Уран — металл активный, в природе образует много ярко окрашенных соединений. Эти соединения с давних лет использовали для производства глазурей и эмалей. Ими покрывали керамику.
До 1944 года посуду линии Fiesta Dinnerware покрывали яркой оранжевой глазурью. В ее состав входили соединения металла.
Содержание
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.
Свойства Урана
Уран (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:
- Степени окисления от +3 до +6;
- Реагирует со многими неметаллами.
- С кислородом образует оксиды.
- Растворяется в кислотах: быстро — в HCl, HNO3, медленно в H2SO4, H3PO4, HF (формулы кислот).
- Не реагирует со щелочами.
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.
Добыча руды происходит тремя способами:
- Открытое. При залегании рудного тела близко к поверхности.
- Подземное. Руда глубоко под землей, пробиваются шахты, руду поднимают вверх на лифтах.
- Подземное выщелачивание. Бурят скважины, закачивают в них серную кислоту. Полученный раствор выкачивают и концентрируют.
Уран входит в состав ториевых и редкоземельных минералов.
Получение
Основной задачей является производство продукта для ядерных реакторов. Это могут быть чистый металл, UO2, UF4.
Способ получения чистого урана:
- Концентрирование.
- Выщелачивание концентрата (перевод металла в раствор).
- Выделение урана методом экстракции или ионообменными смолами.
- Перевод продукта в оксид или тетрафторид.
- При надобности соединения переводят в UO2, UF4.
- Восстанавливают металлический уран.
Сплавы, соединения
В урановых сплавах применяют в качестве лигатуры:
Основными соединениями урана считают сплавы U-Al, U-Mg и U-Мо.
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.
- В Америке из обедненного урана делают танковую броню и сердечники бронебойных снарядов.
- Урановые катализаторы имеют большое будущее в энергетике.
- Тяжелый металл используют в качестве балласта для кораблей и противовесов в самолетах.
- В геохронологии, как метод радиоизотопного датирования.
- В изготовлении ТВЭЛов — стержней с ядерными «таблетками» для реакторов атомных станций.
- При работе ядерных реакторов синтезируется плутоний-239; его используют в ядерном оружии и ядерной энергетике.
| Страна | Количество энергоблоков |
| США | 104 |
| Франция | 58 |
| Япония | 54 |
Стоимость
Цена 1 фунта урана (453.59 грамма) на 23.09.2020 составляла $ 29.96.
(голосов: 6, средняя оценка: 4,50 из 5)
