso - sila ay natunaw sa mga acid, at ang uranium ay nakuha mula sa nagresultang solusyon sa pamamagitan ng pagkuha, ang mga fragment ng fission na kailangang itapon ay mananatili sa solusyon. Kaya, lumalabas na ang industriya ng uranium ay halos walang basurang paggawa ng kemikal!
Ang mga halaman para sa paghihiwalay ng mga isotopes ng uranium ay sumasakop sa isang lugar ng ilang sampu-sampung ektarya, humigit-kumulang sa parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude at ang lugar ng mga porous na partisyon sa mga cascades ng paghihiwalay ng halaman. Ito ay dahil sa pagiging kumplikado ng paraan ng pagsasabog para sa paghihiwalay ng uranium isotopes - pagkatapos ng lahat, upang madagdagan ang konsentrasyon ng 235U mula 0.72 hanggang 99%, ilang libong mga hakbang sa pagsasabog ang kinakailangan!
Gamit ang paraan ng uranium-lead, nalaman ng mga geologist ang edad ng mga pinaka sinaunang mineral, habang pinag-aaralan ang mga meteorite na bato, natukoy nila ang tinatayang petsa ng kapanganakan ng ating planeta. Salamat sa "uranium clock" natukoy ang edad ng lunar na lupa. Kapansin-pansin, lumabas na sa loob ng 3 bilyong taon ay walang aktibidad ng bulkan sa Buwan at ang natural na satellite ng Earth ay nananatiling isang passive body. Pagkatapos ng lahat, kahit na ang pinakabatang piraso ng lunar matter ay nabuhay ng isang panahon mas maraming edad sinaunang mineral sa lupa.
Kwento
Ang paggamit ng uranium ay nagsimula nang napakatagal na panahon na ang nakalipas - noong unang bahagi ng ika-1 siglo BC, ang natural na uranium oxide ay ginamit upang gumawa ng dilaw na glaze na ginagamit sa pangkulay ng mga keramika.
Sa modernong panahon, ang pag-aaral ng uranium ay unti-unting nagpatuloy - sa ilang mga yugto, na may patuloy na pagtaas. Ang simula ay ang pagkatuklas ng elementong ito noong 1789 ng natural na pilosopo at chemist ng Aleman na si Martin Heinrich Klaproth, na nagpanumbalik ng ginintuang-dilaw na "lupa" na mina mula sa Saxon resin ore ("uranium pitch") tungo sa isang itim na bagay na tulad ng metal (uranium. oksido - UO2). Ang pangalan ay ibinigay bilang parangal sa pinakamalayong planeta na kilala noong panahong iyon - ang Uranus, na natuklasan naman noong 1781 ni William Herschel. Sa ito, ang unang yugto sa pag-aaral ng isang bagong elemento (si Klaproth ay sigurado na siya ay natuklasan ng isang bagong metal) ay nagtatapos, may darating na pahinga ng higit sa limampung taon.
Ang taong 1840 ay maaaring ituring na simula ng isang bagong milestone sa kasaysayan ng uranium research. Ito ay mula sa taong ito na ang isang batang chemist mula sa France, Eugene Melchior Peligot (1811-1890), kinuha ang problema ng pagkuha ng metallic uranium, sa lalong madaling panahon (1841) siya ay nagtagumpay - metallic uranium ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng UCl4 na may metallic potassium. Bilang karagdagan, pinatunayan niya na ang uranium na natuklasan ni Klaproth ay sa katunayan ay oksido lamang nito. Tinukoy din ng Frenchman ang tinantyang atomic na bigat ng bagong elemento - 120. At muli mayroong mahabang pahinga sa pag-aaral ng mga katangian ng uranium.
Noong 1874 lamang lumitaw ang mga bagong pagpapalagay tungkol sa likas na katangian ng uranium: Si Dmitry Ivanovich Mendeleev, kasunod ng kanyang teorya ng periodization ng mga elemento ng kemikal, ay nakahanap ng isang lugar para sa isang bagong metal sa kanyang talahanayan, na naglalagay ng uranium sa huling cell. Bilang karagdagan, pinataas ni Mendeleev ang dating ipinapalagay na atomic na bigat ng uranium ng dalawa, nang hindi nagkakamali sa alinman, na kinumpirma ng mga eksperimento ng German chemist na si Zimmermann 12 taon mamaya.
Mula noong 1896, ang mga pagtuklas sa larangan ng pag-aaral ng mga katangian ng uranium ay "bumagsak" nang paisa-isa: sa taong nabanggit sa itaas, medyo hindi sinasadya (kapag pinag-aralan ang phosphorescence ng potassium uranyl sulfate crystals), 43-taong-gulang na propesor sa pisika na si Antoine Natuklasan ni Henri Becquerel ang Becquerel Rays, na kalaunan ay pinangalanang radioactivity ni Marie Curie. Sa parehong taon, si Henri Moissan (muli isang chemist mula sa France) ay bumuo ng isang paraan para sa pagkuha ng purong metallic uranium.
Noong 1899, natuklasan ni Ernest Rutherford ang inhomogeneity ng radiation ng mga paghahanda ng uranium. Napag-alaman na mayroong dalawang uri ng radiation - alpha at beta ray, naiiba sa kanilang mga katangian: nagdadala sila ng ibang singil sa kuryente, may iba't ibang haba ng landas sa isang substansiya, at iba rin ang kanilang kakayahang mag-ionize. Makalipas ang isang taon, natuklasan din ni Paul Villard ang gamma ray.
Sina Ernest Rutherford at Frederick Soddy ay magkasamang binuo ang teorya ng uranium radioactivity. Batay sa teoryang ito, noong 1907 si Rutherford ay nagsagawa ng mga unang eksperimento upang matukoy ang edad ng mga mineral sa pag-aaral ng radioactive uranium at thorium. Noong 1913, ipinakilala ni F. Soddy ang konsepto ng isotopes (mula sa sinaunang Greek na iso - "pantay", "pareho", at topos - "lugar"). Noong 1920, iminungkahi ng parehong siyentipiko na ang isotopes ay maaaring gamitin upang matukoy ang geological na edad ng mga bato. Ang kanyang mga pagpapalagay ay naging tama: noong 1939, nilikha ni Alfred Otto Karl Nier ang mga unang equation para sa pagkalkula ng edad at gumamit ng mass spectrometer upang paghiwalayin ang mga isotopes.
Noong 1934, nagsagawa si Enrico Fermi ng isang serye ng mga eksperimento sa pambobomba ng mga elemento ng kemikal na may mga neutron - mga particle na natuklasan ni J. Chadwick noong 1932. Bilang resulta ng operasyong ito, ang mga dating hindi kilalang radioactive substance ay lumitaw sa uranium. Iminungkahi ni Fermi at iba pang mga siyentipiko na lumahok sa kanyang mga eksperimento na natuklasan nila ang mga elemento ng transuranium. Sa loob ng apat na taon, ang mga pagtatangka ay ginawa upang makita ang mga elemento ng transuranium sa mga produkto ng neutron bombardment. Natapos ang lahat noong 1938, nang natuklasan ng mga German chemist na sina Otto Hahn at Fritz Strassmann na, sa pagkuha ng isang libreng neutron, ang nucleus ng 235U uranium isotope ay nahahati, at isang sapat na malaking enerhiya ang inilabas (bawat isang uranium nucleus), pangunahin dahil sa mga fragment ng kinetic energy at radiation. Upang sumulong pa, nabigo ang mga chemist ng Aleman. Sina Lisa Meitner at Otto Frisch ay nagawang patunayan ang kanilang teorya. Ang pagtuklas na ito ang pinagmulan ng paggamit ng intra-atomic energy, kapwa para sa mapayapang layunin at militar.
Ang pagiging likas
Ang average na nilalaman ng uranium sa crust ng lupa (clarke) ay 3∙10-4% sa pamamagitan ng masa, na nangangahulugan na ito ay higit pa sa bituka ng lupa kaysa sa pilak, mercury, bismuth. Ang uranium ay isang katangiang elemento para sa granite layer at sedimentary shell ng crust ng lupa. Kaya, sa isang toneladang granite mayroong humigit-kumulang 25 gramo ng elemento No. 92. Sa kabuuan, higit sa 1000 tonelada ng uranium ang nakapaloob sa medyo manipis, dalawampu't kilometro, itaas na layer ng Earth. Sa acid igneous rocks 3.5∙10-4%, sa clays at shales 3.2∙10-4%, lalo na enriched sa organic matter, sa basic rocks 5∙10-5%, sa ultrabasic rocks ng mantle 3∙10-7% .
Ang uranium ay masiglang lumilipat sa malamig at mainit, neutral at alkaline na tubig sa anyo ng simple at kumplikadong mga ion, lalo na sa anyo ng mga carbonate complex. Ang isang mahalagang papel sa geochemistry ng uranium ay nilalaro ng mga reaksyon ng redox, lahat dahil ang mga compound ng uranium, bilang isang panuntunan, ay lubos na natutunaw sa mga tubig na may isang kapaligiran ng oxidizing at hindi gaanong natutunaw sa mga tubig na may pagbabawas ng kapaligiran (hydrogen sulfide).
Mahigit sa isang daang mineral ores ng uranium ang kilala, iba ang mga ito sa komposisyong kemikal, pinagmulan, konsentrasyon ng uranium, ng buong iba't, isang dosenang lamang ang praktikal na interes. Ang mga pangunahing kinatawan ng uranium, na may pinakamalaking kahalagahan sa industriya, sa kalikasan ay maaaring ituring na mga oxide - uraninite at mga varieties nito (nasturan at uranium black), pati na rin ang silicates - coffinite, titanates - davidite at brannerite; aqueous phosphates at uranyl arsenates - uranium mica.
Uraninite - UO2 ay naroroon pangunahin sa sinaunang - Precambrian na mga bato sa anyo ng malinaw na mala-kristal na mga anyo. Ang Uraninite ay bumubuo ng isomorphic series na may thorianite ThO2 at yttrocerianite (Y,Ce)O2. Bilang karagdagan, ang lahat ng uraninite ay naglalaman ng radiogenic decay na mga produkto ng uranium at thorium: K, Po, He, Ac, Pb, pati na rin ang Ca at Zn. Ang Uraninite mismo ay isang mineral na may mataas na temperatura, katangian ng granite at syenite pegmatites na may kaugnayan sa kumplikadong uranium niob-tantalum-titanates (columbite, pyrochlore, samarskite, at iba pa), zircon, at monazite. Bilang karagdagan, ang uraninite ay nangyayari sa hydrothermal, skarn, at sedimentary na mga bato. Ang malalaking deposito ng uraninite ay kilala sa Canada, Africa, United States of America, France at Australia.
Ang Nasturan (U3O8), na kilala rin bilang uranium pitch o pitchblende, na bumubuo ng cryptocrystalline collomorphic aggregates, ay isang volcanogenic at hydrothermal mineral, na naroroon sa Paleozoic at mas bata na mataas at katamtamang temperatura na mga pormasyon. Ang patuloy na kasama ng pitchblende ay sulfide, arsenides, native bismuth, arsenic at silver, carbonates at ilang iba pang elemento. Ang mga ores na ito ay napakayaman sa uranium, ngunit napakabihirang, madalas na sinamahan ng radium, ito ay madaling ipinaliwanag: ang radium ay isang direktang produkto ng isotopic decay ng uranium.
Ang mga itim na uranium (maluwag na earthy aggregates) ay kinakatawan pangunahin sa mga kabataan - Cenozoic at mas bata na mga pormasyon, katangian ng hydrothermal uranium sulfide at sedimentary deposits.
Ang uranium ay kinukuha din bilang isang by-product mula sa ores na naglalaman ng mas mababa sa 0.1%, halimbawa, mula sa gold-bearing conglomerates.
Ang mga pangunahing deposito ng uranium ores ay matatagpuan sa USA (Colorado, North at South Dakota), Canada (mga probinsya ng Ontario at Saskatchewan), South Africa (Witwatersrand), France (Central Massif), Australia (Northern Territory) at marami pang ibang bansa. . Sa Russia, ang pangunahing rehiyon ng uranium-ore ay Transbaikalia. Humigit-kumulang 93% ng uranium ng Russia ang mina sa deposito sa rehiyon ng Chita (malapit sa lungsod ng Krasnokamensk).
Aplikasyon
Ang modernong enerhiyang nuklear ay hindi maiisip kung walang elemento No. 92 at mga katangian nito. Bagaman hindi pa gaano katagal - bago ang paglunsad ng unang nuclear reactor, ang mga uranium ores ay pangunahing mina upang kunin ang radium mula sa kanila. Maliit na halaga ng uranium compound ang ginamit sa ilang mga tina at catalyst. Sa katunayan, ang uranium ay itinuturing na isang elemento na halos walang pang-industriya na halaga, at kung gaano kalaki ang pagbabago ng sitwasyon pagkatapos ng pagtuklas ng kakayahan ng uranium isotopes na mag-fission! Agad na natanggap ng metal na ito ang katayuan ng madiskarteng hilaw na materyal No.
Sa ngayon, ang pangunahing larangan ng aplikasyon ng metallic uranium, pati na rin ang mga compound nito, ay gasolina para sa mga nuclear reactor. Kaya, ang isang mababang-enriched (natural) na pinaghalong uranium isotopes ay ginagamit sa nakatigil na nuclear power plant reactors, habang ang mataas na enriched uranium ay ginagamit sa nuclear power plants at fast neutron reactors.
Ang uranium isotope 235U ay may pinakamahusay na aplikasyon, dahil posible para sa isang self-sustaining nuclear chain reaction, na hindi pangkaraniwan para sa iba pang uranium isotopes. Salamat sa ari-arian na ito, ang 235U ay ginagamit bilang panggatong sa mga nuclear reactor, gayundin sa mga sandatang nuklear. Gayunpaman, ang paghihiwalay ng 235U isotope mula sa natural na uranium ay isang kumplikado at magastos na problema sa teknolohiya.
Ang pinaka-masaganang uranium isotope sa kalikasan, 238U, ay maaaring mag-fission kapag binomba ng mga neutron na may mataas na enerhiya. Ang pag-aari na ito ng isotope na ito ay ginagamit upang mapataas ang kapangyarihan ng mga sandatang thermonuclear - ginagamit ang mga neutron na nabuo ng isang thermonuclear reaction. Bilang karagdagan, ang plutonium isotope 239Pu ay nakuha mula sa 238U isotope, na maaari ding gamitin sa mga nuclear reactor at sa atomic bomb.
Kamakailan lamang, ang uranium isotope 233U, na artipisyal na nakuha sa mga reactor mula sa thorium, ay malawakang ginagamit; ito ay nakuha sa pamamagitan ng irradiating thorium sa neutron flux ng isang nuclear reactor:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
Ang 233U ay na-fission ng mga thermal neutron, bilang karagdagan, ang pinalawak na pagpaparami ng nuclear fuel ay maaaring mangyari sa mga reactor na may 233U. Kaya, kapag ang isang kilo ng 233U ay nasunog sa isang thorium reactor, 1.1 kg ng bagong 233U ang dapat na maipon dito (bilang resulta ng pagkuha ng mga neutron ng thorium nuclei). Sa malapit na hinaharap, ang uranium-thorium cycle sa thermal neutron reactors ay ang pangunahing katunggali ng uranium-plutonium cycle para sa pagpaparami ng nuclear fuel sa mabilis na neutron reactors. Ang mga reactor na gumagamit ng nuclide na ito bilang gasolina ay mayroon na at nagpapatakbo (KAMINI sa India). Ang 233U ay ang pinaka-promising na gasolina para sa gas-phase nuclear rocket engine.
Ang iba pang mga artificial uranium isotopes ay hindi gumaganap ng isang mahalagang papel.
Matapos ang "kinakailangang" isotopes na 234U at 235U ay nakuha mula sa natural na uranium, ang natitirang hilaw na materyal (238U) ay tinatawag na "depleted uranium", ito ay kalahati ng radioactive bilang natural na uranium, pangunahin dahil sa pag-alis ng 234U mula dito. Dahil ang pangunahing paggamit ng uranium ay produksyon ng enerhiya, sa kadahilanang ito, ang depleted na uranium ay isang mababang gamit na produkto na may mababang halaga sa ekonomiya. Gayunpaman, dahil sa mababang presyo nito at mataas na density at napakataas na capture cross section, ginagamit ito para sa radiation shielding, at bilang ballast sa mga aplikasyon ng aerospace gaya ng control surface ng sasakyang panghimpapawid. Bilang karagdagan, ang naubos na uranium ay ginagamit bilang ballast sa mga sasakyang papalapag sa kalawakan at mga racing yate; sa high speed gyroscope rotors, malalaking flywheel, oil drilling.
Gayunpaman, ang pinakakilalang paggamit ng naubos na uranium ay ang paggamit nito sa mga aplikasyong militar - bilang mga core para sa mga projectiles na nakabutas ng sandata at modernong sandata ng tangke, tulad ng tangke ng M-1 Abrams.
Ang hindi gaanong kilalang mga aplikasyon ng uranium ay pangunahing nauugnay sa mga compound nito. Kaya't ang isang maliit na karagdagan ng uranium ay nagbibigay ng magandang dilaw-berdeng pag-ilaw sa salamin, ang ilang mga uranium compound ay photosensitive, sa kadahilanang ito ang uranyl nitrate ay malawakang ginagamit upang pahusayin ang mga negatibo at mantsang (tint) na mga positibo (photographic print) na kayumanggi.
Carbide 235U alloyed na may niobium carbide at zirconium carbide ay ginagamit bilang gasolina para sa nuclear jet engine. Ang mga haluang metal na bakal at naubos na uranium (238U) ay ginagamit bilang makapangyarihang magnetostrictive na materyales. Ang sodium uranate Na2U2O7 ay ginamit bilang isang dilaw na pigment sa pagpipinta, ang mga naunang uranium compound ay ginamit bilang mga pintura para sa pagpipinta sa porselana at para sa mga ceramic glaze at enamel (kulay sa mga kulay: dilaw, kayumanggi, berde at itim, depende sa antas ng oksihenasyon).
Produksyon
Ang uranium ay nakuha mula sa uranium ores, na naiiba nang malaki sa isang bilang ng mga katangian (ayon sa mga kondisyon ng pagbuo, sa pamamagitan ng "contrast", sa pamamagitan ng nilalaman ng mga kapaki-pakinabang na impurities, atbp.), Ang pangunahing kung saan ay ang porsyento ng uranium. Ayon sa tampok na ito, limang grado ng ores ay nakikilala: napakayaman (naglalaman ng higit sa 1% uranium); mayaman (1-0.5%); daluyan (0.5-0.25%); karaniwan (0.25-0.1%) at mahirap (mas mababa sa 0.1%). Gayunpaman, kahit na mula sa mga ores na naglalaman ng 0.01-0.015% uranium, ang metal na ito ay nakuha bilang isang by-product.
Sa paglipas ng mga taon ng pagbuo ng mga hilaw na materyales ng uranium, maraming mga pamamaraan ang binuo para sa paghihiwalay ng uranium mula sa mga ores. Ito ay dahil sa parehong estratehikong kahalagahan ng uranium sa ilang mga lugar, at sa pagkakaiba-iba ng mga natural na pagpapakita nito. Gayunpaman, sa kabila ng lahat ng iba't ibang paraan at base ng hilaw na materyal, ang anumang produksyon ng uranium ay binubuo ng tatlong yugto: paunang konsentrasyon ng uranium ore; leaching ng uranium at pagkuha ng sapat na purong uranium compound sa pamamagitan ng precipitation, extraction o ion exchange. Dagdag pa, depende sa layunin ng nagreresultang uranium, ang pagpapayaman ng produkto na may 235U isotope ay sumusunod, o kaagad ang pagbabawas ng elemental na uranium.
Kaya, sa una ang ore ay puro - ang bato ay durog at puno ng tubig. Sa kasong ito, ang mas mabibigat na elemento ng pinaghalong namuo nang mas mabilis. Sa mga bato na naglalaman ng mga pangunahing mineral ng uranium, ang kanilang mabilis na pag-ulan ay nangyayari, dahil sila ay napakabigat. Kapag nag-concentrate ng mga ores na naglalaman ng pangalawang mineral ng uranium, nangyayari ang sedimentation ng waste rock, na mas mabigat kaysa sa pangalawang mineral, ngunit maaaring maglaman ng mga napaka-kapaki-pakinabang na elemento.
Ang uranium ores ay halos hindi pinayaman, maliban sa organikong paraan ng radiometric sorting, batay sa γ-radiation ng radium, na palaging kasama ng uranium.
Ang susunod na hakbang sa produksyon ng uranium ay leaching, kaya ang uranium ay napupunta sa solusyon. Karaniwan, ang mga ores ay na-leach na may mga solusyon ng sulfuric, minsan mga nitric acid o mga solusyon sa soda na may paglipat ng uranium sa isang acidic na solusyon sa anyo ng UO2SO4 o kumplikadong mga anion, at sa isang soda solution sa anyo ng isang 4-complex anion. Ang paraan kung saan ginagamit ang sulfuric acid ay mas mura, gayunpaman, ito ay hindi palaging naaangkop - kung ang hilaw na materyal ay naglalaman ng tetravalent uranium (uranium resin), na hindi natutunaw sa sulfuric acid. Sa ganitong mga kaso, ginagamit ang alkaline leaching o ang tetravalent uranium ay na-oxidize sa hexavalent state. Ang paggamit ng caustic soda (caustic soda) ay kapaki-pakinabang kapag nag-leaching ng ore na naglalaman ng magnesite o dolomite, na nangangailangan ng masyadong maraming acid upang matunaw.
Pagkatapos ng yugto ng leaching, ang solusyon ay naglalaman ng hindi lamang uranium, kundi pati na rin ang iba pang mga elemento, na, tulad ng uranium, ay nakuha na may parehong mga organikong solvents, namuo sa parehong ion-exchange resins, at namuo sa ilalim ng parehong mga kondisyon. Sa ganoong sitwasyon, para sa pumipiling paghihiwalay ng uranium, kailangang gumamit ng maraming redox na reaksyon upang maibukod ang isang hindi kanais-nais na elemento sa iba't ibang yugto. Ang isa sa mga pakinabang ng palitan ng ion at mga pamamaraan ng pagkuha ay ang uranium ay ganap na nakuha mula sa mahihirap na solusyon.
Matapos ang lahat ng mga operasyong ito, ang uranium ay inililipat sa isang solidong estado - sa isa sa mga oxide o sa UF4 tetrafluoride. Ang nasabing uranium ay naglalaman ng mga impurities na may malaking thermal neutron capture cross section - lithium, boron, cadmium, at rare earth metals. Sa huling produkto, ang kanilang nilalaman ay hindi dapat lumampas sa isang-daang-libo at milyon-milyong bahagi ng isang porsyento! Upang gawin ito, ang uranium ay natunaw muli, sa pagkakataong ito sa nitric acid. Ang Uranyl nitrate UO2(NO3)2 sa panahon ng pagkuha ng tributyl phosphate at ilang iba pang substance ay dinadalisay sa mga kinakailangang kondisyon. Ang sangkap na ito ay pagkatapos ay crystallized (o precipitated) at dahan-dahang nag-aapoy. Bilang resulta ng operasyong ito, nabuo ang uranium trioxide UO3, na binabawasan ng hydrogen sa UO2. Sa mga temperatura mula 430 hanggang 600 ° C, ang uranium oxide ay tumutugon sa tuyong hydrogen fluoride at nagiging UF4 tetrafluoride. Mula na sa tambalang ito, ang metal na uranium ay karaniwang nakukuha sa tulong ng calcium o magnesium sa pamamagitan ng maginoo na pagbawas.
Mga Katangiang Pisikal
Ang metalikong uranium ay napakabigat, ito ay dalawa at kalahating beses na mas mabigat kaysa sa bakal, at isa't kalahating beses na mas mabigat kaysa sa tingga! Ito ay isa sa mga pinakamabigat na elemento na nakaimbak sa bituka ng Earth. Sa kulay pilak-puting kulay at kinang nito, ang uranium ay kahawig ng bakal. purong metal plastik, malambot, may mataas na density, ngunit sa parehong oras madali itong iproseso. Ang uranium ay electropositive, may mga hindi gaanong katangian ng paramagnetic - tiyak na magnetic susceptibility sa temperatura ng silid 1.72 10 -6 , Ito ay may mababang electrical conductivity ngunit mataas ang reaktibiti. Ang elementong ito ay may tatlong allotropic modification: α, β at γ. Ang α-form ay may rhombic crystal lattice na may mga sumusunod na parameter: a = 2.8538 Å, b = 5.8662 Å, c = 469557 Å. Ang form na ito ay matatag sa hanay ng temperatura mula sa temperatura ng silid hanggang 667.7°C. Ang density ng uranium sa α-form sa 25°C ay 19.05±0.2 g/cm 3 . Ang β-form ay may tetragonal crystal lattice, ay matatag sa hanay ng temperatura mula 667.7° C hanggang 774.8° C. Ang mga parameter ng quadrangular na sala-sala: a = 10.759 Å, b = 5.656 Å. γ-form na may body-centered cubic structure, stable mula 774.8°C hanggang melting point (1132°C).
Makikita mo ang lahat ng tatlong yugto sa proseso ng pagbabawas ng uranium. Para sa mga ito, ang isang espesyal na aparato ay ginagamit, na kung saan ay isang walang tahi na bakal na tubo, na kung saan ay may linya na may calcium oxide, ito ay kinakailangan na ang bakal ng pipe ay hindi nakikipag-ugnayan sa uranium. Ang isang halo ng uranium at magnesium (o calcium) tetrafluoride ay ikinarga sa apparatus, pagkatapos nito ay pinainit hanggang 600 ° C. Kapag naabot ang temperatura na ito, ang isang electric fuse ay nakabukas, agad itong dumadaloy exothermic reduction reaction, habang ang load mixture ay ganap na natutunaw. Ang likidong uranium (temperatura 1132 ° C) dahil sa timbang nito ay ganap na lumubog sa ilalim. Matapos ang kumpletong pag-deposito ng uranium sa ilalim ng apparatus, nagsisimula ang paglamig, ang uranium ay nag-crystallize, ang mga atomo nito ay nakahanay sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod, na bumubuo ng isang cubic lattice - ito ang γ-phase. Ang susunod na paglipat ay nangyayari sa 774 ° C - ang kristal na sala-sala ng cooling metal ay nagiging tetragonal, na tumutugma sa β-phase. Kapag ang temperatura ng ingot ay bumaba sa 668° C, muling inaayos ng mga atomo ang kanilang mga hilera, na nakaayos sa mga alon sa magkatulad na mga layer - ang α-phase. Wala nang mga karagdagang pagbabago.
Ang pangunahing mga parameter ng uranium ay palaging tumutukoy sa α-phase. Punto ng pagkatunaw (tmelt) 1132°C, punto ng kumukulo ng uranium (tboil) 3818°C. Tukoy na init sa temperatura ng silid 27.67 kJ/(kg K) o 6.612 cal/(g°C). Ang tiyak na electrical resistance sa temperatura na 25 ° C ay humigit-kumulang 3 10 -7 ohm cm, at nasa 600 ° C na 5.5 10 -7 ohm cm. Ang thermal conductivity ng uranium ay nag-iiba din depende sa temperatura: halimbawa, sa hanay na 100-200 ° C, ito ay 28.05 W / (m K) o 0.067 cal / (cm sec ° C), at kapag tumaas ito sa 400 ° C, tumataas ito hanggang 29.72 W / (m K) 0.071 cal / (cm sec ° C). Ang uranium ay may superconductivity sa 0.68 K. Ang average na katigasan ng Brinell ay 19.6 - 21.6·10 2 MN / m 2 o 200-220 kgf / mm 2.
Maraming mga mekanikal na katangian ng ika-92 elemento ang nakasalalay sa kadalisayan nito, sa mga mode ng thermal at mekanikal na pagproseso. Kaya para sa cast uranium ultimate tensile strength sa room temperature 372-470 MN/m 2 o 38-48 kgf/mm 2, ang average na halaga ng modulus of elasticity 20.5·10 -2 MN/m2 o 20.9·10 -3 kgf/mm 2 . Ang lakas ng uranium ay tumataas pagkatapos ng pagsusubo mula sa β- at γ-phases.
Ang pag-iilaw ng uranium na may neutron flux, pakikipag-ugnayan sa tubig na nagpapalamig ng mga elemento ng gasolina na gawa sa metallic uranium, at iba pang mga kadahilanan ng operasyon sa makapangyarihang thermal neutron reactors - lahat ng ito ay humahantong sa mga pagbabago sa pisikal at mekanikal na mga katangian ng uranium: ang metal ay nagiging malutong, bubuo ang kilabot, nangyayari ang pagpapapangit ng mga produkto mula sa metal na uranium. Para sa kadahilanang ito, ang mga haluang metal ng uranium ay ginagamit sa mga nuclear reactor, halimbawa, na may molibdenum, tulad ng isang haluang metal ay lumalaban sa tubig, nagpapalakas sa metal, habang pinapanatili ang isang mataas na temperatura na cubic lattice.
Mga katangian ng kemikal
Sa kemikal, ang uranium ay isang napakaaktibong metal. Sa hangin, nag-oxidize ito sa pagbuo ng isang iridescent film ng UO2 dioxide sa ibabaw, na hindi nagpoprotekta sa metal mula sa karagdagang oksihenasyon, tulad ng nangyayari sa titanium, zirconium at isang bilang ng iba pang mga metal. Sa oxygen, ang uranium ay bumubuo ng UO2 dioxide, UO3 trioxide at isang malaking bilang ng mga intermediate oxide, ang pinakamahalaga sa kung saan ay U3O8, ang mga oxide na ito ay katulad sa mga katangian sa UO2 at UO3. Sa pulbos na estado, ang uranium ay pyrophoric at maaaring mag-apoy na may bahagyang pag-init (150 ° C at sa itaas), ang pagkasunog ay sinamahan ng isang maliwanag na apoy, sa kalaunan ay bumubuo ng U3O8. Sa temperatura na 500-600 ° C, ang uranium ay nakikipag-ugnayan sa fluorine upang bumuo ng berdeng hugis-karayom na kristal na bahagyang natutunaw sa tubig at mga acid - uranium tetrafluoride UF4, pati na rin ang UF6 - hexafluoride (mga puting kristal na nag-sublimate nang hindi natutunaw sa temperatura. ng 56.4 ° C). Ang UF4, UF6 ay mga halimbawa ng interaksyon ng uranium sa mga halogens upang bumuo ng uranium halides. Ang uranium ay madaling pinagsama sa asupre, na bumubuo ng isang bilang ng mga compound, kung saan ang pinakamahalaga ay US - nuclear fuel. Ang uranium ay tumutugon sa hydrogen sa 220°C upang bumuo ng UH3 hydride, na napakaaktibo sa kemikal. Sa karagdagang pag-init, ang UH3 ay nabubulok sa hydrogen at powdered uranium. Ang pakikipag-ugnayan sa nitrogen ay nangyayari sa mas mataas na temperatura - mula 450 hanggang 700 °C at presyon ng atmospera nitride U4N7 ay nakuha, na may pagtaas sa nitrogen pressure sa parehong temperatura, UN, U2N3 at UN2 ay maaaring makuha. Sa mas mataas na temperatura (750-800 °C), ang uranium ay tumutugon sa carbon upang bumuo ng monocarbide UC, dicarbide UC2, at U2C3. Ang uranium ay nakikipag-ugnayan sa tubig upang bumuo ng UO2 at H2, at sa malamig na tubig mas mabagal, ngunit mas aktibo sa mainit. Bilang karagdagan, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa singaw sa temperatura mula 150 hanggang 250 °C. Ang metal na ito ay natutunaw sa hydrochloric HCl at nitric HNO3 acids, hindi gaanong aktibo sa mataas na concentrated hydrofluoric acid, dahan-dahang tumutugon sa sulfuric H2SO4 at orthophosphoric H3PO4 acids. Ang mga produkto ng mga reaksyon na may mga acid ay tetravalent salts ng uranium. Mula sa mga inorganic acid at salts ng ilang metal (ginto, platinum, tanso, pilak, lata at mercury), ang uranium ay nagagawang palitan ang hydrogen. Ang uranium ay hindi nakikipag-ugnayan sa alkalis.
Sa mga compound, ang uranium ay maaaring magpakita ng mga sumusunod na estado ng oksihenasyon: +3, +4, +5, +6, minsan +2. Ang U3+ ay hindi natural na umiiral at maaari lamang makuha sa laboratoryo. Ang mga pentavalent uranium compound ay para sa karamihan ay hindi matatag at medyo madaling mabulok sa quaternary at hexavalent uranium compound, na kung saan ay ang pinaka-matatag. Ang hexavalent uranium ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng uranyl ion UO22+, na ang mga asin ay dilaw sa kulay at madaling natutunaw sa tubig at mga mineral na acid. Ang isang halimbawa ng mga compound ng hexavalent uranium ay ang uranium trioxide o uranium anhydride UO3 (orange powder), na may katangian ng isang amphoteric oxide. Kapag natunaw sa mga acid, ang mga asin ay nabuo, halimbawa, uranium chloride UO2Cl2. Sa ilalim ng pagkilos ng alkalis sa mga solusyon ng uranyl salts, ang mga asing-gamot ng uranic acid H2UO4 ay nakuha - uranates at diuranic acid H2U2O7 - diuranates, halimbawa, sodium uranate Na2UO4 at sodium diuranate Na2U2O7. Ang mga quadrivalent uranium salts (uranium tetrachloride UCl4) ay berde at hindi gaanong natutunaw. Kapag nakalantad sa hangin sa mahabang panahon, ang mga compound na naglalaman ng tetravalent uranium ay karaniwang hindi matatag at nagiging hexavalent. Ang mga uranyl salt tulad ng uranyl chloride ay nabubulok sa pagkakaroon ng maliwanag na liwanag o mga organiko.
URANUS (ang pangalan bilang parangal sa planetang Uranus na natuklasan ilang sandali bago siya; lat. uranium * a. uranium; n. Uran; f. uranium; at. uranio), U, ay isang radioactive chemical element ng pangkat III ng Mendeleev periodic sistema, atomic number 92, atomic mass Ang 238.0289 ay tumutukoy sa actinides. Ang natural na uranium ay binubuo ng pinaghalong tatlong isotopes: 238 U (99.282%, T 1/2 4.468.10 9 taon), 235 U (0.712%, T 1/2 0.704.10 9 taon), 234 U (0.006%, T 1/2 0.244.10 6 na taon). 11 artificial radioactive isotopes ng uranium na may mass number mula 227 hanggang 240 ay kilala rin.
Ang uranium ay natuklasan noong 1789 sa anyo ng UO 2 ng German chemist na si M. G. Klaproth. Ang metallic uranium ay nakuha noong 1841 ng French chemist na si E. Peligot. Sa mahabang panahon, ang uranium ay may napakalimitadong paggamit, at sa pagtuklas lamang ng radyaktibidad noong 1896 nagsimula ang pag-aaral at paggamit nito.
Mga katangian ng uranium
Sa malayang estado, ang uranium ay isang mapusyaw na kulay-abo na metal; sa ibaba 667.7°C, ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang rhombic (a=0.28538 nm, b=0.58662 nm, c=0.49557 nm) crystal lattice (a-modification), sa hanay ng temperatura na 667.7-774°C - tetragonal (a = 1.0759 nm, c = 0.5656 nm; R-modification), sa mas mataas na temperatura - body-centered cubic lattice (a = 0.3538 nm, g-modification). Density 18700 kg / m 3, natutunaw t 1135 ° C, kumukulo t tungkol sa 3818 ° C, molar heat capacity 27.66 J / (mol.K), electrical resistivity 29.0.10 -4 (Ohm.m), thermal conductivity 22, 5 W/(m.K), temperatura coefficient ng linear expansion 10.7.10 -6 K -1 . Ang temperatura ng paglipat ng uranium sa superconducting state ay 0.68 K; mahinang paramagnet, tiyak na magnetic suceptibility 1.72.10 -6 . Ang Nuclei 235 U at 233 U ay kusang nag-fission, gayundin sa panahon ng pagkuha ng mabagal at mabilis na mga neutron, 238 U fission lamang sa panahon ng pagkuha ng mabilis (higit sa 1 MeV) na mga neutron. Kapag ang mga mabagal na neutron ay nakuha, ang 238 U ay nagiging 239 Pu. Ang kritikal na masa ng uranium (93.5% 235U) sa mga may tubig na solusyon ay mas mababa sa 1 kg, para sa isang bukas na bola na halos 50 kg; para sa 233 U ang kritikal na masa ay humigit-kumulang 1/3 ng kritikal na masa ng 235 U.
Edukasyon at nilalaman sa kalikasan
Ang pangunahing mamimili ng uranium ay nuclear power engineering (nuclear reactors, nuclear power plants). Bilang karagdagan, ang uranium ay ginagamit upang makabuo ng mga sandatang nuklear. Ang lahat ng iba pang larangan ng paggamit ng uranium ay may kapansin-pansing subordinate na kahalagahan.
Ang mga teknolohiyang nuklear ay higit na nakabatay sa paggamit ng mga pamamaraan ng radiochemistry, na nakabatay naman sa mga nuklear-pisikal, pisikal, kemikal at nakakalason na mga katangian ng mga radioactive na elemento.
Sa kabanatang ito, nililimitahan natin ang ating sarili sa isang maikling paglalarawan ng mga katangian ng pangunahing fissile isotopes - uranium at plutonium.
Uranus
Uranus ( uranium) U - isang elemento ng pangkat ng actinide, ika-7-0 na panahon ng periodic system, Z=92, atomic mass 238.029; ang pinakamabigat sa mga matatagpuan sa kalikasan.
Mayroong 25 kilalang isotopes ng uranium, na lahat ay radioactive. Pinakamadali 217U (Tj/ 2 = 26 ms), ang pinakamabigat na 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6.8 min). Mayroong 6 na nuclear isomer. Mayroong tatlong radioactive isotopes sa natural na uranium: 2 s 8 at (99.2 739%, Ti/ 2 = 4.47109 l), 2 35U (0.7205%, G, / 2 = 7.04-109 taon) at 2 34U ( 0.0056%, Ti/ 2=2.48-swl). Ang tiyak na radyaktibidad ng natural na uranium ay 2.48104 Bq, nahahati halos sa kalahati sa pagitan ng 2 34U at 288 U; Ang 235U ay gumagawa ng isang maliit na kontribusyon (ang tiyak na aktibidad ng isotope 233 sa natural na uranium ay 21 beses na mas mababa kaysa sa aktibidad ng 238U). Ang thermal neutron capture cross section ay 46, 98, at 2.7 barn para sa 2 zz, 2 35U, at 2 3 8 U, ayon sa pagkakabanggit; fission cross section 527 at 584 barn para sa 2 zz at 2 s 8 at, ayon sa pagkakabanggit; natural na pinaghalong isotopes (0.7% 235U) 4.2 barn.
Tab. 1. Mga katangiang nuklear-pisikal 2 h9 Ri at 2 35C.
Tab. 2. Pagkuha ng neutron 2 35C at 2 h 8 C.
Anim na isotopes ng uranium ang may kakayahang kusang-loob na fission: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u at 2 s 8 u. Ang natural na isotopes 233 at 235U fission sa ilalim ng pagkilos ng parehong thermal at mabilis na mga neutron, habang ang nuclei 238 at may kakayahang fission lamang kapag ang mga neutron na may enerhiya na higit sa 1.1 MeV ay nakuha. Kapag ang mga neutron na may mas mababang enerhiya ay nakuha, ang 288 U nuclei ay unang na-convert sa 2 -i9U nuclei, na pagkatapos ay sumasailalim sa p-decay at mauna sa 2 - "*9Np, at pagkatapos ay sa 2 39Pu. Epektibong mga cross section para sa pagkuha ng thermal neutrons ng 2 34U, 2 nuclei 35U at 2 3 8 at katumbas ng 98, 683 at 2.7-barns, ayon sa pagkakabanggit. Ang kumpletong fission ng 2 35U ay humahantong sa isang "thermal energy equivalent" na 2-107 kWh / kg. Ang isotopes Ang 2 35U at 2 zzy ay ginagamit bilang nuclear fuel, na may kakayahang suportahan ang fission chain reaction.
Ang mga nuclear reactor ay gumagawa ng n artipisyal na isotopes ng uranium na may mass number na 227-240, kung saan ang pinakamatagal na nabubuhay ay 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 taon); ito ay nakuha sa pamamagitan ng neutron irradiation ng thorium. Ang uranium isotopes na may mass number na 239^257 ay isinilang sa napakalakas na neutron flux ng isang thermonuclear explosion.
Uranium-232- technogenic nuclide, a-emitter, T x / 2=68.9 taon, parent isotopes 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) at 23 2 Pa(p), anak na babae nuclide 228 Th. Ang intensity ng spontaneous fission ay 0.47 divisions / s kg.
Ang Uranium-232 ay nabuo bilang isang resulta ng mga sumusunod na pagkabulok:
P + - pagkabulok ng nuclide * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14.7 min):
Sa industriya ng nukleyar, ang 2 3 2 U ay ginawa bilang isang by-product sa synthesis ng fissile (weapon-grade) nuclide 2 33 sa thorium fuel cycle. Kapag na-irradiated na may 2 3 2 Th neutrons, ang pangunahing reaksyon ay nangyayari:
at side two-step na reaksyon:
Ang paggawa ng 232 U mula sa thorium ay nangyayari lamang sa mga mabilis na neutron (E„>6 MeV). Kung mayroong 2 s°Th sa paunang sangkap, kung gayon ang pagbuo ng 2 3 2 U ay dinadagdagan ng reaksyon: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Ang reaksyong ito ay nagaganap sa mga thermal neutron. Ang Generation 2 3 2 U ay hindi kanais-nais para sa maraming kadahilanan. Ito ay pinipigilan ng paggamit ng thorium na may pinakamababang konsentrasyon na 23°Th.
Ang pagkabulok ng 2 mula sa 2 ay nangyayari sa mga sumusunod na direksyon:
Isang pagkabulok sa 228 Th (probability 100%, enerhiya ng pagkabulok 5.414 MeV):
ang enerhiya ng emitted a-particle ay 5.263 MeV (sa 31.6% ng mga kaso) at 5.320 MeV (sa 68.2% ng mga kaso).
- - spontaneous fission (probability mas mababa sa ~ 12%);
- - pagkabulok ng kumpol na may pagbuo ng nuclide 28 Mg (ang posibilidad ng pagkabulok ay mas mababa sa 5 * 10 "12%):
Cluster decay sa pagbuo ng nuclide 2
Ang Uranium-232 ay ang ninuno ng isang mahabang kadena ng pagkabulok, na kinabibilangan ng mga nuclides - mga naglalabas ng hard y-quanta:
^U-(3.64 na araw, 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.
Ang akumulasyon ng 2 3 2 U ay hindi maiiwasan sa paggawa ng 2 zzy sa thorium energy cycle. Ang matinding y-radiation na nagmumula sa pagkabulok ng 2 3 2 U ay humahadlang sa pagbuo ng thorium energy. Ito ay hindi karaniwan na ang kahit na isotope 2 3 2 11 ay may mataas na fission cross section sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron (75 barn para sa thermal neutrons), pati na rin ang isang high neutron capture cross section - 73 barn. 2 3 2 U ay ginagamit sa paraan ng radioactive tracers in pananaliksik sa kemikal.
2 z 2 at ang ninuno ng isang mahabang kadena ng pagkabulok (ayon sa scheme 2 z 2 Th), na kinabibilangan ng mga nuclides na naglalabas ng matitigas na y-quanta. Ang akumulasyon ng 2 3 2 U ay hindi maiiwasan sa paggawa ng 2 zzy sa thorium energy cycle. Ang matinding γ-radiation na nagmumula sa pagkabulok ng 232 U ay humahadlang sa pagbuo ng enerhiya ng thorium. Ang hindi pangkaraniwan ay ang kahit na isotope 2 3 2 U ay may mataas na fission cross section sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron (75 barn para sa thermal neutrons), pati na rin ang isang high neutron capture cross section - 73 barn. 2 3 2 U ay kadalasang ginagamit sa paraan ng radioactive tracers sa kemikal at pisikal na pananaliksik.
Uranium-233- technogenic radionuclide, a-emitter (enerhiya 4.824 (82.7%) at 4.783 MeV (14.9%),), Tvi= 1.585105 taon, parent nuclides 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), anak na babae nuclide 22 9Th. Ang 2 zzi ay nakukuha sa mga nuclear reactor mula sa thorium: 2 s 2 Th ang kumukuha ng neutron at nagiging 2 zz Th, na nabubulok sa 2 zz Pa, at pagkatapos ay naging 2 zz. Ang Nuclei 2 zzi (odd isotope) ay may kakayahang parehong kusang fission at fission sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron ng anumang enerhiya, na ginagawang angkop para sa paggawa ng parehong atomic na armas at reactor fuel. Ang epektibong fission cross section ay 533 barn, ang capture cross section ay 52 barn, ang neutron yield ay 2.54 per fission event, at 2.31 per absorbed neutron. Ang kritikal na masa ng 2 zz ay tatlong beses na mas mababa kaysa sa kritikal na masa ng 2 35U (-16 kg). Ang intensity ng spontaneous fission ay 720 cases / s kg.
Ang Uranium-233 ay nabuo bilang isang resulta ng mga sumusunod na pagkabulok:
- (3 + -pagkabulok ng nuclide 2 33Np (7^=36.2 min):
Sa isang pang-industriya na sukat, 2 zzi ay nakuha mula sa 2 32Th sa pamamagitan ng neutron irradiation:
Kapag ang isang neutron ay na-absorb, ang 234 nucleus ay karaniwang nag-fission, ngunit paminsan-minsan ay kumukuha ng isang neutron, na nagiging 234U. Bagaman ang 2 zzy, na sumisipsip ng isang neutron, kadalasan ay mga fission, gayunpaman, kung minsan ay nakakatipid ito ng isang neutron, na nagiging 2 34U. Ang oras ng pagpapatakbo ng 2 zz ay isinasagawa kapwa sa mabilis at sa mga thermal reactor.
Mula sa pananaw ng armas, ang 2 zzi ay maihahambing sa 2 39 Pu: ang radyaktibidad nito ay 1/7 ng aktibidad ng 2 39 Pu (Ti/ 2 \u003d 159200 l versus 24100 l para sa Pu), ang kritikal na masa ng 2 szi ay 6o% na mas mataas kaysa sa IgPu (16 kg kumpara sa 10 kg), at ang rate ng spontaneous fission ay 20 beses na mas mataas (b-u - ' kumpara sa 310 10). Ang neutron flux mula sa 239Pu ay 3 beses na mas mataas kaysa sa mula sa 239Pu. Ang paglikha ng isang nuclear charge sa batayan ng 2 sz ay nangangailangan ng higit na pagsisikap kaysa sa ^Pu. Ang pangunahing balakid ay ang pagkakaroon ng 232U na karumihan sa 2zzi, ang γ-radiation ng mga proyekto ng pagkabulok na nagpapahirap sa pagtratrabaho sa 2zzi at ginagawang madali ang pagtuklas ng mga yari na armas. Bilang karagdagan, ang maikling kalahating buhay ng 2 3 2 U ay ginagawa itong aktibong pinagmumulan ng a-particle. 2 zzi na may 1% 232 at may 3 beses na mas malakas na a-activity kaysa sa weapons-grade plutonium at, nang naaayon, mas mataas na radiotoxicity. Ang aktibidad na ito ay nagiging sanhi ng pagsilang ng mga neutron sa mga magaan na elemento ng singil ng armas. Upang mabawasan ang problemang ito, ang pagkakaroon ng mga elemento tulad ng Be, B, F, Li ay dapat na minimal. Ang pagkakaroon ng neutron background ay hindi nakakaapekto sa pagpapatakbo ng mga implosion system, ngunit ang isang mataas na antas ng kadalisayan para sa mga light elements ay kinakailangan para sa mga scheme ng baril. Ang zgi ay hindi nakakapinsala, at kahit na kanais-nais, dahil binabawasan nito ang posibilidad ng paggamit ng uranium para sa mga layunin ng armas .Pagkatapos ng pagproseso ng ginastos na nuclear fuel at muling paggamit ng gasolina, ang nilalaman ng 232U ay umabot sa 0.1 + 0.2%.
Ang pagkabulok ng 2 zzy ay nangyayari sa mga sumusunod na direksyon:
A-decay sa 22 9Th (probability 100%, decay energy 4.909 MeV):
ang enerhiya ng mga emitted n-particle ay 4.729 MeV (sa 1.61% ng mga kaso), 4.784 MeV (sa 13.2% ng mga kaso) at 4.824 MeV (sa 84.4% ng mga kaso).
- - kusang fission (probability
- - cluster decay na may pagbuo ng nuclide 28 Mg (ang posibilidad ng pagkabulok ay mas mababa sa 1.3*10 -13%):
Cluster decay sa pagbuo ng nuclide 24 Ne (probabilidad ng pagkabulok 7.3-10-“%):
Ang 2 zz decay chain ay kabilang sa Neptunium series.
Ang tiyak na radyaktibidad ay 2 zzi 3.57-8 Bq/g, na tumutugma sa isang a-activity (at radiotoxicity) na -15% ng plutonium. 1% lamang 2 3 2 U ang nagpapataas ng radyaktibidad sa 212 mCi/g.
Uranium-234(Uranus II, UII) ay bahagi ng natural na uranium (0.0055%), 2.445105 taon, a-emitter (enerhiya ng a-particle 4.777 (72%) at
4.723 (28%) MeV), parent radionuclides: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),
anak na isotope sa 2 s"t. 
Karaniwan ang 234 U ay nasa ekwilibriyo na may 2 3 8 u, nabubulok at nabubuo sa parehong bilis. Humigit-kumulang kalahati ng radyaktibidad ng natural na uranium ay ang kontribusyon ng 234U. Karaniwan ang 234U ay nakukuha sa pamamagitan ng ion-exchange chromatography ng mga lumang paghahanda ng purong 238 Pu. Sa a-decay, ang *34U ay nagpapahiram ng sarili sa 234U, kaya ang mga lumang paghahanda ng 238Pu ay mahusay na mapagkukunan ng 234U. Ang 100 g 2s8Pu ay naglalaman ng 776 mg 234U pagkatapos ng isang taon, pagkatapos ng 3 taon
2.2 g 2 34U. Ang konsentrasyon ng 2 34U sa mataas na enriched uranium ay medyo mataas dahil sa kagustuhang pagpapayaman sa mga light isotopes. Dahil ang 234u ay isang malakas na y-emitter, may mga paghihigpit sa konsentrasyon nito sa uranium na inilaan para sa pagproseso sa gasolina. Ang nakataas na antas ng 234i ay katanggap-tanggap para sa mga reactor, ngunit ang reprocessed na SNF ay naglalaman na ng mga hindi katanggap-tanggap na antas ng isotope na ito.
Ang pagkabulok ng 234u ay nangyayari sa mga sumusunod na linya:
A-decay sa 23°T (probability 100%, decay energy 4.857 MeV):
ang enerhiya ng emitted a-particle ay 4.722 MeV (sa 28.4% ng mga kaso) at 4.775 MeV (sa 71.4% ng mga kaso).
- - kusang fission (probability 1.73-10-9%).
- - pagkabulok ng kumpol na may pagbuo ng nuclide 28 Mg (ang posibilidad ng pagkabulok ay 1.4-10 "n%, ayon sa iba pang mga mapagkukunan 3.9-10-"%):
- - cluster decay na may pagbuo ng mga nuclides 2 4Ne at 26 Ne (ang posibilidad ng pagkabulok ay 9-10 ", 2%, ayon sa iba pang data 2.3-10 - 11%):
Ang tanging isomer 2 34ti ay kilala (Tx/ 2 = 33.5 μs).
Ang absorption cross section ng 2 34U thermal neutrons ay 10 barn, at para sa resonance integral na na-average sa iba't ibang intermediate neutrons, 700 barn. Samakatuwid, sa mga thermal neutron reactor, ito ay na-convert sa fissile 235U sa mas mabilis na rate kaysa sa higit na 238U (na may cross section na 2.7 barn) ay na-convert sa 2 s9Pu. Bilang resulta, ang SNF ay naglalaman ng mas kaunting 234U kaysa sa sariwang gasolina.
Uranium-235 kabilang sa pamilyang 4P + 3, ay may kakayahang gumawa ng fission chain reaction. Ito ang unang isotope kung saan natuklasan ang reaksyon ng sapilitang fission ng nuclei sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron. Ang pagsipsip ng isang neutron, ang 235U ay napupunta sa 2 zbi, na nahahati sa dalawang bahagi, naglalabas ng enerhiya at naglalabas ng ilang mga neutron. Fissile sa pamamagitan ng neutrons ng anumang enerhiya, na may kakayahang kusang fission, ang isotope 2 35U ay bahagi ng natural na uthanum (0.72%), a-emitter (energy 4.397 (57%) at 4.367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-th 8 years, parent nuclides 2 35Pa, 2 35Np at 2 39Pu, anak na babae - 23"Th. Ang intensity ng spontaneous fission 2 3su 0.16 divisions/s kg. Ang fission ng isang 2 35U nucleus ay naglalabas ng 200 MeV ng enerhiya = 3.2 Yu p J, i.e. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Ang cross section ng fission ng thermal neutrons ay 545 barns, at sa pamamagitan ng fast neutrons - 1.22 barns, neutron yield: bawat fission event - 2.5, bawat absorbed neutron - 2.08.
Magkomento. Ang cross section para sa pagkuha ng mga mabagal na neutron upang mabuo ang isotope 2 zi (100 barn), upang ang kabuuang nakahalang seksyon Ang pagsipsip ng mabagal na neutron ay 645 barn.
- - spontaneous fission (probability 7*10~9%);
- - pagkabulok ng kumpol na may pagbuo ng mga nuclides 2 °Ne, 2 5Ne at 28 Mg (ang mga probabilidad ay ayon sa pagkakabanggit 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):
kanin. isa.
Ang tanging isomer na kilala ay 2 35n»u (7/2 = 26 min).
Tiyak na gawain 2 35C 7.77-u 4 Bq/g. Ang kritikal na masa ng armas-grade uranium (93.5% 2 35U) para sa isang bola na may reflector ay 15-7-23 kg.
Ang Fission 2 » 5U ay ginagamit sa atomic weapons, para sa paggawa ng enerhiya, at para sa synthesis ng mahahalagang actinides. Ang chain reaction ay pinananatili dahil sa labis na mga neutron na ginawa sa panahon ng fission ng 2 35C.
Uranium-236 nangyayari sa Earth sa kalikasan sa mga bakas na halaga (sa Buwan ito ay higit pa), a-emitter (? 
kanin. 2. Radioactive na pamilya 4/7+2 (kabilang ang -3 8 at).
Sa isang atomic reactor, ang 233 ay sumisipsip ng isang thermal neutron, pagkatapos nito ay nag-fission na may posibilidad na 82%, at naglalabas ng isang y-quantum na may posibilidad na 18% at nagiging 236 at . Sa maliit na dami ito ay bahagi ng sariwang gasolina; naiipon kapag ang uranium ay na-irradiated ng mga neutron sa reactor, at samakatuwid ay ginagamit bilang isang "signaling device" ng SNF. 2 h b at nabuo bilang isang by-product sa panahon ng paghihiwalay ng isotopes sa pamamagitan ng gaseous diffusion sa panahon ng pagbabagong-buhay ng ginugol na nuclear fuel. Ang 236 U na ginawa sa isang power reactor ay isang neutron poison; ang presensya nito sa nuclear fuel ay binabayaran ng mataas na antas ng 2 35U enrichment.
2b at ginagamit bilang mixing tracer para sa karagatang tubig.
Uranium-237,T&= 6.75 araw, beta at gamma emitter, ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga reaksyong nuklear:
Detection 287 at isinagawa kasama ng eu= o.v MeV (36%), 0.114 MeV (0.06%), 0.165 MeV (2.0%), 0.208 MeV (23%)
Ang 237U ay ginagamit sa paraan ng radioactive tracers sa kemikal na pananaliksik. Ang pagsukat ng konsentrasyon (2 4°Am) sa fallout mula sa isang atomic weapon test ay nagbibigay ng mahalagang impormasyon tungkol sa uri ng singil at kagamitan na ginamit.
Uranium-238- nabibilang sa 4P + 2 pamilya, fissile na may mataas na enerhiya neutrons (higit sa 1.1 MeV), na may kakayahang kusang fission, bumubuo ng batayan ng natural na uranium (99.27%), a-emitter, 7'; /2=4>468-109 taon, direktang nabubulok sa 2 34Th, bumubuo ng isang bilang ng genetically related radionuclides, at pagkatapos ng 18 produkto ay nagiging 206 Pb. Ang Purong 2 3 8 U ay may tiyak na radyaktibidad na 1.22-104 Bq. Ang kalahating buhay ay napakatagal - mga 10 16 taon, kaya't ang posibilidad ng fission na may kaugnayan sa pangunahing proseso - ang paglabas ng isang a-particle - ay 10 "7 lamang. Ang isang kilo ng uranium ay nagbibigay lamang ng 10 kusang fission bawat pangalawa, at sa parehong oras ang isang a-particle ay naglalabas ng 20 milyong nuclei Mga nuclides ng magulang: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, anak na babae T,/ 2 = 2 :i 4 ika.
Ang Uranium-238 ay nabuo bilang isang resulta ng mga sumusunod na pagkabulok:
2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Sa mga pangalawang mineral, karaniwan ang hydrated calcium uranyl phosphate Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Kadalasan ang uranium sa mga mineral ay sinamahan ng iba pang mga kapaki-pakinabang na elemento - titanium , tantalum, mga rare earth. Samakatuwid, natural na magsikap para sa kumplikadong pagproseso ng mga ores na naglalaman ng uranium.
Pangunahing pisikal na katangian ng uranium: atomic mass 238.0289 a.m.u. (g/mol); atomic radius 138 pm (1 pm = 12 m); enerhiya ng ionization (unang electron 7.11 eV; electronic configuration -5f36d‘7s 2; oxidation states 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t,1=3818°; density 19.05; tiyak na kapasidad ng init 0.115 JDKmol); lakas ng makunat 450 MPa, init ng pagsasanib 12.6 kJ/mol, init ng singaw 417 kJ/mol, tiyak na kapasidad ng init 0.115 J/(mol-K); dami ng molar 12.5 cm3/mol; ang katangian na temperatura ng Debye © D = 200K, ang temperatura ng paglipat sa estado ng superconducting ay 0.68K.
Ang uranium ay isang mabigat, kulay-pilak-puti, makintab na metal. Ito ay bahagyang mas malambot kaysa sa bakal, malleable, flexible, may bahagyang paramagnetic na katangian, at pyrophoric sa powdered state. Ang uranium ay may tatlong allotropic form: alpha (rhombic, a-U, lattice parameters 0=285, b= 587, c=49b pm, stable hanggang 667.7°), beta (tetragonal, p-U, stable mula 667.7 hanggang 774.8°), gamma (na may cubic body-centered na sala-sala, y-U, na umiiral mula 774.8° hanggang sa mga melting point, frm= ii34 0), kung saan ang uranium ay pinaka malambot at maginhawa para sa pagproseso.
Sa temperatura ng silid, ang rhombic a-phase ay matatag, ang prismatic na istraktura ay binubuo ng kulot na mga atomic na layer na kahanay sa eroplano abc, sa isang lubhang walang simetriko prismatic lattice. Sa loob ng mga layer, ang mga atomo ay malapit na nakagapos, habang ang lakas ng mga bono sa pagitan ng mga atomo ng mga katabing layer ay mas mahina (Larawan 4). Ang anisotropic structure na ito ay nagpapahirap sa pagsasama ng uranium sa iba pang mga metal. Ang molibdenum at niobium lamang ang lumikha ng solid-state alloys na may uranium. Gayunpaman ang metalikong uranium ay maaaring makipag-ugnayan sa maraming mga haluang metal, na bumubuo ng mga intermetallic compound.
Sa pagitan ng 668 ^ 775 ° mayroong isang (3-uranium. Ang uri ng tetragonal na sala-sala ay may layered na istraktura na may mga layer na kahanay sa eroplano ab sa mga posisyon 1/4С, 1/2 kasama at 3/4C unit cell. Sa temperaturang higit sa 775°, ang y-uranium ay nabuo gamit ang isang body-centered cubic lattice. Ang pagdaragdag ng molibdenum ay ginagawang posible na magkaroon ng y-phase sa temperatura ng silid. Ang molybdenum ay bumubuo ng malawak na hanay ng mga solidong solusyon na may y-uranium at nagpapatatag ng y-phase sa temperatura ng silid. Ang y-Uranium ay mas malambot at mas malambot kaysa sa malutong na a- at (3-phase.
Ang pag-iilaw ng neutron ay may makabuluhang epekto sa pisikal at mekanikal na mga katangian ng uranium, na nagdudulot ng pagtaas sa laki ng sample, isang pagbabago sa hugis, pati na rin ang isang matalim na pagkasira sa mga mekanikal na katangian (gapang, embrittlement) ng mga bloke ng uranium sa panahon ng pagpapatakbo ng isang nuclear reactor. Ang pagtaas sa volume ay dahil sa akumulasyon sa uranium sa panahon ng fission ng mga impurities ng mga elemento na may mas mababang density (pagsasalin 1% Ang uranium sa mga elemento ng fragmentation ay nagpapataas ng volume ng 3.4%).
kanin. 4. Ilang kristal na istruktura ng uranium: a - a-uranium, b - p-uranium.
Ang pinakakaraniwang pamamaraan para sa pagkuha ng uranium sa metal na estado ay ang pagbabawas ng kanilang mga fluoride na may alkali o alkaline earth metal o ang electrolysis ng kanilang mga natutunaw na asin. Ang uranium ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng metallothermic reduction mula sa mga carbide na may tungsten o tantalum.
Ang kakayahang madaling mag-abuloy ng mga electron ay tumutukoy sa pagbabawas ng mga katangian ng uranium at ang mataas na aktibidad ng kemikal nito. Ang uranium ay maaaring makipag-ugnayan sa halos lahat ng mga elemento, maliban sa mga marangal na gas, habang nakakakuha ng mga estado ng oksihenasyon na +2, +3, +4, +5, +6. Sa solusyon, ang pangunahing valency ay 6+.
Mabilis na nag-oxidize sa hangin, ang metal na uranium ay natatakpan ng isang iridescent film ng oxide. Ang pinong pulbos ng uranium ay kusang nag-aapoy sa hangin (sa temperaturang 1504-175°), na bumubuo at;) Ov. Sa 1000°, ang uranium ay pinagsama sa nitrogen upang bumuo ng dilaw na uranium nitride. Ang tubig ay may kakayahang tumugon sa metal nang dahan-dahan sa mababang temperatura at mabilis sa mataas na temperatura. Marahas na tumutugon ang uranium sa kumukulong tubig at singaw upang maglabas ng hydrogen, na bumubuo ng hydride na may uranium.
Ang reaksyong ito ay mas masigla kaysa sa pagkasunog ng uranium sa oxygen. Ang ganitong kemikal na aktibidad ng uranium ay ginagawang kinakailangan upang protektahan ang uranium sa mga nuclear reactor mula sa pakikipag-ugnay sa tubig.
Ang uranium ay natutunaw sa hydrochloric, nitric at iba pang mga acid, na bumubuo ng U(IV) salts, ngunit hindi nakikipag-ugnayan sa alkalis. Inililipat ng uranium ang hydrogen mula sa mga inorganic acid at mga solusyon sa asin ng mga metal tulad ng mercury, pilak, tanso, lata, platinum at ginto. Sa malakas na pagyanig, ang mga metal na particle ng uranium ay nagsisimulang kumikinang.
Mga tampok ng istraktura ng mga shell ng elektron ng uranium atom (ang pagkakaroon ng ^/-electrons) at ang ilan sa mga pisikal nito Mga katangian ng kemikal nagsisilbing batayan para sa pag-uugnay ng uranium sa isang bilang ng mga actinides. Gayunpaman, mayroong kemikal na pagkakatulad sa pagitan ng uranium at Cr, Mo, at W. Ang uranium ay lubos na reaktibo at tumutugon sa lahat ng elemento maliban sa mga marangal na gas. Sa solid phase, ang mga halimbawa ng U(VI) ay uranyl trioxide U0 3 at uranyl chloride U0 2 C1 2 . Uranium tetrachloride UC1 4 at uranium dioxide U0 2
Mga halimbawa ng U(IV). Ang mga sangkap na naglalaman ng U(IV) ay karaniwang hindi matatag at nagiging hexavalent sa matagal na pagkakalantad sa hangin.
Anim na oxide ang naka-install sa uranium-oxygen system: UO, U0 2 , U 4 0 9 , at 3 Ov, U0 3 . Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malawak na lugar ng homogeneity. Ang U0 2 ay isang pangunahing oksido, habang ang U0 3 ay amphoteric. U0 3 - nakikipag-ugnayan sa tubig upang bumuo ng isang bilang ng mga hydrates, ang pinakamahalaga ay ang diuronic acid H 2 U 2 0 7 at uranic acid H 2 1U 4. Sa alkalis, ang U0 3 ay bumubuo ng mga asin ng mga acid na ito - uranates. Kapag ang U0 3 ay natunaw sa mga acid, ang mga asin ng dobleng sisingilin na uranyl cation na U0 2 a+ ay nabuo.
Ang uranium dioxide, U0 2 , ay kayumanggi sa stoichiometric na komposisyon. Habang tumataas ang nilalaman ng oxygen sa oxide, nagbabago ang kulay mula sa dark brown hanggang sa itim. Kristal na istraktura ng uri ng CaF 2, a = 0.547 nm; density 10.96 g / cm "* (ang pinakamataas na density sa mga uranium oxide). T , pl \u003d 2875 0, T kn" \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084.5 kJ / mol. Ang uranium dioxide ay isang semiconductor na may hole conductivity, isang malakas na paramagnet. MAC = 0.015 mg/m3. Huwag nating matunaw sa tubig. Sa temperatura na -200° nagdaragdag ito ng oxygen, na umaabot sa komposisyon U0 2>25.
Ang uranium (IV) oxide ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga reaksyon:
Ang uranium dioxide ay nagpapakita lamang ng mga pangunahing katangian, ito ay tumutugma sa pangunahing hydroxide U (OH) 4, na pagkatapos ay nagiging hydrated hydroxide U0 2 H 2 0. Ang uranium dioxide ay dahan-dahang natutunaw sa malakas na non-oxidizing acids sa kawalan ng atmospheric oxygen upang bumuo ng W + ion:
U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2Н 2 0. (38)
Ito ay natutunaw sa puro acids, at ang dissolution rate ay maaaring tumaas nang malaki sa pamamagitan ng pagdaragdag ng fluorine ion.
Kapag natunaw sa nitric acid, ang uranyl ion 1U 2 2+ ay nabuo:
Triuran octoxide U 3 0s (uranium oxide) - pulbos, ang kulay nito ay nag-iiba mula sa itim hanggang madilim na berde; sa malakas na pagdurog - olive-green na kulay. Ang malalaking itim na kristal ay nag-iiwan ng berdeng mga stroke sa porselana. May tatlong kilalang crystalline modification ng U 3 0 h: a-U 3 C>8 - rhombic crystal structure (sp. gr. C222; 0=0.671 nm; 6=1.197 nm; c=0.83 nm; d =0.839 nm); p-U 3 0e - rhombic crystal na istraktura (pangkat ng espasyo Stst; 0=0.705 nm; 6=1.172 nm; 0=0.829 nm. Ang simula ng agnas ay 100° (pumupunta sa 110 2), MPC = 0.075 mg / m3.
Ang U 3 C>8 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng reaksyon:
Sa pamamagitan ng calcining U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 o (NH 4) 2 U 2 0 7 sa 750 0 sa hangin o sa isang oxygen na kapaligiran ( p = 150 + 750 mm Hg) tumatanggap ng stoichiometrically pure U 3 08.
Kapag ang U 3 0s ay na-calcine sa T > 100°, ito ay nababawasan sa 110 2, gayunpaman, kapag pinalamig sa hangin, ito ay babalik sa U 3 0s. Ang U 3 0e ay natutunaw lamang sa puro malakas na asido. Sa hydrochloric at sulfuric acid, ang isang halo ng U(IV) at U(VI) ay nabuo, at sa nitric acid, nabuo ang uranyl nitrate. diluted sulfuric at hydrochloric acid masyadong mahina ang reaksyon sa U 3 Os kahit na pinainit, ang pagdaragdag ng mga ahente ng oxidizing (nitric acid, pyrolusite) ay tumataas nang husto ang rate ng pagkatunaw. Ang puro H 2 S0 4 ay natutunaw ang U 3 Os sa pagbuo ng U(S0 4) 2 at U0 2 S0 4 . Ang nitric acid ay natunaw ang U 3 Oe sa pagbuo ng uranyl nitrate.
Uranium trioxide, U0 3 - mala-kristal o amorphous na sangkap ng maliwanag na dilaw na kulay. Tumutugon sa tubig. MPC \u003d 0.075 mg / m 3.
Ito ay nakuha sa pamamagitan ng calcining ammonium polyuranates, uranium peroxide, uranyl oxalate sa 300 - ^ -500 ° at hexahydrate uranyl nitrate. Sa kasong ito, ang isang orange na pulbos ng isang amorphous na istraktura ay nabuo na may density
6.8 g/cm. Ang mala-kristal na anyo na IO 3 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng oksihenasyon ng U 3 0 8 sa temperaturang 450°-750° sa isang daloy ng oxygen. Mayroong anim na mala-kristal na pagbabago ng U0 3 (a, (3, y > g > ?, n) - U0 3 ay hygroscopic at mahalumigmig na hangin na-convert sa uranyl hydroxide. Ang pag-init nito sa 520°-^6oo° ay nagbibigay ng compound ng komposisyon na 110 2>9, ang karagdagang pag-init sa 6oo° ay ginagawang posible na makakuha ng U 3 Os.
Ang hydrogen, ammonia, carbon, alkali at alkaline earth na mga metal ay binabawasan ang U0 3 hanggang U0 2 . Sa pamamagitan ng pagpasa ng pinaghalong HF at NH 3 gas, nabuo ang UF 4. Sa pinakamataas na valency, ang uranium ay nagpapakita ng mga katangian ng amphoteric. Sa ilalim ng pagkilos ng U0 3 acids o mga hydrates nito, ang mga uranyl salts (U0 2 2+) ay nabuo, na may kulay na dilaw-berde:
Karamihan sa mga uranyl salt ay lubos na natutunaw sa tubig.
Sa alkalis, kapag pinagsama, ang U0 3 ay bumubuo ng mga asing-gamot ng uranic acid - uranates MDKH,:
Sa mga alkaline na solusyon, ang uranium trioxide ay bumubuo ng mga asing-gamot ng polyuranic acid - polyuranates dgM 2 0y110 3 pH^O.
Ang mga asin ng uranium acid ay halos hindi matutunaw sa tubig.
Ang mga acidic na katangian ng U(VI) ay hindi gaanong binibigkas kaysa sa mga pangunahing.
Ang uranium ay tumutugon sa fluorine sa temperatura ng silid. Ang katatagan ng mas mataas na halides ay bumababa mula sa fluoride hanggang sa iodide. Ang Fluoride na UF 3 , U4F17, U2F9 at UF 4 ay hindi pabagu-bago, at ang UFe ay pabagu-bago. Ang pinakamahalaga sa mga fluoride ay UF 4 at UFe.
Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart sa pagsasanay:
Ang reaksyon sa isang fluidized bed ay isinasagawa ayon sa equation:
Posibleng gumamit ng mga fluorinating agent: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) o CC1 2 F 2 (freon-12):
Uranium (1U) fluoride UF 4 ("berdeng asin") - pulbos mula sa mala-bughaw-berde hanggang sa kulay ng esmeralda. G 11L \u003d SW6 °; G to, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. Ang istrukturang kristal ay monoclinic (sp. gp C2/c; 0=1.273 nm; 5=1.075 nm; 0=0.843 nm; d= 6.7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; density 6.72 g / cm3. Ang UF 4 ay isang stable, hindi aktibo, non-volatile compound, hindi gaanong natutunaw sa tubig. Ang pinakamahusay na solvent para sa UF 4 ay fuming perchloric acid HC10 4. Ito ay natutunaw sa oxidizing acids upang bumuo ng isang uranyl salt mabilis na natutunaw sa isang mainit na solusyon ng Al(N0 3) 3 o A1C1 3, pati na rin sa isang solusyon ng boric acid na may H 2 S0 4 , HC10 4 o HC1. o boric acid, nag-aambag din sa ang pagkatunaw ng UF 4. Bumubuo ng isang bilang ng mga matipid na natutunaw na dobleng asing-gamot na may mga fluoride ng iba pang mga metal (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, atbp.) Ang NH 4 UF 5 ay may kahalagahan sa industriya.
Ang U(IV) fluoride ay isang intermediate na produkto sa paghahanda
parehong UF6 at uranium metal.
Ang UF 4 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga reaksyon: 
o sa pamamagitan ng electrolytic reduction ng uranyl fluoride.
Uranium hexafluoride UFe - sa temperatura ng silid, mga kristal na garing na may mataas na refractive index. Densidad
5.09 g/cm3, ang density ng likidong UFe ay 3.63 g/cm3. Lumilipad na koneksyon. Tvoag = 5^>5°> Gil=64.5° (sa ilalim ng presyon). Ang saturated vapor pressure ay umabot sa atmospera sa 560°. Entalpy ng pagbuo ng AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Ang kristal na istraktura ay rhombic (sp. gr. Rpta; 0=0.999 nm; fe= 0.8962 nm; c=0.5207 nm; d 5.060 nm (250). MPC - 0.015 mg / m3. Mula sa solid state, ang UF6 ay maaaring mag-sublime mula sa solid phase (sublimate) sa isang gas, na lumalampas sa liquid phase sa malawak na hanay ng mga pressure. Ang init ng sublimation sa 50 0 50 kJ/mg. Ang molekula ay walang dipole moment, kaya ang UF6 ay hindi nag-uugnay. Mga singaw UFr, - isang perpektong gas.
Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagkilos ng fluorine sa U ng mga compound nito:
Bilang karagdagan sa mga reaksyon ng gas-phase, mayroon ding mga reaksyon ng liquid-phase.
pagkuha ng UF6 gamit ang halofluoride, halimbawa
Mayroong isang paraan upang makakuha ng UF6 nang walang paggamit ng fluorine - sa pamamagitan ng pag-oxidize ng UF 4:
Ang UFe ay hindi tumutugon sa tuyong hangin, oxygen, nitrogen at CO 2, ngunit sa pakikipag-ugnay sa tubig, kahit na may mga bakas nito, sumasailalim ito sa hydrolysis:
Nakikipag-ugnayan ito sa karamihan ng mga metal, na bumubuo ng kanilang mga fluoride, na nagpapalubha sa mga paraan ng pag-iimbak nito. Ang mga angkop na materyales sa sisidlan para sa pagtatrabaho sa UF6 ay: Ni, Monel at Pt kapag pinainit, Teflon, ganap na tuyo na kuwarts at salamin, tanso at aluminyo kapag malamig. Sa temperatura na 25-yuo 0 ay bumubuo ng mga kumplikadong compound na may mga fluoride ng alkali metal at pilak tulad ng 3NaFUFr>, 3KF2UF6.
Mahusay itong natutunaw sa iba't ibang mga organikong likido, mga inorganic acid at sa lahat ng halogen fluoride. Inert to dry 0 2 , N 2 , CO 2 , C1 2 , Br 2 . Ang UFr ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga reaksyon sa karamihan ng mga purong metal. Sa hydrocarbons at iba pa organikong bagay Masiglang tumutugon ang UF6, kaya saradong mga sisidlan na may UFe ay maaaring sumabog. Ang UF6 sa hanay na 25 - 100° ay bumubuo ng mga kumplikadong asing-gamot na may mga fluoride ng alkali at iba pang mga metal. Ginagamit ang property na ito sa teknolohiya para sa selective extraction ng UF
Ang uranium hydride UH 2 at UH 3 ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng tulad-asin na hydride at hydride tulad ng mga solidong solusyon ng hydrogen sa metal.
Kapag ang uranium ay tumutugon sa nitrogen, ang mga nitride ay nabuo. AT Sistema ng U-N apat na phase ang kilala: UN (uranium nitride), a-U 2 N 3 (sesquinitride), p-U 2 N 3 at UN If90. Hindi posible na maabot ang komposisyon ng UN 2 (dinitride). Maaasahan at mahusay na kontrolado ang mga synthesis ng uranium mononitride UN, na pinakamahusay na ginagawa nang direkta mula sa mga elemento. Ang mga uranium nitride ay mga pulbos na sangkap, ang kulay nito ay nag-iiba mula sa madilim na kulay abo hanggang kulay abo; parang metal. Ang UN ay may cubic face-centered crystal structure, gaya ng NaCl (0=4.8892 A); (/ = 14.324, 7 ^ = 2855 °, stable sa vacuum hanggang 1700 0. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagtugon sa U o U hydride sa N 2 o NH 3 , agnas ng mas mataas na nitride U sa 1300 ° o ang pagbabawas ng mga ito sa metallic uranium. Ang U 2 N 3 ay kilala sa dalawang polymorphic na pagbabago: cubic a at hexagonal p (0=0.3688 nm, 6=0.5839 nm), naglalabas ng N 2 sa vacuum sa itaas ng 8oo°. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagbabawas ng UN 2 na may hydrogen. Ang UN 2 dinitride ay na-synthesize ng reaksyon ng U na may N 2 at mataas na presyon N2. Ang uranium nitride ay madaling natutunaw sa mga acid at alkali na solusyon, ngunit nabubulok sa mga tinunaw na alkalis.
Ang uranium nitride ay nakuha sa pamamagitan ng dalawang yugto ng carbothermal reduction ng uranium oxide:
Pagpainit sa argon sa 7M450 0 sa loob ng 10 * 20 oras
Posibleng makakuha ng uranium nitride na may komposisyon na malapit sa dinitride, UN 2, sa pamamagitan ng pagkilos ng ammonia sa UF 4 sa mataas na temperatura at presyon.
Ang uranium dinitride ay nabubulok kapag pinainit:
Ang uranium nitride, na pinayaman sa 2 35U, ay may mas mataas na fission density, thermal conductivity at melting point kaysa sa uranium oxides, ang tradisyonal na gasolina ng mga modernong power reactor. Mayroon din itong mahusay na mekanikal at katatagan, na lumalampas sa tradisyonal na gasolina. Samakatuwid, ang tambalang ito ay itinuturing na isang promising na batayan para sa nuclear fuel fast neutron reactors (generation IV nuclear reactors).
Magkomento. Napaka-kapaki-pakinabang ng UN na magpayaman sa '5N, dahil Ang ,4 N ay may posibilidad na kumuha ng mga neutron, na bumubuo ng radioactive isotope 14 C sa pamamagitan ng (n, p) na reaksyon.
Ang uranium carbide UC 2 (?-phase) ay isang light grey crystalline substance na may metal na kinang. AT Sistema ng U-C(uranium carbide) mayroong UC 2 (?-phase), UC 2 (b 2-phase), U 2 C 3 (e-phase), UC (b 2-phase) - uranium carbide. Ang uranium dicarbide UC 2 ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga reaksyon:
U + 2C ^ UC 2 (54v)
Ang mga uranium carbide ay ginagamit bilang gasolina para sa mga nuclear reactor, nangangako sila bilang gasolina para sa mga space rocket engine.
Uranyl nitrate, uranyl nitrate, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Ang papel ng metal sa asin na ito ay ginagampanan ng uranyl 2+ cation. Mga dilaw na kristal na may maberde na ningning, madaling natutunaw sa tubig. Ang may tubig na solusyon ay acidic. Natutunaw sa ethanol, acetone at eter, hindi matutunaw sa benzene, toluene at chloroform. Kapag pinainit, ang mga kristal ay natutunaw at naglalabas ng HN0 3 at H 2 0. Ang crystalline hydrate ay madaling nadudurog sa hangin. Ang isang katangian na reaksyon ay na sa ilalim ng pagkilos ng NH 3 isang dilaw na precipitate ng ammonium urate ay nabuo.
Ang uranium ay nagagawang bumuo ng mga metal na organikong compound. Ang mga halimbawa ay cyclopentadienyl derivatives ng komposisyong U(C 5 H 5) 4 at ang kanilang halogenated na u(C 5 H 5) 3 G o u(C 5 H 5) 2 G 2 .
Sa mga may tubig na solusyon, ang uranium ay pinaka-matatag sa estado ng oksihenasyon na U(VI) sa anyo ng uranyl ion U0 2 2+ . Sa isang maliit na lawak, ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng estado ng U(IV), ngunit maaari pa itong umiral sa anyong U(III). Ang estado ng oksihenasyon ng U(V) ay maaaring umiral bilang ang IO 2 + ion, ngunit ang estado na ito ay bihirang maobserbahan dahil sa pagkahilig sa disproportionation at hydrolysis.
Sa mga neutral at acidic na solusyon, ang U(VI) ay umiiral bilang U0 2 2+, isang dilaw na uranyl ion. Kasama sa mga well-soluble na uranyl salt ang nitrate U0 2 (N0 3) 2, sulfate U0 2 S0 4, chloride U0 2 C1 2, fluoride U0 2 F 2, acetate U0 2 (CH 3 C00) 2. Ang mga asing-gamot na ito ay nakahiwalay sa mga solusyon sa anyo ng mga crystalline hydrates na may iba't ibang bilang ng mga molekula ng tubig. Ang mga bahagyang natutunaw na asin ng uranyl ay: oxalate U0 2 C 2 0 4, phosphates U0 2 HP0., at UO2P2O4, ammonium uranyl phosphate UO2NH4PO4, sodium uranyl vanadate NaU0 2 V0 4, ferrocyanide (U0 2) 2. Ang uranyl ion ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang ugali upang bumuo ng mga kumplikadong compound. Kaya ang mga complex na may fluorine ions ng uri -, 4- ay kilala; mga nitrate complex at 2 *; sulfate complexes 2 "at 4-; carbonate complexes 4" at 2 ", atbp. Sa ilalim ng pagkilos ng alkalis sa mga solusyon ng uranyl salts, ang mga bahagyang natutunaw na precipitates ng diuranates ng Me 2 U 2 0 7 na uri ay inilabas (Me 2 U0 4 Ang mga monouranate ay hindi nakahiwalay sa mga solusyon, ang mga ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagsasanib ng uranium oxide na may alkalis) Me 2 U n 0 3 n+i polyuranates ay kilala (halimbawa, Na 2 U60i 9).
Ang U(VI) ay nababawasan sa mga acidic na solusyon sa U(IV) ng iron, zinc, aluminum, sodium hydrosulfite, at sodium amalgam. Ang mga solusyon ay may kulay na berde. Alkalis precipitate hydroxide at 0 2 (0H) 2 mula sa kanila, hydrofluoric acid - fluoride UF 4 -2.5H 2 0, oxalic acid - oxalate U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Ang pagkahilig sa kumplikadong pagbuo sa U 4+ ion na mas mababa kaysa sa uranyl ions.
Ang Uranium (IV) sa solusyon ay nasa anyo ng mga U 4+ ions, na mataas ang hydrolyzed at hydrated:
Ang hydrolysis ay pinigilan sa mga acidic na solusyon.
Ang uranium (VI) sa solusyon ay bumubuo ng uranyl oxocation - U0 2 2+ Maraming uranyl compound ang kilala, ang mga halimbawa nito ay: 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 atbp.
Sa panahon ng hydrolysis ng uranyl ion, ang isang bilang ng mga multinuclear complex ay nabuo:
Sa karagdagang hydrolysis, lilitaw ang U 3 0s (0H) 2 at pagkatapos ay U 3 0 8 (0H) 4 2 -.
Para sa qualitative detection ng uranium, ginagamit ang mga pamamaraan ng kemikal, luminescent, radiometric at spectral na pagsusuri. Ang mga pamamaraan ng kemikal ay pangunahing batay sa pagbuo ng mga may-kulay na compound (halimbawa, pula-kayumanggi na kulay ng compound na may ferrocyanide, dilaw na may hydrogen peroxide, asul na may arsenazo reagent). Ang paraan ng luminescent ay batay sa kakayahan ng maraming mga uranium compound na magbigay ng isang madilaw-berde na glow sa ilalim ng pagkilos ng UV rays.
Ang dami ng pagpapasiya ng uranium ay isinasagawa sa pamamagitan ng iba't ibang pamamaraan. Ang pinakamahalaga sa mga ito ay ang mga: volumetric na pamamaraan, na binubuo sa pagbawas ng U(VI) sa U(IV) na sinusundan ng titration na may mga solusyon ng oxidizing agent; mga pamamaraan ng timbang - pag-ulan ng uranates, peroxide, U(IV) kupferranates, oxyquinolate, oxalate, atbp. na sinusundan ng kanilang calcination sa 100° at tumitimbang ng U 3 0s; Ang mga pamamaraan ng polarographic sa isang solusyon ng nitrate ay ginagawang posible upang matukoy ang 10 x 7 x 10-9 g ng uranium; maraming mga pamamaraan ng colorimetric (halimbawa, na may H 2 0 2 sa isang alkaline na daluyan, na may reagent ng arsenazo sa pagkakaroon ng EDTA, na may dibenzoylmethane, sa anyo ng isang thiocyanate complex, atbp.); luminescent na paraan, na ginagawang posible upang matukoy kapag pinagsama sa NaF sa yu 11 g uranium.
Ang 235U ay kabilang sa pangkat A ng panganib sa radiation, ang pinakamababang makabuluhang aktibidad MZA=3.7-10 4 Bq, 2 s 8 at - sa pangkat D, MZA=3.7-10 6 Bq (300 g).
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang radioactive element na uranium ay isang metal na may malaking atomic (molecular) mass - 238.02891 g / mol. Ayon sa indicator na ito, pumapangalawa siya, dahil. ang plutonium lamang ang mas mabigat kaysa rito. Ang pagkuha ng uranium ay nauugnay sa sunud-sunod na pagpapatupad ng isang bilang ng mga teknolohikal na operasyon:
- konsentrasyon ng bato, ang pagdurog nito at pag-ulan ng mabibigat na bahagi sa tubig
- concentrate leaching o oxygen purga
- paglipat ng uranium sa isang solidong estado (oxide o tetrafluoride UF 4)
- pagkuha ng uranyl nitrate UO 2 (NO 3) 2 sa pamamagitan ng pagtunaw ng mga hilaw na materyales sa nitric acid
- crystallization at calcination para makakuha ng oxide UO 3
- pagbabawas sa hydrogen upang makakuha ng UO 2
- pagkuha ng tetrafluoride UF 4 sa pamamagitan ng pagdaragdag ng gaseous hydrogen fluoride
- pagbabawas ng uranium metal na may magnesium o calcium
mga mineral na uranium
Ang pinakakaraniwang U mineral ay:
- Nasturan (uraninite) - ang pinakatanyag na oksido, na tinatawag na "mabigat na tubig"
- Carnotite
- Tuyamunit
- Thorbernite
- Samarskit
- brannerite
- Casolite
- paninirang-puri
Produksyon ng uranium
Ayon sa kumpanya ng Russia na Rosatom, isa sa mga pinuno ng mundo sa pandaigdigang merkado ng uranium, higit sa 3,000 tonelada ng uranium ang nakuha sa planeta noong 2014. Kasabay nito, ayon sa mga kinatawan ng dibisyon ng pagmimina ng korporasyon ng estado na ito, ang dami ng mga reserbang Ruso ng metal na ito ay 727.2 libong tonelada (ika-3 lugar sa mundo), na ginagarantiyahan ang walang patid na supply ng mga kinakailangang hilaw na materyales sa loob ng maraming dekada. .
Ang mga pangunahing katangian ng kemikal ng uranium ay ipinakita sa talahanayan:
Ang elementong U, tulad ng curium at plutonium, ay isang artipisyal na elemento ng pamilyang actinide. Ang mga kemikal na katangian nito sa maraming paraan ay katulad ng sa tungsten, molybdenum at chromium. Ang uranium ay nailalarawan sa pamamagitan ng variable na valency, pati na rin ang isang ugali upang bumuo (UO 2) + 2 - uranyl, na isang kumplikadong ion.
Mga pamamaraan ng pagpapayaman ng uranium
Tulad ng alam mo, ang natural na U ay naglalaman ng 3 isotopes:
- 238U (99.2745%)
- 235U (0.72%)
- 234U (0.0055%)
Ang pagpapayaman ng uranium ay nauunawaan bilang isang pagtaas sa proporsyon ng 235U isotope sa metal - ang tanging isa na may kakayahang mag-independiyenteng nuclear chain reaction.
Upang maunawaan kung paano pinayaman ang uranium, kinakailangang isaalang-alang ang antas ng pagpapayaman nito:
- nilalaman 0.72% - maaaring magamit sa ilang mga power reactor
- 2-5% - ginagamit sa karamihan ng mga power reactor
- hanggang sa 20% (mababang enriched) - para sa mga pang-eksperimentong reactor
- higit sa 20% (highly enriched o armas-grade) - nuclear reactors, armas.
Paano pinayaman ang uranium? Mayroong maraming mga paraan para sa pagpapayaman ng uranium, ngunit ang mga sumusunod ay ang pinaka naaangkop:
- electromagnetic - acceleration ng elementary particles sa isang espesyal na accelerator at ang kanilang twisting sa isang magnetic field
- aerodynamic - pag-ihip ng gaseous uranium sa pamamagitan ng mga espesyal na nozzle
- gas centrifugation - ang uranium gas sa centrifuge ay gumagalaw at sa pamamagitan ng inertia ay nagtutulak ng mabibigat na molekula sa mga dingding ng centrifuge
- paraan ng pagsasabog ng gas ng uranium enrichment - "pagsasala" ng mga light isotopes ng uranium sa pamamagitan ng maliliit na pores ng mga espesyal na lamad
Ang pangunahing saklaw ng uranium ay gasolina para sa mga nuclear reactor, reactor ng mga nuclear power plant, nuclear mga planta ng kuryente. Bilang karagdagan, ang 235U isotope ay ginagamit sa mga sandatang nuklear, habang ang hindi pinayaman na metal na may mataas na proporsyon ng 238U ay ginagawang posible na makakuha ng pangalawang nuclear fuel - plutonium.
