УРАН — металл для мира и войны

Уран — металл активный, в природе образует много ярко окрашенных соединений. Эти соединения с давних лет использовали для производства глазурей и эмалей. Ими покрывали керамику.

Интересно: во Франции и Англии делали посуду из «канареечного стекла», содержащего оксиды урана.

До 1944 года посуду линии Fiesta Dinnerware покрывали яркой оранжевой глазурью. В ее состав входили соединения металла.

Урановая глазурь. Радиоактивность посуды.
Урановая глазурь. Посуда.

Посуда красивая, но бомбы важнее

До Второй Мировой войны урансодержащие глазури применяли многие производители керамики. Но история сделала поворот, и в 1943 году правительство США конфисковало все запасы металла. Он понадобился для стратегических целей — изготовления ядерного оружия.

уран

Свойства Урана

уран элементУран (Uranium), 92-й элемент таблицы Менделеева, относится к металлам (семейство актиноидов).

Характеристики:

  • структура решетки орторомбическая;
  • имеет 3 кристаллические модификации;
  • металл тяжелый, с высокой плотностью;
  • слабый парамагнетик;
  • металл радиоактивный.

Природный уран состоит из трех изотопов: 234U, 235U, 238U.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (жирным выделены природные изотопы):

Массовое число Период полураспада Основной тип распада
233 1,59⋅105 лет α
234 2,45⋅105 лет α
235 7,13⋅108 лет α
236 2,39⋅107 лет α
237 6,75 сут. β−
238 4,47⋅109 лет α
239 23,54 минуты β−
240 14 часов β−

Стабильных изотопов нет.

Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Форма Примечание
+3 Не существует Не существует U3+, UH3 Сильный восстановитель
+4 UO2 Не существует Основный UO2, галогениды
+5 Не существует Не существует Галогениды В воде диспропорционирует
+6 UO3 UO2(OH)2 Амфотерный UO22+ (уранил)
UO42- (уранат)
U2O72- (диуранат)
Устойчив на воздухе и в воде

Химические свойства:

  1. Степени окисления от +3 до +6;
  2. Реагирует со многими неметаллами.
  3. С кислородом образует оксиды.
  4. Растворяется в кислотах: быстро — в HCl, HNO3, медленно в H2SO4, H3PO4, HF (формулы кислот).
  5. Не реагирует со щелочами.
Рекомендуем:  ТИТАН - супермен среди металлов
Познавательно: радиоактивность металла изучали супруги Кюри-Склодовские более 100 лет назад. Их рабочие журналы до сих пор «фонят» так, что хранятся в свинцовых коробках.

Ученые говорят, что открыть их можно будет только через 1600 лет.

Свойства атома
Название, символ, номер Уран / Uranium (U), 92
Атомная масса
(молярная масса)
238,02891(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 5f3 6d1 7s2
Радиус атома 138 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 142 пм
Радиус иона (+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность 1,38 (шкала Полинга)
Электродный потенциал U←U4+ -1,38В
U←U3+ -1,66В
U←U2+ -0,1В
Степени окисления 6, 5, 4, 3
Энергия ионизации
(первый электрон)
 686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 19,05 г/см³
Температура плавления 1405,5 K
Температура кипения 4018 K
Уд. теплота плавления 12,6 кДж/моль
Уд. теплота испарения 417 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 27,67[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 12,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки орторомбическая
Параметры решётки a = 2,854 Å;
b = 5,870 Å;
c = 4,955 Å[3]
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 27,5 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-61-1

Минералы, руды, добыча

В природе есть несколько урановых минералов:

  • уранинит;
  • настуран;
  • карнотит;
  • тюямунит.

Минералы можно отличить формами нахождения: в докембрийских, палеозойских, осадочных породах.

Основными месторождениями владеют Казахстан, Россия, Канада, Австралия.

минералы урана
Минералы урана

Добыча руды происходит тремя способами:

  1. Открытое. При залегании рудного тела близко к поверхности.
  2. Подземное. Руда глубоко под землей, пробиваются шахты, руду поднимают вверх на лифтах.
  3. Подземное выщелачивание. Бурят скважины, закачивают в них серную кислоту. Полученный раствор выкачивают и концентрируют.

Уран входит в состав ториевых и редкоземельных минералов.

Урановая руда
Урановая руда

Получение

Основной задачей является производство продукта для ядерных реакторов. Это могут быть чистый металл, UO2, UF4.

Схема деления 235U
Схема деления 235U

Способ получения чистого урана:

  1. Концентрирование.
  2. Выщелачивание концентрата (перевод металла в раствор).
  3. Выделение урана методом экстракции или ионообменными смолами.
  4. Перевод продукта в оксид или тетрафторид.
  5. При надобности соединения переводят в UO2, UF4.
  6. Восстанавливают металлический уран.
Рекомендуем:  РУТЕНИЙ - загадочный, как русская душа

Сплавы, соединения

В урановых сплавах применяют в качестве лигатуры:

Основными соединениями урана считают сплавы U-Al, U-Mg и U-Мо.

К сведению: оружейный уран легко превратить в топливный — просто «разбавить» обедненным (естественным).

Плюсы и минусы

Достоинств у урана много — он и на войне солдат, и в мирной жизни поможет, и вылечит.

Недостатком можно считать изменение механических свойств ТВЭЛов при работе в реакторе. Поэтому здесь применяется не чистый металл, а его сплавы с цирконием, алюминием, молибденом.

Применение

Изотоп 235U имеет широкое применение — от атомных электростанций до ядерного оружия.

  1. В Америке из обедненного урана делают танковую броню и сердечники бронебойных снарядов.
  2. Урановые катализаторы имеют большое будущее в энергетике.
  3. Тяжелый металл используют в качестве балласта для кораблей и противовесов в самолетах.
  4. В геохронологии, как метод радиоизотопного датирования.
  5. В изготовлении ТВЭЛов — стержней с ядерными «таблетками» для реакторов атомных станций.
  6. При работе ядерных реакторов синтезируется плутоний-239; его используют в ядерном оружии и ядерной энергетике.
Страна Количество энергоблоков
США 104
Франция 58
Япония 54
Познавательно: первая в мире АЭС построена в российском городе Обнинске.

Стоимость

Цена 1 фунта урана (453.59 грамма) на 23.09.2020 составляла $ 29.96.

Важно: авария на Фукусиме спровоцировала падение цен на ядерное топливо.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector