Zašto je uranijum i njegova jedinjenja opasni? Uranijum, hemijski element: istorija otkrića i reakcija nuklearne fisije.
Sadržaj članka
URAN, U (uran), metalni hemijski element iz porodice aktinida, koji uključuje Ac, Th, Pa, U, i transuranijumske elemente (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr ). Uranijum je postao poznat po upotrebi u nuklearnom oružju i nuklearnoj energiji. Uranijum oksidi se takođe koriste za bojenje stakla i keramike.
Pronalaženje u prirodi.
Sadržaj uranijuma u zemljinoj kori iznosi 0,003%, javlja se u površinskom sloju zemlje u vidu četiri vrste naslaga. Prvo, to su vene uraninita, odnosno uranijumske smole (uranijum dioksid UO 2), veoma bogate uranijumom, ali retke. Oni su praćeni naslagama radijuma, jer je radijum direktan proizvod izotopskog raspada uranijuma. Takve vene nalaze se u Zairu, Kanadi (Veliko medvjeđe jezero), Češkoj i Francuskoj. Drugi izvor uranijuma su konglomerati torijuma i uranijumske rude, zajedno sa rudama drugih važnih minerala. Konglomerati obično sadrže dovoljne količine zlata i srebra za ekstrakciju, a uran i torijum postaju prateći elementi. Velika nalazišta ovih ruda nalaze se u Kanadi, Južnoj Africi, Rusiji i Australiji. Treći izvor uranijuma su sedimentne stijene i pješčenici bogati mineralom karnotitom (kalij uranil vanadat), koji pored uranijuma sadrži značajnu količinu vanadijuma i drugih elemenata. Takve rude nalaze se u zapadnim državama Sjedinjenih Država. Gvozdeno-uranski škriljci i fosfatne rude predstavljaju četvrti izvor depozita. Bogata ležišta nalaze se u škriljcima Švedske. Neke fosfatne rude u Maroku i Sjedinjenim Državama sadrže značajne količine uranijuma, a nalazišta fosfata u Angoli i Centralnoafričkoj Republici još su bogatija uranijumom. Većina lignita i neki ugalj obično sadrže nečistoće uranijuma. Nalazišta lignita bogata uranijumom pronađena su u Sjevernoj i Južnoj Dakoti (SAD), a bitumenski ugalj u Španiji i Češkoj.
Otvaranje.
Uranijum je 1789. godine otkrio njemački hemičar M. Klaproth, koji je element nazvao u čast otkrića planete Uran 8 godina ranije. (Klaproth je bio vodeći hemičar svog vremena; otkrio je i druge elemente, uključujući Ce, Ti i Zr.) Zapravo, supstanca koju je Klaproth dobio nije bila elementarni uran, već njegov oksidirani oblik, a elementarni uran je bio prvi dobio je francuski hemičar E. .Peligot 1841. Od trenutka otkrića do 20. veka. uranijum nije bio toliko važan kao danas, iako su mnoga njegova fizička svojstva, kao i atomska masa i gustina, određena. Godine 1896. A. Becquerel je otkrio da soli uranijuma imaju zračenje koje osvjetljava fotografsku ploču u mraku. Ovo otkriće je podstaklo hemičare na istraživanja u oblasti radioaktivnosti, a 1898. godine francuski fizičari, supružnici P. Curie i M. Sklodowska-Curie, izolovali su soli radioaktivnih elemenata polonija i radijuma, a E. Rutherford, F. Soddy, C. Faience i drugi naučnici razvili su teoriju radioaktivnog raspada, koja je postavila temelje moderne nuklearne hemije i nuklearne energije.
Prve primjene uranijuma.
Iako je bila poznata radioaktivnost soli uranijuma, njegove rude u prvoj trećini ovog vijeka korišćene su samo za dobijanje pratećeg radijuma, a uranijum se smatrao nepoželjnim nusproizvodom. Njegova upotreba bila je koncentrisana uglavnom u tehnologiji keramike i metalurgije; Uranijum oksidi su se široko koristili za bojenje stakla u boje od blijedo žute do tamnozelene, što je doprinijelo razvoju jeftine proizvodnje stakla. Danas se proizvodi iz ovih industrija identificiraju kao fluorescentni pod ultraljubičastim svjetlom. Tokom Prvog svetskog rata i ubrzo nakon toga, uranijum u obliku karbida korišćen je u proizvodnji alatnih čelika, slično kao Mo i W; 4-8% uranijuma zamijenilo je volfram, koji je u to vrijeme bio ograničen u proizvodnji. Da bi se dobili alatni čelici 1914–1926, proizvodilo se nekoliko tona ferouranija godišnje, koji je sadržavao do 30% (mas.) U. Međutim, ova upotreba uranijuma nije dugo trajala.
Moderna upotreba uranijuma.
Industrija uranijuma počela je da se formira 1939. godine, kada je izvršena fisija izotopa uranijuma 235 U, što je dovelo do tehničke implementacije kontrolisanih lančanih reakcija fisije uranijuma u decembru 1942. To je bilo rođenje ere atoma, kada se uranijum iz sporednog elementa pretvorio u jedan od najvažnijih elemenata u životnom društvu. Vojni značaj uranijuma za proizvodnju atomske bombe i njegova upotreba kao goriva u nuklearnim reaktorima stvorila je potražnju za uranijumom koja je astronomski porasla. Zanimljiva hronologija rasta potražnje za uranijumom zasnovana je na istoriji ležišta u Velikom medvjeđem jezeru (Kanada). Godine 1930. u ovom jezeru je otkrivena smolasta mješavina, mješavina uranovih oksida, a 1932. godine na ovom području uspostavljena je tehnologija za prečišćavanje radijuma. Od svake tone rude (katranske mešavine) dobija se 1 g radijuma i oko pola tone nusproizvoda – koncentrata uranijuma. Međutim, radijuma je bilo malo i njegovo vađenje je zaustavljeno. Od 1940. do 1942. razvoj je nastavljen i ruda uranijuma je isporučena u Sjedinjene Države. Godine 1949. slično prečišćavanje uranijuma, uz neke modifikacije, primijenjeno je za proizvodnju čistog UO 2 . Ova proizvodnja je porasla i sada je jedna od najvećih proizvodnje uranijuma.
Svojstva.
Uranijum je jedan od najtežih elemenata koji se nalaze u prirodi. Čisti metal je vrlo gust, duktilan, elektropozitivan sa niskom električnom provodljivošću i visoko reaktivan.
Uranijum ima tri alotropske modifikacije: a-uranijum (ortorombična kristalna rešetka), postoji u opsegu od sobne temperature do 668°C; b- uranijum (složena kristalna rešetka tetragonalnog tipa), stabilan u rasponu od 668–774 ° C; g- uranijum (telesno centrirana kubična kristalna rešetka), stabilan od 774°C do tačke topljenja (1132°C). Pošto su svi izotopi uranijuma nestabilni, svi njegovi spojevi pokazuju radioaktivnost.
Izotopi uranijuma
238 U, 235 U, 234 U se nalaze u prirodi u omjeru 99,3:0,7:0,0058, a 236U u tragovima. Svi ostali izotopi uranijuma od 226 U do 242 U dobijaju se veštački. Izotop 235 U je od posebnog značaja. Pod djelovanjem sporih (toplinskih) neutrona dijeli se uz oslobađanje ogromne energije. Potpuna fisija od 235 U rezultira oslobađanjem "ekvivalenata toplinske energije" od 2h 10 7 kWh/kg. Fisija 235 U može se koristiti ne samo za proizvodnju velikih količina energije, već i za sintetizaciju drugih važnih aktinidnih elemenata. Prirodni izotopni uran se može koristiti u nuklearnim reaktorima za proizvodnju neutrona proizvedenih fisijom 235 U, dok višak neutrona koji nije potreban lančanom reakcijom može biti zarobljen drugim prirodnim izotopom, što rezultira proizvodnjom plutonija:
Kada se brzim neutronima bombarduju sa 238 U, javljaju se sljedeće reakcije:
Prema ovoj shemi, najčešći izotop 238 U može se pretvoriti u plutonijum-239, koji je, kao i 235 U, također sposoban za fisiju pod utjecajem sporih neutrona.
Trenutno je dobiven veliki broj umjetnih izotopa uranijuma. Među njima, 233 U je posebno istaknut po tome što se takođe fisije u interakciji sa sporim neutronima.
Neki drugi umjetni izotopi uranijuma se često koriste kao radioaktivne oznake (traceri) u kemijskim i fizičkim istraživanjima; to je prije svega b- emiter 237 U i a- emiter 232 U.
Veze.
Uran, visoko reaktivan metal, ima oksidaciona stanja od +3 do +6, blizak je beriliju u nizu aktivnosti, u interakciji je sa svim nemetalima i formira intermetalna jedinjenja sa Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn i Zn. Posebno je reaktivan fino usitnjeni uran, koji na temperaturama iznad 500°C često ulazi u reakcije karakteristične za uranijum hidrid. Grudasti uranijum ili strugotine gori jako na 700-1000°C, dok pare uranijuma gore već na 150-250°C; uranijum reaguje sa HF na 200-400°C, formirajući UF 4 i H 2 . Uran se polako otapa u koncentrovanom HF ili H 2 SO 4 i 85% H 3 PO 4 čak i na 90 °C, ali lako reaguje sa konc. HCl i manje aktivan sa HBr ili HI. Najaktivnije i najbrže se odvijaju reakcije uranijuma s razrijeđenim i koncentriranim HNO 3 sa stvaranjem uranil nitrata ( vidi ispod). U prisustvu HCl, uranijum se brzo rastvara u organskim kiselinama, formirajući organske soli U 4+. U zavisnosti od stepena oksidacije, uranijum formira nekoliko vrsta soli (najvažnija među njima sa U 4+, jedna od njih je UCl 4 lako oksidirajuća zelena so); uranilne soli (UO 2 2+ radikal) tipa UO 2 (NO 3) 2 su žute i fluoresciraju zelene boje. Uranilne soli nastaju otapanjem amfoternog oksida UO 3 (žute boje) u kiseloj sredini. U alkalnom okruženju, UO 3 formira uranate tipa Na 2 UO 4 ili Na 2 U 2 O 7. Potonje jedinjenje ("žuti uranil") koristi se za proizvodnju porculanskih glazura i u proizvodnji fluorescentnih stakala.
Uranijum halogenidi su široko proučavani 1940-1950-ih, jer su bili osnova za razvoj metoda za odvajanje izotopa uranijuma za atomsku bombu ili nuklearni reaktor. Uranijum trifluorid UF 3 dobijen je redukcijom UF 4 vodonikom, a uran tetrafluorid UF 4 se dobija na različite načine reakcijama HF sa oksidima kao što su UO 3 ili U 3 O 8 ili elektrolitičkom redukcijom uranilnih jedinjenja. Uranijum heksafluorid UF 6 se dobija fluoracijom U ili UF 4 elementarnim fluorom ili delovanjem kiseonika na UF 4 . Heksafluorid formira prozirne kristale sa visokim indeksom prelamanja na 64°C (1137 mmHg); jedinjenje je isparljivo (sublimira na 56,54 °C pod normalnim uslovima pritiska). Uranijum oksohalidi, na primjer, oksofluoridi, imaju sastav UO 2 F 2 (uranil fluorid), UOF 2 (uranijum oksid difluorid).
(prema Paulingu)
U←U 3+ -1.66V
U←U 2+ -0.1V
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| Uran | |
Uran(staro ime Urania) je hemijski element sa atomskim brojem 92 u periodnom sistemu, atomske mase 238.029; označeno simbolom U ( Uranijum), pripada porodici aktinida.
Priča
Još u antičko doba (I vek pne) prirodni uranijum oksid se koristio za pravljenje žute glazure za keramiku. Istraživanje uranijuma je evoluiralo kao lančana reakcija koju stvara. U početku su informacije o njegovim svojstvima, poput prvih impulsa lančane reakcije, dolazile s dugim prekidima, od slučaja do slučaja. Prvi važan datum u historiji uranijuma je 1789., kada je njemački prirodni filozof i hemičar Martin Heinrich Klaproth obnovio zlatno-žutu "zemlju" izvađenu iz rude saksonske smole u supstancu nalik crnom metalu. U čast tada najudaljenije planete (koju je Herschel otkrio osam godina ranije), Klaproth, smatrajući novu supstancu elementom, nazvao ju je uranijumom.
Pedeset godina se Klaprotov uranijum smatrao metalom. Tek 1841. godine, Eugene Melchior Peligot - francuski hemičar (1811-1890)] dokazao je da, uprkos karakterističnom metalnom sjaju, Klaprotov uranijum nije element, već oksid. UO 2. Godine 1840. Peligo je uspio dobiti pravi uranijum, čelično sivi teški metal, i odrediti njegovu atomsku težinu. Sljedeći važan korak u proučavanju uranijuma napravio je 1874. D. I. Mendeljejev. Na osnovu periodičnog sistema koji je razvio, stavio je uranijum u najudaljeniju ćeliju svog stola. Ranije se smatralo da je atomska težina uranijuma jednaka 120. Veliki hemičar je udvostručio ovu vrijednost. Nakon 12 godina, Mendeljejevljevo predviđanje potvrđeno je eksperimentima njemačkog hemičara Zimmermana.
Proučavanje uranijuma počelo je 1896. godine: francuski hemičar Antoine Henri Becquerel slučajno je otkrio Becquerelove zrake, koje je Marie Curie kasnije preimenovala u radioaktivnost. U isto vrijeme, francuski hemičar Henri Moissan uspio je razviti metodu za dobijanje čistog metalnog uranijuma. Godine 1899. Rutherford je otkrio da je zračenje preparata uranijuma neujednačeno, da postoje dvije vrste zračenja - alfa i beta zraci. Oni nose različit električni naboj; daleko od istog raspona supstance i jonizujuće sposobnosti. Nešto kasnije, u maju 1900. godine, Paul Villard je otkrio treću vrstu zračenja - gama zrake.
Ernest Rutherford je 1907. izveo prve eksperimente za određivanje starosti minerala u proučavanju radioaktivnog uranijuma i torija na osnovu teorije radioaktivnosti koju je stvorio zajedno s Frederickom Soddyjem (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelova nagrada za hemiju, 1921). Godine 1913. F. Soddy je uveo koncept izotopi(od grčkog ισος - "jednak", "isti" i τόπος - "mjesto"), a 1920. godine predvidio je da se izotopi mogu koristiti za određivanje geološke starosti stijena. Godine 1928. Niggo je shvatio, a 1939., A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 - 1994) stvorio je prve jednačine za izračunavanje starosti i primijenio maseni spektrometar za odvajanje izotopa.
Godine 1939. Frederic Joliot-Curie i njemački fizičari Otto Frisch i Lisa Meitner otkrili su nepoznati fenomen koji se javlja sa jezgrom uranijuma kada je ozračeno neutronima. Došlo je do eksplozivnog uništenja ovog jezgra sa stvaranjem novih elemenata mnogo lakših od uranijuma. Ovo uništavanje je bilo eksplozivne prirode, fragmenti proizvoda rasuti su u različitim smjerovima ogromnom brzinom. Tako je otkriven fenomen nazvan nuklearna reakcija.
Godine 1939-1940. Yu. B. Khariton i Ya. B. Zel'dovich su po prvi put teoretski pokazali da je uz blago obogaćivanje prirodnog uranijuma uranijumom-235 moguće stvoriti uslove za kontinuiranu fisiju atomskih jezgara, tj. dati procesu lančani karakter.
Biti u prirodi
Uraninit ruda
Uranijum je široko rasprostranjen u prirodi. Uranijum klarka je 1·10 -3% (tež.). Količina uranijuma u sloju litosfere debljine 20 km procjenjuje se na 1,3 10 14 tona.
Najveći dio uranijuma nalazi se u kiselim stijenama s visokim sadržajem silicijum. Značajna masa uranijuma koncentrirana je u sedimentnim stijenama, posebno onim obogaćenim organskom tvari. Uran je u velikim količinama prisutan kao nečistoća u torijumu i mineralima rijetkih zemalja (ortit, sfen CaTiO 3 , monazit (La,Ce)PO 4 , cirkon ZrSiO 4 , ksenotim YPO4 itd.). Najvažnije rude uranijuma su smola (katranska smola), uraninit i karnotit. Glavni minerali - sateliti uranijuma su molibdenit MoS 2, galenit PbS, kvarc SiO 2, kalcit CaCO 3, hidromuskovit itd.
| Mineral | Glavni sastav minerala | Sadržaj uranijuma, % |
|---|---|---|
| Uraninit | UO 2 , UO 3 + ThO 2 , CeO 2 | 65-74 |
| karnotit | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 2H 2 O | ~50 |
| Casolite | PbO 2 UO 3 SiO 2 H 2 O | ~40 |
| Samarskit | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| branerit | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| Tuyamunit | CaO 2UO 3 V 2 O 5 nH 2 O | 50-60 |
| zeynerite | Cu(UO 2) 2 (AsO 4) 2 nH 2 O | 50-53 |
| Otenitis | Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Schrekingerite | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH) 9H 2 O | 25 |
| Ouranophanes | CaO UO 2 2SiO 2 6H 2 O | ~57 |
| fergusonit | (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O 4 | 0.2-8 |
| Thorbernite | Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| coffinite | U(SiO 4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Glavni oblici uranijuma koji se nalaze u prirodi su uraninit, smola (katranska smola) i uranijum crna. Razlikuju se samo po oblicima pojavljivanja; postoji zavisnost od starosti: uraninit je prisutan uglavnom u drevnim (prekambrijskim stijenama), pitchblende - vulkanogenim i hidrotermalnim - uglavnom u paleozoičkim i mlađim visoko- i srednjetemperaturnim formacijama; crni uran - uglavnom u mladim - kenozojskim i mlađim formacijama - uglavnom u niskotemperaturnim sedimentnim stijenama.
Sadržaj uranijuma u zemljinoj kori iznosi 0,003%, javlja se u površinskom sloju zemlje u vidu četiri vrste naslaga. Prvo, to su vene uraninita, ili smole uranijuma (uranijum dioksid UO2), veoma bogat uranijumom, ali retkost. Oni su praćeni naslagama radijuma, pošto radijum je direktan proizvod izotopskog raspada uranijuma. Takve vene nalaze se u Zairu, Kanada (Veliko medvjeđe jezero), Češka Republika i Francuska. Drugi izvor uranijuma su konglomerati torijuma i uranijumske rude, zajedno sa rudama drugih važnih minerala. Konglomerati obično sadrže dovoljne količine za ekstrakciju zlato i srebro, a prateći elementi su uranijum i torijum. Velika nalazišta ovih ruda nalaze se u Kanadi, Južnoj Africi, Rusiji i australija. Treći izvor uranijuma su sedimentne stijene i pješčenici bogati mineralom karnotitom (kalij uranil vanadat), koji pored uranijuma sadrži i značajnu količinu vanadij i drugi elementi. Takve rude nalaze se u zapadnim državama SAD. Gvozdeno-uranski škriljci i fosfatne rude predstavljaju četvrti izvor depozita. Bogate naslage pronađene u škriljcima Švedska. Neke fosfatne rude u Maroku i Sjedinjenim Državama sadrže značajne količine uranijuma, a nalazišta fosfata u Angola i Centralnoafrička Republika su još bogatije uranijumom. Većina lignita i neki ugalj obično sadrže nečistoće uranijuma. Nalazišta lignita bogata uranom pronađena u Sjevernoj i Južnoj Dakoti (SAD) i bitumenskog uglja Španija i Češka Republika
Izotopi uranijuma
Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopi: 238 U - 99,2739% (poluživot T 1/2 \u003d 4,468 × 10 9 godina), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 \u003d 7,038 × 10 8 godina) i 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2.455×10 5 godina). Posljednji izotop nije primarni, već radiogeni; dio je radioaktivne serije 238 U.
Radioaktivnost prirodnog uranijuma uglavnom je posljedica izotopa 238 U i 234 U; u ravnoteži su njihove specifične aktivnosti jednake. Specifična aktivnost izotopa 235 U u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 238 U.
Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa uranijuma s masenim brojevima od 227 do 240. Najdugovječniji od njih je 233 U ( T 1/2 = 1,62 × 10 5 godina) dobiva se zračenjem torija neutronima i sposoban je za spontanu fisiju toplinskim neutronima.
Izotopi uranijuma 238 U i 235 U su progenitori dvije radioaktivne serije. Konačni elementi ovih serija su izotopi dovesti 206Pb i 207Pb.
U prirodnim uslovima, izotopi su uglavnom rasprostranjeni 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Polovina radioaktivnosti prirodnog uranijuma je zbog izotopa 234 U. Izotop 234 U nastala raspadanjem 238 U. Za posljednja dva, za razliku od ostalih parova izotopa i bez obzira na visoku migracionu sposobnost uranijuma, karakteristična je geografska konstantnost omjera. Vrijednost ovog omjera ovisi o starosti uranijuma. Brojna prirodna mjerenja pokazala su njegove neznatne fluktuacije. Dakle, u rolnama, vrijednost ovog omjera u odnosu na standard varira unutar 0,9959 -1,0042, u solima - 0,996 - 1,005. Kod minerala koji sadrže uranijum (nasturan, crni uranijum, cirtolit, rude retkih zemalja) vrednost ovog odnosa varira između 137,30 i 138,51; štaviše, nije utvrđena razlika između oblika U IV i U VI; u sfeni - 138,4. U nekim meteoritima otkriven je nedostatak izotopa 235 U. Njegovu najnižu koncentraciju u kopnenim uslovima pronašao je 1972. godine francuski istraživač Buzhigues u gradu Oklo u Africi (nalazište u Gabonu). Tako normalni uranijum sadrži 0,7025% uranijuma 235 U, dok se u Oklu smanjuje na 0,557%. Ovo je podržalo hipotezu o prirodnom nuklearnom reaktoru koji vodi do izgaranja izotopa, koju su predvidjeli George W. Wetherill sa Kalifornijskog univerziteta u Los Angelesu i Mark G. Inghram sa Univerziteta u Čikagu i Paul K. Kuroda, hemičar sa Univerziteta u Arkanzas, koji je opisao proces još 1956. godine. Osim toga, prirodni nuklearni reaktori su pronađeni u istim okruzima: Okelobondo, Bangombe i dr. Trenutno je poznato oko 17 prirodnih nuklearnih reaktora.
Potvrda
Prva faza proizvodnje uranijuma je koncentracija. Stijena se drobi i miješa sa vodom. Komponente teških suspendovanih materija brže se talože. Ako stijena sadrži primarne minerale uranijuma, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali uranijuma su lakši, u tom slučaju teška otpadna stijena se taloži ranije. (Međutim, daleko od toga da je uvijek stvarno prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uranijum).
Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prebacivanje uranijuma u otopinu. Primijeniti kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji, jer se sumporna kiselina koristi za ekstrakciju uranijuma. Ali ako u sirovini, kao, na primjer, u uranijumu tar, uran je u tetravalentnom stanju, onda ova metoda nije primjenjiva: tetravalentni uran u sumpornoj kiselini se praktično ne rastvara. U tom slučaju se mora ili pribjeći alkalnom ispiranju, ili preoksidirati uran u heksavalentno stanje.
Ne koristiti kiselo luženje iu slučajevima kada koncentrat uranijuma sadrži dolomit ili magnezit koji reaguje sa sumpornom kiselinom. U tim slučajevima, kaustična soda (hidroksid natrijum).
Problem ispiranja uranijuma iz ruda rješava se pročišćavanjem kisikom. Protok kiseonika se dovodi u mešavinu rude uranijuma sa sulfidnim mineralima zagrijanom na 150 °C. U ovom slučaju sumporna kiselina nastaje iz minerala sumpora, koja ispire uranijum.
U sljedećoj fazi, uran se mora selektivno izolirati iz rezultirajuće otopine. Savremene metode - ekstrakcija i jonska izmjena - omogućavaju rješavanje ovog problema.
Otopina sadrži ne samo uran, već i druge katione. Neki od njih se pod određenim uslovima ponašaju na isti način kao i uranijum: ekstrahuju se istim organskim rastvaračima, talože se na istim smolama za izmjenu jona i talože pod istim uvjetima. Stoga, za selektivnu izolaciju uranijuma, potrebno je koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se u svakoj fazi riješio jednog ili drugog nepoželjnog pratioca. Na modernim ionizmjenjivačkim smolama uran se oslobađa vrlo selektivno.
Metode jonska izmjena i ekstrakcija dobri su i zato što vam omogućavaju da prilično potpuno izvučete uranijum iz loših rastvora (sadržaj uranijuma je desetinke grama po litri).
Nakon ovih operacija, uranijum se prelazi u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u UF 4 tetrafluorid. Ali ovaj uranijum još treba da se pročisti od nečistoća sa velikim poprečnim presekom hvatanja toplotnih neutrona - bor, kadmijum, hafnijum. Njihov sadržaj u finalnom proizvodu ne bi trebao prelaziti stohiljaditi i milioniti dio procenta. Da bi se uklonile ove nečistoće, komercijalno čisto jedinjenje uranijuma se rastvara u azotnoj kiselini. U tom slučaju nastaje uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, koji se ekstrakcijom tributil fosfatom i nekim drugim supstancama dodatno pročišćava do željenih uslova. Zatim se ova tvar kristalizira (ili istaloži peroksid UO 4 ·2H 2 O) i počinje pažljivo paliti. Kao rezultat ove operacije nastaje uran-trioksid UO 3, koji se reducira vodonikom u UO 2.
Uran dioksid UO 2 na temperaturi od 430 do 600 °C tretira se suvim fluorovodonikom da bi se dobio tetrafluorid UF 4 . Metalni uranijum se redukuje iz ovog jedinjenja upotrebom kalcijum ili magnezijum.
Physical Properties
Uranijum je veoma težak, srebrno-beli, sjajni metal. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv i ima neznatna paramagnetna svojstva. Uranijum ima tri alotropska oblika: alfa (prizmatična, stabilna do 667,7 °C), beta (četvorougaona, stabilna od 667,7 °C do 774,8 °C), gama (sa kubičnom strukturom usredsređenom na telo koja postoji od 774,8 °C do tačka topljenja).
Radioaktivna svojstva nekih izotopa uranijuma (izolovani su prirodni izotopi):
Hemijska svojstva
Uranijum može pokazivati oksidaciona stanja od +III do +VI. Jedinjenja urana(III) formiraju nestabilne crvene otopine i jaki su redukcijski agensi:
4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2
Jedinjenja urana(IV) su najstabilnija i formiraju zelene vodene otopine.
Jedinjenja urana(V) su nestabilna i lako nesrazmjerna u vodenom rastvoru:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
Hemijski, uranijum je veoma aktivan metal. Brzo oksidirajući na zraku, prekriven je preljevnim oksidnim filmom. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu, pali se na temperaturi od 150-175 °C, formirajući U 3 O 8 . Na 1000 °C, uranijum se kombinuje sa azotom i formira žuti uranijum nitrid. Voda je sposobna da korodira metal, polako na niskim temperaturama, a brzo na visokim temperaturama, kao i uz fino mljevenje uranovog praha. Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući tetravalentne soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uran se raseljava vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao npr živa, srebro, bakar, lim, platinaizlato. S jakim drhtanjem, metalne čestice uranijuma počinju svijetliti. Uranijum ima četiri oksidaciona stanja - III-VI. Heksavalentna jedinjenja uključuju uranijum trioksid (uranil oksid) UO 3 i uranijum hlorid UO 2 Cl 2 . Uranijum tetrahlorid UCl 4 i uran dioksid UO 2 su primeri tetravalentnog uranijuma. Supstance koje sadrže tetravalentni uranijum su obično nestabilne i prelaze u heksavalentni uranijum nakon dužeg izlaganja vazduhu. Uranil soli, kao što je uranil hlorid, razlažu se u prisustvu jakog svjetla ili organskih tvari.
Aplikacija
Nuklearno gorivo
Ima najveću primjenu izotop uranijum 235 U, u kojem je moguća samoodrživa nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima, kao iu nuklearnom oružju. Odvajanje izotopa U 235 od prirodnog uranijuma je složen tehnološki problem (vidi odvajanje izotopa).
Izotop U 238 je sposoban za fisiju pod utjecajem bombardiranja neutronima visoke energije, ova karakteristika se koristi za povećanje snage termonuklearnog oružja (koriste se neutroni nastali termonuklearnom reakcijom).
Kao rezultat hvatanja neutrona praćenog β-raspadom, 238 U se može pretvoriti u 239 Pu, koji se zatim koristi kao nuklearno gorivo.
Uran-233, umjetno proizveden u reaktorima od torija (torij-232 hvata neutron i pretvara se u torij-233, koji se raspada u protaktinijum-233, a zatim u uranijum-233), mogao bi u budućnosti postati uobičajeno nuklearno gorivo za nuklearnu energiju postrojenja (već sada postoje reaktori koji koriste ovaj nuklid kao gorivo, na primjer KAMINI u Indiji) i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa od oko 16 kg).
Uranijum-233 je takođe najperspektivnije gorivo za nuklearne raketne motore u gasnoj fazi.
Geologija
Glavna grana upotrebe uranijuma je određivanje starosti minerala i stijena kako bi se razjasnio slijed geoloških procesa. To rade Geohronologija i Teorijska geohronologija. Bitno je i rješenje problema miješanja i izvora materije.
Rješenje zadatka zasniva se na jednačinama radioaktivnog raspada, opisanim jednadžbama.
gdje 238 Uo, 235 Uo— moderne koncentracije izotopa uranijuma; ; — konstante raspada atoma, odnosno uranijuma 238 U i 235 U.
Njihova kombinacija je veoma važna:
.Zbog činjenice da stijene sadrže različite koncentracije uranijuma, one imaju različitu radioaktivnost. Ovo svojstvo se koristi u odabiru stijena geofizičkim metodama. Ova metoda se najviše koristi u naftnoj geologiji za geofizička istraživanja bušotina, ovaj kompleks uključuje, posebno, γ-karotažu ili neutronsku gama karotu, gama-gama karotu itd. Uz njihovu pomoć se identifikuju rezervoari i pečati.
Ostale aplikacije
Mali dodatak uranijuma daje prekrasnu žuto-zelenu fluorescenciju staklu (uranijskom staklu).
Natrijum uranat Na 2 U 2 O 7 korišćen je kao žuti pigment u slikarstvu.
Jedinjenja urana korišćena su kao boje za slikanje na porculanu i za keramičke glazure i emajle (obojene bojama: žuta, smeđa, zelena i crna, u zavisnosti od stepena oksidacije).
Neka jedinjenja uranijuma su fotosenzitivna.
Početkom 20. vijeka uranil nitratŠiroko se koristio za poboljšanje negativa i bojenje (nijansiranje) pozitiva (fotografskih otisaka) u braon.
Uranijum-235 karbid u leguri sa niobijum karbidom i cirkonijum karbidom koristi se kao gorivo za nuklearne mlazne motore (radni fluid je vodonik + heksan).
Legure željeza i osiromašenog uranijuma (uran-238) koriste se kao moćni magnetostriktivni materijali.
osiromašenog uranijuma
osiromašenog uranijuma
Nakon ekstrakcije 235U i 234U iz prirodnog uranijuma, preostali materijal (uranijum-238) naziva se "osiromašeni uranijum" jer je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvještajima, oko 560.000 tona osiromašenog uranijum heksafluorida (UF 6) je uskladišteno u Sjedinjenim Državama.
Osiromašeni uranijum je upola radioaktivniji od prirodnog uranijuma, uglavnom zbog uklanjanja iz njega 234 U. Zbog činjenice da je glavna upotreba uranijuma proizvodnja energije, osiromašeni uranijum je proizvod male upotrebe i niske ekonomske vrednosti.
U osnovi, njegova upotreba je povezana s velikom gustinom uranijuma i njegovom relativno niskom cijenom. Osiromašeni uranijum se koristi za zaštitu od zračenja (ironično) i kao balast u vazduhoplovnim aplikacijama kao što su kontrolne površine aviona. Svaki avion Boeing 747 sadrži 1.500 kg osiromašenog uranijuma za ovu svrhu. Ovaj materijal se također koristi u rotorima žiroskopa velike brzine, velikim zamajcima, kao balast u svemirskim vozilima za spuštanje i trkaćim jahtama, pri bušenju naftnih bušotina.
Jezgra projektila za probijanje oklopa
Vrh (liner) projektila kalibra 30 mm (topovi GAU-8 aviona A-10) prečnika oko 20 mm od osiromašenog uranijuma.
Najpoznatija upotreba osiromašenog uranijuma je kao jezgra za oklopne projektile. Kada je legiran sa 2% Mo ili 0,75% Ti i termički obrađen (brzo gašenje metala zagrijanog na 850 °C u vodi ili ulju, dalje držanje na 450 °C 5 sati), metalni uran postaje tvrđi i jači od čelika (zatezna čvrstoća veći je 1600 MPa, uprkos činjenici da je za čisti uranijum 450 MPa). U kombinaciji sa svojom visokom gustinom, ovo čini ingot kaljenog uranijuma izuzetno efikasnim alatom za prodiranje oklopa, sličnim po efikasnosti skupljem volframu. Teški uranijumski vrh takođe menja raspodelu mase u projektilu, poboljšavajući njegovu aerodinamičku stabilnost.
Takve legure tipa Stabilla koriste se u pernatim čaurama tenkova i protutenkovskih artiljerijskih oruđa.
Proces uništavanja oklopa je praćen mlevenjem uranovog ingota u prašinu i paljenjem u vazduhu sa druge strane oklopa (vidi Pirofornost). Oko 300 tona osiromašenog uranijuma ostalo je na bojnom polju tokom operacije Pustinjska oluja (uglavnom ostaci granata iz 30 mm GAU-8 topa jurišnika A-10, svaka granata sadrži 272 g legure uranijuma).
Takve granate su koristile NATO trupe u borbenim dejstvima u Jugoslaviji. Nakon njihove primjene, razmatran je ekološki problem radijacijske kontaminacije teritorije zemlje.
Po prvi put, uranijum je korišten kao jezgro za granate u Trećem Rajhu.
Osiromašeni uranijum se koristi u modernim tenkovskim oklopima, kao što je tenk M-1 Abrams.
Fiziološko djelovanje
U mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U najvećoj mjeri ga akumuliraju neke gljive i alge. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u organizmu: slezina, bubrezi, skelet, jetra, pluća i bronho-plućni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10 -7 g.
Uranijum i njegova jedinjenja toksično. Posebno su opasni aerosoli uranijuma i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi rastvorljivih jedinjenja uranijuma MPC u vazduhu je 0,015 mg/m³, za nerastvorljive oblike uranijuma MPC je 0,075 mg/m³. Kada uđe u organizam, uranijum deluje na sve organe, kao opšti ćelijski otrov. Molekularni mehanizam djelovanja uranijuma povezan je s njegovom sposobnošću da inhibira aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (pojavljuju se proteini i šećer u mokraći, oligurija). Kod hronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i nervnog sistema.
Proizvodnja po zemljama u tonama prema sadržaju U za 2005–2006
Proizvodnja po kompanijama u 2006. godini:
Cameco - 8,1 hiljada tona
Rio Tinto - 7 hiljada tona
AREVA - 5 hiljada tona
Kazatomprom - 3,8 hiljada tona
JSC TVEL — 3,5 hiljada tona
BHP Billiton - 3 hiljade tona
Navoi MMC - 2,1 hiljada tona ( Uzbekistan, Navoi)
Uranium One - 1 hiljada tona
Heathgate - 0,8 hiljada tona
Denison Mines - 0,5 hiljada tona
Proizvodnja u Rusiji
U SSSR-u, glavne regije rude uranijuma bile su Ukrajina (Želtorečenskoe, Pervomajskoe, itd. ležišta), Kazahstan (Sjeverno - Balkašinsko rudno polje, itd.; Južno - Kyzylsajsko rudno polje, itd.; Vostočni; svi oni uglavnom pripadaju vulkanogeno-hidrotermalni tip); Transbaikalija (Antey, Streltsovskoye, itd.); Centralna Azija, uglavnom Uzbekistan sa mineralizacijom u crnim škriljcima sa centrom u gradu Uchkuduk. Postoji mnogo malih rudnih pojava i manifestacija. U Rusiji je Transbaikalija ostala glavni region rude uranijuma. Oko 93% ruskog uranijuma se kopa na nalazištu u regiji Čita (u blizini grada Krasnokamenska). Rudarstvo obavlja Priargunsky Industrial Mining and Chemical Association (PIMCU), koje je dio JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding), koristeći rudničku metodu.
Preostalih 7% se dobija ispiranjem na licu mesta iz ZAO Dalur (regija Kurgan) i OAO Khiagda (Buryatia).
Dobivene rude i koncentrat uranijuma prerađuju se u Čepeckoj mašinskoj fabrici.
Rudarstvo u Kazahstanu
Oko petine svjetskih rezervi uranijuma koncentrisano je u Kazahstanu (21% i 2. mjesto u svijetu). Ukupni resursi uranijuma su oko 1,5 miliona tona, od čega se oko 1,1 milion tona može iskopati ispiranjem na licu mesta.
Kazahstan je 2009. godine došao na prvo mjesto u svijetu po eksploataciji uranijuma.
Proizvodnja u Ukrajini
Glavno preduzeće je Istočna fabrika rudarstva i prerade u gradu Žovti Vodi.
Cijena
Unatoč legendi o desetinama hiljada dolara za kilogram ili čak gram količine uranijuma, njegova stvarna cijena na tržištu nije baš visoka - neobogaćeni uranijum oksid U 3 O 8 košta manje od 100 američkih dolara po kilogramu. To je zbog činjenice da su za pokretanje nuklearnog reaktora na neobogaćeni uranijum potrebne desetine ili čak stotine tona goriva, a za proizvodnju nuklearnog oružja mora se obogatiti velika količina uranijuma kako bi se dobile koncentracije pogodne za stvaranje bomba.
URAN (ime u čast planete Urana otkrivene neposredno prije njega; lat. uranium * a. uranium; n. Uran; f. uranium; i. uranio), U, je radioaktivni hemijski element grupe III periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 92, atomska masa 238,0289, odnosi se na aktinide. Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopa: 238 U (99.282%, T 1/2 4.468.10 9 godina), 235 U (0.712%, T 1/2 0.704.10 9 godina), 234 U (0.006%, T 1/2 0.244.10 6 godina). Poznato je i 11 umjetnih radioaktivnih izotopa uranijuma s masenim brojevima od 227 do 240.
Uranijum je 1789. godine u obliku UO 2 otkrio njemački hemičar M. G. Klaproth. Metalni uranijum je 1841. godine dobio francuski hemičar E. Peligot. Dugo je vremena uranijum imao vrlo ograničenu upotrebu, a tek sa otkrićem radioaktivnosti 1896. godine počelo je njegovo proučavanje i upotreba.
Svojstva uranijuma
U slobodnom stanju, uranijum je svetlosiv metal; ispod 667,7°C, karakteriše ga rombična (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kristalna rešetka (a-modifikacija), u temperaturnom opsegu 667,7-774°C - tetragonalna (a=071.079 nm, c = 0,5656 nm; R-modifikacija), na višoj temperaturi - kubična rešetka u centru tijela (a = 0,3538 nm, g-modifikacija). Gustina 18700 kg / m 3, topljenje t 1135 ° C, ključanje t oko 3818 ° C, molarni toplotni kapacitet 27,66 J / (mol.K), električna otpornost 29.0.10 -4 (Ohm.m), toplotna provodljivost 22, 5 W/(m.K), temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 10.7.10 -6 K -1 . Temperatura prijelaza uranijuma u supravodljivo stanje je 0,68 K; slab paramagnet, specifična magnetna susceptibilnost 1.72.10 -6 . Jezgra 235 U i 233 U se cijepaju spontano, kao i pri hvatanju sporih i brzih neutrona, 238 U fisije samo pri hvatanju brzih (više od 1 MeV) neutrona. Kada se uhvate spori neutroni, 238 U se pretvara u 239 Pu. Kritična masa uranijuma (93,5% 235U) u vodenim rastvorima je manja od 1 kg, za otvorenu loptu oko 50 kg; za 233 U kritična masa je otprilike 1/3 kritične mase od 235 U.
Edukacija i sadržaji u prirodi
Glavni potrošač uranijuma je nuklearna energetika (nuklearni reaktori, nuklearne elektrane). Osim toga, uran se koristi za proizvodnju nuklearnog oružja. Sve ostale oblasti upotrebe uranijuma su od izrazito podređenog značaja.
(prema Paulingu)
U←U 3+ -1.66V
U←U 2+ -0.1V
Priča
Još u antičko doba (1. vek pne), prirodni uranijum se koristio za pravljenje žute glazure.
Uranijum je 1789. godine otkrio nemački hemičar Martin Hajnrih Klaprot (Klaproth) dok je proučavao mineral ("uranijum katran"). Ime je dobio po njemu, otkriven 1781. U metalnom stanju, uranijum je 1841. dobio francuski hemičar Eugene Peligot tokom redukcije UCl 4 metalnim kalijumom. uranijum je 1896. godine otkrio Francuz. U početku se 116 pripisivalo uranijumu, ali je 1871. došao do zaključka da ga treba udvostručiti. Nakon otkrića elemenata sa atomskim brojevima od 90 do 103, američki hemičar G. Seaborg došao je do zaključka da je ispravnije smjestiti ove elemente () u periodnom sistemu u istu ćeliju sa elementom br. 89. Ovakav raspored je zbog činjenice da je 5f elektronski podnivo završen u aktinidima.
Biti u prirodi
Uranijum je karakterističan element za granitni sloj i sedimentnu ljusku zemljine kore. Sadržaj u zemljinoj kori 2,5 10 -4% po težini. U morskoj vodi koncentracija uranijuma je manja od 10 -9 g/l, a ukupno morska voda sadrži od 10 9 do 10 10 tona uranijuma. Uranijum se ne nalazi u slobodnom obliku u zemljinoj kori. Poznato je oko 100 minerala uranijuma, od kojih su najvažniji U 3 O 8, uraninit (U,Th)O 2, ruda uranijumske smole (sadrži uranijumove okside promenljivog sastava) i tyuyamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4 ) 2] 8H 2 Oh
izotopi
Prirodni uran se sastoji od mješavine tri izotopa: 238 U - 99,2739%, vrijeme poluraspada T 1 / 2 = 4,51-10 9 godina, 235 U - 0,7024% (T 1 / 2 = 7,13-10 8 godina) i 234 U - 0,0057% (T 1 / 2 \u003d 2,48 × 10 5 godina).
Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa s masenim brojevima od 227 do 240.
Najdugovječniji - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 godina) dobiva se zračenjem torija neutronima.
Izotopi uranijuma 238 U i 235 U su progenitori dvije radioaktivne serije.
Potvrda
Prva faza proizvodnje uranijuma je koncentracija. Stijena se drobi i miješa sa vodom. Komponente teške suspendirane tvari brže se talože. Ako stijena sadrži primarne minerale uranijuma, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali elementa #92 su lakši, u ovom slučaju teška otpadna stijena se taloži ranije. (Međutim, daleko od toga da je uvijek stvarno prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uranijum).
Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prebacivanje elementa br. 92 u rastvor. Primijeniti kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji, jer se uranijum koristi za ekstrakciju. Ali ako u sirovini, kao, na primjer, u uranijumu tar, uranijum je u tetravalentnom stanju, onda ova metoda nije primenljiva: tetravalentni uranijum u sumpornoj kiselini je praktično nerastvorljiv. I ili trebate pribjeći alkalnom ispiranju, ili unaprijed oksidirati uran u heksavalentno stanje.
Ne koristiti kiselo ispiranje i u slučajevima kada koncentrat uranijuma sadrži ili. Previše kiseline se mora potrošiti na njihovo otapanje i u tim slučajevima je bolje koristiti ().
Problem ispiranja uranijuma iz njega rješava se pročišćavanjem kisikom. Potok se dovodi u mješavinu uranijumske rude i minerala zagrijanu na 150 °C. Istovremeno se formira od sumpornih minerala, koji ispiraju uranijum.
U sljedećoj fazi, uran se mora selektivno izolirati iz rezultirajuće otopine. Savremene metode - i - omogućavaju rješavanje ovog problema.
Otopina sadrži ne samo uranijum, već i druge. Neki od njih se pod određenim uslovima ponašaju na isti način kao uranijum: ekstrahuju se istim rastvaračima, nanose na iste smole za jonoizmenjivanje i talože pod istim uslovima. Stoga, za selektivnu izolaciju uranijuma, potrebno je koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se u svakoj fazi riješio jednog ili drugog nepoželjnog pratioca. Na modernim ionizmjenjivačkim smolama uran se oslobađa vrlo selektivno.
Metode jonska izmjena i ekstrakcija dobri su i jer vam omogućavaju da prilično potpuno izvučete uranijum iz loših rastvora, u čijoj litri ima samo desetinki grama elementa br. 92.
Nakon ovih operacija, uranijum se prelazi u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u tetrafluorid UF 4 . Ali ovaj uranijum još treba da se pročisti od nečistoća sa velikim poprečnim presekom hvatanja toplotnih neutrona - , . Njihov sadržaj u finalnom proizvodu ne bi trebao prelaziti stohiljaditi i milioniti dio procenta. Dakle, već dobijeni tehnički čist proizvod mora se ponovo otopiti - ovaj put unutra. Uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 se prilikom ekstrakcije tributil fosfatom i nekim drugim supstancama dodatno prečišćava do željenih uslova. Zatim se ova tvar kristalizira (ili istaloži peroksid UO 4 ·2H 2 O) i počinje pažljivo paliti. Kao rezultat ove operacije nastaje uranijum trioksid UO 3 koji se redukuje u UO 2 .
Ova supstanca je pretposljednja na putu od rude do metala. Na temperaturama od 430 do 600 °C reagira sa suhim fluorovodonikom i pretvara se u UF 4 tetrafluorid. Iz ovog jedinjenja se obično dobija metalni uranijum. Primite uz pomoć ili uobičajeno.
Physical Properties
Uranijum je veoma težak, srebrno-beli, sjajni metal. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv i ima neznatna paramagnetna svojstva. Uranijum ima tri alotropska oblika: alfa (prizmatičan, stabilan do 667,7 °C), beta (četvorougaoni, stabilan od 667,7 do 774,8 °C), gama (sa kubičnom strukturom usredsređenom na telo, koja postoji od 774,8 °C do tačke topljenja ).
Hemijska svojstva
Hemijska aktivnost metalnog uranijuma je visoka. U vazduhu se prekriva prelivom folijom. Uranijum u prahu, spontano se pali na temperaturi od 150-175 °C. Tokom sagorevanja uranijuma i termičkog razlaganja mnogih njegovih jedinjenja u vazduhu, nastaje uranijum oksid U 3 O 8. Ako se ovaj oksid zagrije u atmosferi na temperaturama iznad 500 °C, nastaje UO 2. Kada se oksidi uranijuma stapaju sa oksidima drugih metala, nastaju uranati: K 2 UO 4 (kalijum uranat), CaUO 4 (kalcijum uranat), Na 2 U 2 O 7 (natrijum diuranat).
Aplikacija
Nuklearno gorivo
Uranijum 235 U ima najveću primenu, u kojoj je moguće samoodrživost. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u, kao iu (kritična masa od oko 48 kg). Izolacija izotopa U 235 iz prirodnog uranijuma je složen tehnološki problem (vidi). Izotop U 238 je sposoban za fisiju pod utjecajem bombardiranja neutronima visoke energije, ova karakteristika se koristi za povećanje njegove snage (koriste se neutroni generirani termonuklearnom reakcijom). Kao rezultat hvatanja neutrona praćenog β-raspadom, 238 U se može pretvoriti u 239, koji se zatim koristi kao nuklearno gorivo.
Uranijum-233 koji se veštački dobija u reaktorima (zračenjem neutronima i pretvaranjem u uranijum-233) je nuklearno gorivo za nuklearne elektrane i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa oko 16 kg). Uranijum-233 je takođe najperspektivnije gorivo za nuklearne raketne motore u gasnoj fazi.
Ostale aplikacije
- Mali dodatak uranijuma daje prekrasnu zelenkasto-žutu nijansu staklu.
- Uranijum-235 karbid u leguri sa niobijum karbidom i cirkonijum karbidom koristi se kao gorivo za nuklearne mlazne motore (radni fluid je vodonik + heksan).
- Legure željeza i osiromašenog uranijuma (uran-238) koriste se kao moćni magnetostriktivni materijali.
- Početkom dvadesetog veka uranil nitrat se naširoko koristi kao virirajući agens za proizvodnju obojenih fotografskih otisaka.
osiromašenog uranijuma
Nakon ekstrakcije U-235 iz prirodnog uranijuma, preostali materijal se naziva "osiromašeni uranijum" jer je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvještajima, oko 560.000 tona osiromašenog uranijum heksafluorida (UF 6) je uskladišteno u Sjedinjenim Državama. Osiromašeni uranijum je upola radioaktivniji od prirodnog uranijuma, uglavnom zbog uklanjanja U-234 iz njega. Budući da je glavna upotreba uranijuma proizvodnja energije, osiromašeni uranijum je beskorisni proizvod s malom ekonomskom vrijednošću.
Njegova glavna upotreba povezana je s visokom gustinom uranijuma i relativno niskom cijenom: njegova upotreba za zaštitu od zračenja (ma koliko to čudno izgledalo) i kao balast u svemirskim aplikacijama kao što su kontrolne površine aviona. Svaki avion sadrži 1.500 kg osiromašenog uranijuma za ovu svrhu. Ovaj materijal se također koristi u rotorima žiroskopa velike brzine, velikim zamajcima, kao balast u svemirskim vozilima za spuštanje i trkaćim jahtama, pri bušenju naftnih bušotina.
Jezgra projektila za probijanje oklopa
Najpoznatija upotreba uranijuma je kao jezgra za američke . Nakon fuzije sa 2% ili 0,75% i termičke obrade (brzo gašenje metala zagrijanog na 850 °C u vodi ili ulju, dalje držanje na 450 °C 5 sati), metalni uranijum postaje tvrđi i jači (zatezna čvrstoća je veća od 1600 MPa, dok je za čisti uranijum 450 MPa). U kombinaciji sa njegovom visokom gustinom, ovo čini ingot kaljenog uranijuma izuzetno efikasnim oruđem za prodiranje oklopa, sličnim po efikasnosti skupljim . Proces uništavanja oklopa prati mljevenje uranijumske zatvore u prašinu i njeno paljenje u zraku na drugoj strani oklopa. Oko 300 tona osiromašenog uranijuma ostalo je na bojnom polju tokom operacije Pustinjska oluja (uglavnom ostaci granata iz 30 mm GAU-8 topa jurišnika A-10, svaka granata sadrži 272 g legure uranijuma).
Takve granate su koristile NATO trupe u borbenim dejstvima u Jugoslaviji. Nakon njihove primjene, razmatran je ekološki problem radijacijske kontaminacije teritorije zemlje.
Osiromašeni uranijum se koristi u modernim tenkovskim oklopima, poput tenkova.
Fiziološko djelovanje
U mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U najvećoj mjeri ga akumuliraju neke gljive i alge. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u tijelu: slezina i bronho-plućni. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10-7 g.
Uranijum i njegova jedinjenja toksično. Posebno su opasni aerosoli uranijuma i njegovih spojeva. Za aerosole jedinjenja uranijuma rastvorljivih u vodi, MPC u vazduhu je 0,015 mg/m 3 , za nerastvorljive oblike uranijuma 0,075 mg/m 3 . Kada uđe u organizam, uranijum deluje na sve organe, kao opšti ćelijski otrov. Molekularni mehanizam djelovanja uranijuma povezan je s njegovom sposobnošću da potisne aktivnost. Prije svega, oni su pogođeni (proteini i šećer se pojavljuju u urinu,). U hroničnim slučajevima mogući su poremećaji hematopoeze i nervnog sistema.
Iskopavanje uranijuma u svijetu
Prema "Crvenoj knjizi uranijuma", objavljenoj 2005. godine, iskopano je 41.250 tona uranijuma (2003. godine - 35.492 tone). Prema OECD-u, u svijetu postoji 440 komercijalnih upotreba koje troše 67.000 tona uranijuma godišnje. To znači da njegova proizvodnja osigurava samo 60% njegove potrošnje (ostatak se obnavlja od starih nuklearnih bojevih glava).
Proizvodnja po zemljama u tonama prema sadržaju U za 2005-2006
Proizvodnja u Rusiji
Preostalih 7% dobijeno je podzemnim ispiranjem CJSC Dalur () i OJSC Khiagda ().
Dobivene rude i koncentrat uranijuma prerađuju se u Čepeckoj mašinskoj fabrici.
vidi takođe
Linkovi
Nuklearne tehnologije se u velikoj mjeri zasnivaju na korištenju radiohemijskih metoda, koje se pak temelje na nuklearno-fizičkim, fizičkim, kemijskim i toksičnim svojstvima radioaktivnih elemenata.
U ovom poglavlju ograničavamo se na kratak opis svojstava glavnih fisionih izotopa - uranijuma i plutonijuma.
Uran
Uran ( uranijum) U - element grupe aktinida, 7.-0. period periodnog sistema, Z=92, atomska masa 238.029; najteži od onih koji se nalaze u prirodi.
Poznato je 25 izotopa uranijuma, od kojih su svi radioaktivni. Najlakši 217U (Tj/ 2 = 26 ms), najteži 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Postoji 6 nuklearnih izomera. U prirodnom uranijumu postoje tri radioaktivna izotopa: 2 s 8 i (99,2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 godina) i 2 34U (0,0056%, ti/ 2=2,48-swl). Specifična radioaktivnost prirodnog uranijuma je 2,48104 Bq, podijeljena gotovo na pola između 2 34U i 288 U; 235U daje mali doprinos (specifična aktivnost izotopa 233 u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 238U). Poprečni presjek hvatanja termalnih neutrona je 46, 98 i 2,7 barn za 2 zz, 2 35U i 2 3 8 U, respektivno; presjek fisije 527 i 584 barn za 2 zz i 2 s 8 i, respektivno; prirodna mješavina izotopa (0,7% 235U) 4,2 ambar.
Tab. 1. Nuklearno-fizička svojstva 2 h9 Ri i 2 35C.
Tab. 2. Hvatanje neutrona 2 35C i 2 h 8 C.
Šest izotopa uranijuma je sposobno za spontanu fisiju: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u i 2 s 8 u. Prirodni izotopi 233 i 235U cijepaju se pod djelovanjem toplinskih i brzih neutrona, dok su jezgra 238 i sposobna za fisiju samo kada se zahvate neutroni s energijom većom od 1,1 MeV. Kada se zahvate neutroni sa nižom energijom, jezgra 288 U se prvo pretvaraju u jezgra 2 -i9U, koja se zatim podvrgavaju p-raspadu i odlaze prvo u 2 - "*9Np, a zatim u 2 39Pu. Efektivni presjeci za hvatanje termalnih neutrona od 2 34U, 2 jezgra 35U i 2 3 8 i jednaki su 98, 683 i 2,7-barns, respektivno. Potpuna fisija 2 35U dovodi do "ekvivalenta toplotne energije" od 2-107 kWh/kg. 2 35U i 2 zzy se koriste kao nuklearno gorivo, sposobno da podrži lančanu reakciju fisije.
Nuklearni reaktori proizvode n umjetnih izotopa uranijuma s masenim brojevima 227-240, od kojih je najdugovječniji 233U (7 V 2 = i.62 *io 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torija. Izotopi uranijuma sa masenim brojevima 239^257 rađaju se u supermoćnim neutronskim tokovima termonuklearne eksplozije.
Uranijum-232- tehnogeni nuklid, a-emiter, T x / 2=68,9 godina, roditeljski izotopi 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) i 23 2 Pa(p), kćer nuklid 228 Th. Intenzitet spontane fisije je 0,47 divizija/s kg.
Uran-232 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:
P + - raspad nuklida * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):
U nuklearnoj industriji, 2 3 2 U se proizvodi kao nusproizvod u sintezi fisivnog (oružajnog) nuklida 2 33 u ciklusu goriva torija. Kada se ozrači sa 2 3 2 Th neutronima, dolazi do glavne reakcije:
i bočna reakcija u dva koraka:
Proizvodnja 232 U iz torija se dešava samo na brzim neutronima (E„>6 MeV). Ako u početnoj supstanci ima 2 s°Th, tada se formiranje 2 3 2 U dopunjuje reakcijom: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Ova reakcija se odvija na termalnim neutronima. Generacija 2 3 2 U je nepoželjna iz više razloga. Suzbija se upotrebom torija sa minimalnom koncentracijom od 23°Th.
Propadanje 2 od 2 događa se u sljedećim smjerovima:
Raspad u 228 Th (vjerovatnoća 100%, energija raspada 5,414 MeV):
energija emitovanih a-čestica je 5,263 MeV (u 31,6% slučajeva) i 5,320 MeV (u 68,2% slučajeva).
- - spontana fisija (vjerovatnoća manja od ~ 12%);
- - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (vjerovatnoća raspada je manja od 5 * 10 "12%):
Raspad klastera sa formiranjem nuklida 2
Uran-232 je predak dugog lanca raspadanja, koji uključuje nuklide - emitere tvrdih y-kvanta:
^U-(3,64 dana, 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.
Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna u proizvodnji 2 zzy u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 2 3 2 U ometa razvoj energije torijuma. Neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 11 ima veliki presjek fisije pod djelovanjem neutrona (75 barn za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barn. 2 3 2 U se koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim istraživanjima.
2 z 2 i predak je dugog lanca raspada (prema šemi 2 z 2 Th), koji uključuje nuklide koji emituju tvrde y-kvantove. Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna u proizvodnji 2 zzy u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno γ-zračenje koje nastaje raspadom 232 U ometa razvoj energije torijuma. Neobično je to što ravnomjerni izotop 2 3 2 U ima visok presjek fisije pod djelovanjem neutrona (75 barn za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barn. 2 3 2 U se često koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim i fizičkim istraživanjima.
Uranijum-233- tehnogeni radionuklid, a-emiter (energije 4.824 (82.7%) i 4.783 MeV (14.9%)), Tvi= 1,585105 godina, roditeljski nuklidi 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), kćer nuklid 22 9Th. 2 zzi se dobija u nuklearnim reaktorima iz torija: 2 s 2 Th hvata neutron i pretvara se u 2 zz Th, koji se raspada u 2 zz Pa, a zatim u 2 zz. Nukleusi 2 zzi (neparni izotop) su sposobni za spontanu fisiju i fisiju pod djelovanjem neutrona bilo koje energije, što ga čini pogodnim za proizvodnju i atomskog oružja i reaktorskog goriva. Efektivni poprečni presek fisije je 533 barna, presek hvatanja je 52 barna, prinos neutrona je 2,54 po događaju fisije i 2,31 po apsorbovanom neutronu. Kritična masa od 2 zz je tri puta manja od kritične mase od 2 35U (-16 kg). Intenzitet spontane fisije je 720 slučajeva/s kg.
Uran-233 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:
- (3 + -raspad nuklida 2 33Np (7^=36,2 min):
U industrijskoj skali, 2 zzi se dobija iz 2 32Th neutronskim zračenjem:
Kada se neutron apsorbuje, jezgro 234 se obično fisije, ali povremeno uhvati neutron, pretvarajući se u 234U. Iako 2 zzy, nakon što je apsorbirao neutron, obično se fisije, ipak ponekad štedi neutron, pretvarajući se u 2 34U. Vrijeme rada od 2 zz provodi se kako u brzim tako iu termičkim reaktorima.
Sa stanovišta oružja, 2 zzi je uporedivo sa 2 39 Pu: njegova radioaktivnost je 1/7 aktivnosti 2 39 Pu (Ti/ 2 = 159200 l naspram 24100 l za Pu), kritična masa od 2 szi je 6o% veća od IgPu (16 kg naspram 10 kg), a stopa spontane fisije je 20 puta veća (b-u - ' naspram 310 10). Tok neutrona iz 239Pu je 3 puta veći od fluksa iz 239Pu. Stvaranje nuklearnog naboja na bazi 2 sz zahtijeva više napora nego na ^Pu. Glavna prepreka je prisustvo nečistoće 232U u 232U, čije y-zračenje projekata raspadanja otežava rad sa 2zzi i olakšava otkrivanje gotovog oružja. Osim toga, kratko vrijeme poluraspada od 2 3 2 U čini ga aktivnim izvorom a-čestica. 2 zzi sa 1% 232 i ima 3 puta jaču a-aktivnost od plutonijuma za oružje i, shodno tome, veću radiotoksičnost. Ova a-aktivnost uzrokuje rađanje neutrona u svjetlosnim elementima punjenja oružja. Da bi se ovaj problem minimizirao, prisustvo takvih elemenata kao što su Be, B, F, Li treba biti minimalno. Prisustvo neutronske pozadine ne utiče na rad implozijskih sistema, ali je za šeme topova potreban visok nivo čistoće lakih elemenata.zgi nije štetan, pa čak ni poželjan, jer smanjuje mogućnost upotrebe uranijuma u svrhe oružja .Nakon prerade istrošenog nuklearnog goriva i ponovne upotrebe goriva, sadržaj 232U dostiže 0,1 + 0,2%.
Propadanje 2 zzy događa se u sljedećim smjerovima:
A-raspad u 22 9Th (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,909 MeV):
energija emitovanih n-čestica je 4,729 MeV (u 1,61% slučajeva), 4,784 MeV (u 13,2% slučajeva) i 4,824 MeV (u 84,4% slučajeva).
- - spontana fisija (vjerovatnoća
- - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada je manja od 1,3*10 -13%):
Raspad klastera sa formiranjem nuklida 24 Ne (verovatnoća raspada 7,3-10-“%):
Lanac raspada 2 zz pripada seriji Neptunijuma.
Specifična radioaktivnost je 2 zzi 3,57-8 Bq/g, što odgovara a-aktivnosti (i radiotoksičnosti) od -15% plutonijuma. Samo 1% 2 3 2 U povećava radioaktivnost na 212 mCi/g.
Uranijum-234(Uran II, UII) je dio prirodnog uranijuma (0,0055%), 2,445105 godina, a-emiter (energija a-čestica 4,777 (72%) i
4.723 (28%) MeV), izvorni radionuklidi: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),
kćerki izotop u 2 s"t.
Obično je 234 U u ravnoteži sa 2 3 8 u, raspadajući se i formirajući istom brzinom. Otprilike polovina radioaktivnosti prirodnog uranijuma je doprinos 234U. Obično se 234U dobija jono-izmjenjivačkom hromatografijom starih preparata čistog 238 Pu. U a-raspadu, *34U se prilagođava 234U, tako da su stari preparati 238Pu dobri izvori 234U. 100 g 2s8Pu sadrži 776 mg 234U nakon godinu dana, nakon 3 godine
2,2 g 2 34U. Koncentracija 2 34U u visoko obogaćenom uranijumu je prilično visoka zbog preferencijalnog obogaćivanja lakim izotopima. Budući da je 234u jak y-emiter, postoje ograničenja njegove koncentracije u uranijumu namijenjenom preradi u gorivo. Povišeni nivo 234i je prihvatljiv za reaktore, ali reprocesirani SNF sadrži već neprihvatljive nivoe ovog izotopa.
Raspad 234u se dešava na sledećim linijama:
A-raspad u 23°T (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,857 MeV):
energija emitovanih a-čestica je 4,722 MeV (u 28,4% slučajeva) i 4,775 MeV (u 71,4% slučajeva).
- - spontana fisija (vjerovatnoća 1,73-10-9%).
- - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada je 1,4-10 "n%, prema drugim izvorima 3,9-10-"%):
- - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 4Ne i 26 Ne (verovatnoća raspada je 9-10", 2%, prema ostalim podacima 2,3-10 - 11%):
Jedini izomer 2 34ti je poznat (Tx/ 2 = 33,5 μs).
Poprečni presjek apsorpcije 2 34U termalnih neutrona je 10 barn, a za rezonantni integral prosječen za različite međuneutrone, 700 barn. Stoga se u reaktorima na termičkim neutronima pretvara u fisijski 235U brže nego što se mnogo veća količina od 238U (sa poprečnim presjekom od 2,7 barn) pretvara u 239Pu. Kao rezultat toga, SNF sadrži manje 234U od svježeg goriva.
Uranijum-235 pripada porodici 4P + 3, sposoban je proizvesti lančanu reakciju fisije. Ovo je prvi izotop na kojem je otkrivena reakcija prisilne fisije jezgri pod djelovanjem neutrona. Apsorbirajući neutron, 235U prelazi u 2 zbi, koji je podijeljen na dva dijela, oslobađajući energiju i emitujući nekoliko neutrona. Fisibilan neutronima bilo koje energije, sposoban za spontanu fisiju, izotop 2 35U je dio prirodnog utanuma (0,72%), a-emitera (energije 4,397 (57%) i 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-th 8 godina, matični nuklidi 2 35Pa, 2 35Np i 2 39Pu, kćerka - 23"Th. Intenzitet spontane fisije 2 3su 0,16 divizija/s kg. Fisijom jednog jezgra 2 35U oslobađa se 200 MeV energije = 3,2 Yu p J, tj. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Poprečni presjek fisije termalnim neutronima je 545 barna, a brzim neutronima - 1,22 barna, prinos neutrona: po događaju fisije - 2,5, po apsorbovanom neutronu - 2,08.
Komentar. Presjek hvatanja sporih neutrona za formiranje izotopa 2 si (10 barn), tako da je ukupni presjek apsorpcije sporih neutrona 645 barn.
- - spontana fisija (vjerovatnoća 7*10~9%);
- - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 °Ne, 2 5Ne i 28 Mg (verovatnoće su respektivno 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):
Rice. jedan.
Jedini poznati izomer je 2 35n»u (7/2 = 26 min).
Specifična aktivnost 2 35C 7.77-u 4 Bq/g. Kritična masa uranijuma za oružje (93,5% 2 35U) za loptu sa reflektorom je 15-7-23 kg.
Fisija 2 » 5U se koristi u atomskom oružju, za proizvodnju energije i za sintezu važnih aktinida. Lančana reakcija se održava zbog viška neutrona nastalih tokom fisije od 2 35C.
Uranijum-236 javlja se na Zemlji u prirodi u tragovima (na Mjesecu je više), a-emiter (?
Rice. 2. Radioaktivna porodica 4/7+2 (uključujući -3 8 i).
U atomskom reaktoru, 233 apsorbira toplinski neutron, nakon čega se fisije s vjerovatnoćom od 82%, a emituje y-kvant sa vjerovatnoćom od 18% i pretvara se u 236 i . U malim količinama je dio svježeg goriva; akumulira se kada se uranijum ozrači neutronima u reaktoru, te se stoga koristi kao SNF „signalni uređaj“. 2 h b i nastaje kao nusproizvod prilikom odvajanja izotopa plinovitom difuzijom tokom regeneracije iskorištenog nuklearnog goriva. 236 U proizveden u energetskom reaktoru je neutronski otrov; njegovo prisustvo u nuklearnom gorivu kompenzirano je visokim nivoom obogaćivanja od 2 35U.
2b i koristi se kao trag za miješanje okeanskih voda.
uran-237,T&= 6,75 dana, beta i gama emiter, može se dobiti nuklearnim reakcijama:
Detekcija 287 i izvršena duž linija sa eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)
237U se koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim istraživanjima. Mjerenje koncentracije (2 4°Am) u ispadima iz testa atomskog oružja daje vrijedne informacije o vrsti punjenja i korištenoj opremi.
Uranijum-238- pripada porodici 4P + 2, fisilan sa visokoenergetskim neutronima (više od 1,1 MeV), sposoban za spontanu fisiju, čini osnovu prirodnog uranijuma (99,27%), a-emiter, 7'; /2=4>468-109 godina, direktno se razlaže u 2 34Th, formira niz genetski srodnih radionuklida, a nakon 18 produkata prelazi u 206 Pb. Čisti 2 3 8 U ima specifičnu radioaktivnost od 1,22-104 Bq. Period poluraspada je veoma dug - oko 10 16 godina, tako da je verovatnoća fisije u odnosu na glavni proces - emisiju a-čestice - samo 10"7. Jedan kilogram uranijuma daje samo 10 spontanih fisija po drugo, a u isto vrijeme a-čestica emituje 20 miliona jezgara Matični nuklidi: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, kćer T,/ 2 = 2 :i 4 th.
Uran-238 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:
2 (V0 4) 2] 8N 2 0. Od sekundarnih minerala uobičajen je hidratizirani kalcijum uranil fosfat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Često uranijum u mineralima prati i drugi korisni elementi - titan , tantal, rijetke zemlje. Stoga je prirodno težiti složenoj preradi ruda koje sadrže uranijum.
Osnovna fizička svojstva uranijuma: atomska masa 238,0289 a.m.u. (g/mol); atomski radijus 138 pm (1 pm = 12 m); energija ionizacije (prvi elektron 7,11 eV; elektronska konfiguracija -5f36d‘7s 2; oksidacijska stanja 6, 5, 4, 3; G P l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; gustina 19,05; specifični toplotni kapacitet 0,115 JDKmol); vlačna čvrstoća 450 MPa, toplota fuzije 12,6 kJ/mol, toplota isparavanja 417 kJ/mol, specifični toplotni kapacitet 0,115 J/(mol-K); molarni volumen 12,5 cm3/mol; karakteristična Debajeva temperatura © D = 200K, temperatura prijelaza u supravodljivo stanje je 0,68K.
Uranijum je težak, srebrno-bijeli, sjajni metal. Nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv, ima neznatna paramagnetna svojstva i piroforan je u praškastom stanju. Uranijum ima tri alotropna oblika: alfa (rombični, a-U, parametri rešetke 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilno do 667,7°), beta (tetragonalno, p-U, stabilno od 667,7 do 774,8°), gama (sa kubičnom telo centriranom rešetkom, y-U, postoji od 774,8° do = tačaka topljenja, frm ii34 0), pri čemu je uranijum najpogodniji za obradu.
Na sobnoj temperaturi, rombična a-faza je stabilna, prizmatična struktura se sastoji od valovitih atomskih slojeva paralelnih s ravninom abc, u izuzetno asimetričnoj prizmatičnoj rešetki. Unutar slojeva atomi su tijesno povezani, dok je jačina veza između atoma susjednih slojeva znatno slabija (slika 4). Ova anizotropna struktura otežava spajanje uranijuma s drugim metalima. Samo molibden i niobijum stvaraju čvrste legure sa uranijumom. Ipak, metalni uranijum može da stupi u interakciju sa mnogim legurama, formirajući intermetalna jedinjenja.
U intervalu 668 ^ 775 ° nalazi se (3-uranija. Rešetka tetragonalnog tipa ima slojevitu strukturu sa slojevima paralelnim ravnini ab na pozicijama 1/4S, 1/2 sa i 3/4C jedinične ćelije. Na temperaturama iznad 775°, y-uranijum se formira sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo. Dodatak molibdena omogućava da y-faza bude na sobnoj temperaturi. Molibden formira širok spektar čvrstih rastvora sa y-uranijem i stabilizuje y-fazu na sobnoj temperaturi. y-Uranijum je mnogo mekši i savitljiviji od krhkih a- i (3-faza.
Neutronsko zračenje ima značajan uticaj na fizička i mehanička svojstva uranijuma, uzrokujući povećanje veličine uzorka, promjenu oblika, kao i naglo pogoršanje mehaničkih svojstava (puzanje, krhkost) blokova uranijuma tokom rad nuklearnog reaktora. Povećanje zapremine je posledica akumulacije u uranijumu tokom fisije nečistoća elemenata manje gustine (prevod 1% uranijum u fragmentacione elemente povećava zapreminu za 3,4%).
Rice. 4. Neke kristalne strukture uranijuma: a - a-uranijum, b - p-uranijum.
Najčešći načini za dobijanje uranijuma u metalnom stanju su redukcija njihovih fluorida sa alkalnim ili zemnoalkalnim metalima ili elektroliza njihovih solnih talina. Uranijum se takođe može dobiti metalotermnom redukcijom iz karbida sa volframom ili tantalom.
Sposobnost lakog doniranja elektrona određuje redukciona svojstva uranijuma i njegovu visoku hemijsku aktivnost. Uranijum može da stupi u interakciju sa skoro svim elementima, osim plemenitih gasova, dok dobija oksidaciona stanja +2, +3, +4, +5, +6. U rastvoru, glavna valencija je 6+.
Brzo oksidirajući na zraku, metalni uranijum je prekriven prelijevim filmom oksida. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu (na temperaturama od 1504-175°), formirajući i;) Ov. Na 1000°, uranijum se kombinuje sa azotom i formira žuti uranijum nitrid. Voda može sporo reagirati s metalom na niskim temperaturama i brzo na visokim temperaturama. Uranijum burno reaguje sa kipućom vodom i parom da bi se oslobodio vodonik, koji sa uranijumom formira hidrid.
Ova reakcija je snažnija od sagorevanja uranijuma u kiseoniku. Takva hemijska aktivnost uranijuma čini neophodnom da se uranijum u nuklearnim reaktorima zaštiti od kontakta sa vodom.
Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući U(IV) soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uranijum istiskuje vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao što su živa, srebro, bakar, kalaj, platina i zlato. S jakim drhtanjem, metalne čestice uranijuma počinju svijetliti.
Osobine strukture elektronskih omotača atoma uranijuma (prisustvo ^/-elektrona) i neka njegova fizičko-hemijska svojstva služe kao osnova za klasifikaciju uranijuma kao aktinida. Međutim, postoji hemijska analogija između uranijuma i Cr, Mo i W. Uranijum je visoko reaktivan i reaguje sa svim elementima osim sa plemenitim gasovima. U čvrstoj fazi, primjeri U(VI) su uranil trioksid U0 3 i uranil hlorid U0 2 C1 2 . Uranijum tetrahlorid UC1 4 i uranijum dioksid U0 2
U(IV) primjeri. Supstance koje sadrže U(IV) su obično nestabilne i postaju heksavalentne nakon dužeg izlaganja vazduhu.
U sistem uranijum-kiseonik ugrađeno je šest oksida: UO, U0 2 , U 4 0 9 i 3 Ov, U0 3 . Odlikuje ih široka oblast homogenosti. U0 2 je bazični oksid, dok je U0 3 amfoteričan. U0 3 - u interakciji s vodom formira niz hidrata, od kojih su najvažniji diuronska kiselina H 2 U 2 0 7 i uranska kiselina H 2 1U 4. Sa alkalijama, U0 3 formira soli ovih kiselina - uranate. Kada se U0 3 otopi u kiselinama, nastaju soli dvostruko nabijenog uranil katjona U0 2 a+.
Uranijum dioksid, U0 2 , je smeđe boje u stehiometrijskom sastavu. Kako se sadržaj kisika u oksidu povećava, boja se mijenja iz tamno smeđe u crnu. Kristalna struktura tipa CaF 2, a = 0,547 nm; gustina 10,96 g/cm"* (najveća gustina među uranijum oksidima). , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Uranijum dioksid je poluprovodnik sa provodljivošću rupa, jak paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Ne otapajmo u vodi. Na temperaturi od -200° dodaje kiseonik, dostižući sastav U0 2>25.
Uranijum (IV) oksid se može dobiti reakcijama:
Uran-dioksid pokazuje samo osnovna svojstva, odgovara bazičnom hidroksidu U (OH) 4, koji se zatim pretvara u hidratizirani hidroksid U0 2 H 2 0. Uran-dioksid se polako otapa u jakim neoksidirajućim kiselinama u odsustvu atmosferskog kisika i formira W + joni:
U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2N 2 0. (38)
Rastvorljiv je u koncentriranim kiselinama, a brzina rastvaranja može se znatno povećati dodatkom jona fluora.
Kada se rastvori u azotnoj kiselini, formira se uranilni jon 1U 2 2+:
Triuran okoksid U 3 0s (uranijev oksid) - prah, čija boja varira od crne do tamnozelene; pri jakom drobljenju - maslinasto zelene boje. Veliki crni kristali ostavljaju zelene crte na porculanu. Postoje tri poznate kristalne modifikacije U 3 0 h: a-U 3 C>8 - rombična kristalna struktura (sp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombična kristalna struktura (prostorna grupa Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Početak razlaganja je 100° (ide na 110 2), MPC = 0,075 mg/m3.
U 3 C>8 se može dobiti reakcijom:
Kalciniranjem U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ili (NH 4) 2 U 2 0 7 na 750 0 na zraku ili u atmosferi kisika ( p = 150 + 750 mm Hg) primaju stehiometrijski čist U 3 08.
Kada se U 3 0s kalcinira na T > 100°, smanjuje se na 110 2, međutim, kada se ohladi na zraku, vraća se u U 3 0s. U 3 0e se rastvara samo u koncentrisanim jakim kiselinama. U hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini nastaje mješavina U(IV) i U(VI), a u dušičnoj kiselini nastaje uranil nitrat. Razrijeđene sumporne i hlorovodonične kiseline reaguju vrlo slabo sa U 3 Os čak i kada se zagreju, dodavanjem oksidacionih sredstava (dušična kiselina, piroluzit) naglo povećava brzinu rastvaranja. Koncentrovani H 2 S0 4 otapa U 3 Os sa stvaranjem U(S0 4) 2 i U0 2 S0 4 . Dušična kiselina otapa U 3 Oe sa stvaranjem uranil nitrata.
Uranijum trioksid, U0 3 - kristalna ili amorfna supstanca jarko žute boje. Reaguje sa vodom. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.
Dobija se kalciniranjem amonijum poliuranata, uranijum peroksida, uranil oksalata na 300-500° i heksahidrata uranil nitrata. U ovom slučaju se formira narandžasti prah amorfne strukture sa gustinom
6,8 g/cm. Kristalni oblik IO 3 može se dobiti oksidacijom U 3 0 8 na temperaturama od 450°-750° u struji kiseonika. Postoji šest kristalnih modifikacija U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je higroskopan i u vlažnom vazduhu prelazi u uranil hidroksid. Daljnjim zagrevanjem do 6oo° moguće je dobiti U 3 Os.
Vodik, amonijak, ugljenik, alkalni i zemnoalkalni metali redukuju U0 3 do U0 2 . Propuštanjem mješavine plinova HF i NH 3 nastaje UF 4. U najvećoj valentnosti, uranijum pokazuje amfoterna svojstva. Pod dejstvom U0 3 kiselina ili njegovih hidrata nastaju soli uranila (U0 2 2+), obojene žuto-zeleno:
Većina soli uranila je visoko rastvorljiva u vodi.
Sa alkalijama, kada se stapa, U0 3 formira soli uranske kiseline - uranati MDKH,:
Sa alkalnim rastvorima, uran-trioksid stvara soli poliuranskih kiselina - poliuranata dgM 2 0y110 3 pH^O.
Soli uranove kiseline su praktično nerastvorljive u vodi.
Kisela svojstva U(VI) su manje izražena od baznih.
Uranijum reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi. Stabilnost viših halogenida opada od fluorida do jodida. Fluoridi UF 3 , U4F17, U2F9 i UF 4 su neisparljivi, a UFe je isparljiv. Najvažniji od fluorida su UF 4 i UFe.
Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart u praksi:
Reakcija u fluidiziranom sloju se izvodi prema jednadžbi:
Moguće je koristiti sredstva za fluoriranje: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) ili CC1 2 F 2 (freon-12):
Uranijum (1U) fluorid UF 4 ("zelena so") - prah od plavkasto-zelene do smaragdne boje. G 11L \u003d SW6 °; G do, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. Kristalna struktura je monoklinska (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; gustina 6,72 g / cm3. UF 4 je stabilno, neaktivno, neisparljivo jedinjenje, slabo rastvorljivo u vodi. Najbolji rastvarač za UF 4 je dima perklorna kiselina HC10 4. Otapa se u oksidirajućim kiselinama formiranju soli uranila koja se brzo otapa u vrućem rastvoru Al(N0 3) 3 ili A1C1 3 , kao iu rastvoru borne kiseline zakiseljene sa H 2 S0 4 , HC10 4 ili HC1 ili borne kiseline, takođe doprinose rastvaranje UF 4. Formira niz teško rastvorljivih dvostrukih soli sa fluoridima drugih metala (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 itd.) NH 4 UF 5 je od industrijskog značaja.
U(IV) fluorid je međuproizvod u preparatu
i UF6 i metalni uranijum.
UF 4 se može dobiti reakcijama:
ili elektrolitičkom redukcijom uranil fluorida.
Uranijum heksafluorid UFe - na sobnoj temperaturi kristali slonovače sa visokim indeksom prelamanja. Gustina
5,09 g/cm3, gustina tečnog UFe je 3,63 g/cm3. Leteća veza. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (pod pritiskom). Pritisak zasićene pare dostiže atmosferu na 560°. Entalpija formiranja AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Kristalna struktura je rombična (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. Iz čvrstog stanja, UF6 može sublimirati iz čvrste faze (sublimirati) u plin, zaobilazeći tečnu fazu u širokom rasponu pritisaka. Toplina sublimacije na 50 0 50 kJ/mg. Molekul nema dipolni moment, tako da se UF6 ne povezuje. Pare UFr, - idealan gas.
Dobija se djelovanjem fluora na U njegovih jedinjenja:
Pored reakcija u gasnoj fazi, postoje i reakcije u tečnoj fazi.
dobijanje UF6 korišćenjem halofluorida, na primer
Postoji način da se UF6 dobije bez upotrebe fluora - oksidacijom UF 4:
UFe ne reaguje sa suvim vazduhom, kiseonikom, azotom i CO 2, ali u kontaktu sa vodom, čak i sa njenim tragovima, prolazi kroz hidrolizu:
U interakciji je s većinom metala, formirajući njihove fluoride, što otežava metode njegovog skladištenja. Pogodni materijali posuda za rad sa UF6 su: Ni, Monel i Pt kada su zagrejani, Teflon, apsolutno suvi kvarc i staklo, bakar i aluminijum kada su hladni. Na temperaturama od 25 yuo 0 formira kompleksna jedinjenja sa fluoridima alkalnih metala i srebra tipa 3NaFUFr>, 3KF2UF6.
Dobro se otapa u raznim organskim tečnostima, neorganskim kiselinama i svim halogen fluoridima. Inertan za sušenje 0 2 , N 2 , CO 2 , C1 2 , Br 2 . UFr karakteriziraju reakcije redukcije s većinom čistih metala. UF6 snažno reaguje sa ugljovodonicima i drugim organskim materijama, tako da zatvoreni kontejneri sa UFe mogu eksplodirati. UF6 u opsegu 25 - 100° formira kompleksne soli sa fluoridima alkalnih i drugih metala. Ovo svojstvo se koristi u tehnologiji za selektivnu ekstrakciju UF
Uranijum hidridi UH 2 i UH 3 zauzimaju međupoziciju između hidrida sličnih soli i hidrida kao što su čvrsti rastvori vodonika u metalu.
Kada uranijum reaguje sa azotom, nastaju nitridi. U sistemu U-N poznate su četiri faze: UN (uranijum nitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p-U 2 N 3 i UN If90. Nije moguće doći do sastava UN 2 (dinitrid). Pouzdane i dobro kontrolisane su sinteze uranijum mononitrida UN, koje se najbolje obavljaju direktno iz elemenata. Uranijum nitridi su praškaste supstance, čija boja varira od tamnosive do sive; izgledaju kao metal. UN ima kubičnu kristalnu strukturu sa licem, kao što je NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabilan u vakuumu do 1700 0. Dobiva se reakcijom U ili U hidrida sa N 2 ili NH 3 , razlaganje viših nitrida U na 1300° ili njihova redukcija metalnim uranijumom. U 2 N 3 je poznat u dvije polimorfne modifikacije: kubnoj a i heksagonalnoj p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), oslobađa N 2 u vakuumu iznad 8oo°. Dobija se redukcijom UN 2 vodonikom. Dinitrid UN 2 se sintetiše reakcijom U sa N 2 pod visokim pritiskom N 2 . Uranijum nitridi su lako rastvorljivi u kiselinama i alkalnim rastvorima, ali se raspadaju sa rastopljenim alkalijama.
Uranijum nitrid se dobija dvostepenom karbotermalnom redukcijom uranovog oksida:
Zagrijavanje u argonu na 7M450 0 10 * 20 sati
Moguće je dobiti uranijum nitrid sastava bliskog dinitridu, UN 2, djelovanjem amonijaka na UF 4 pri visokoj temperaturi i pritisku.
Uranijum dinitrid se raspada kada se zagrije:
Uranijum nitrid, obogaćen sa 2 35U, ima veću gustinu fisije, toplotnu provodljivost i tačku topljenja od uranijumovih oksida, tradicionalnog goriva modernih energetskih reaktora. Takođe ima dobru mehaničku i stabilnost, nadmašujući tradicionalno gorivo. Stoga se ovaj spoj smatra perspektivnom osnovom za reaktore na brze neutrone na nuklearno gorivo (nuklearni reaktori IV generacije).
Komentar. UN je veoma korisno obogatiti na ‘5N, jer ,4 N teži da uhvati neutrone, stvarajući radioaktivni izotop 14 C reakcijom (n, p).
Uranijum karbid UC 2 (?-faza) je svetlosiva kristalna supstanca sa metalnim sjajem. U U-C sistemu (uranijum karbidi) postoje UC 2 (?-faza), UC 2 (b 2-faza), U 2 C 3 (e-faza), UC (b 2-faza) - karbidi uranijuma. Uranijum dikarbid UC 2 može se dobiti reakcijama:
U + 2C ^ UC 2 (54v)
Uranijum karbidi se koriste kao gorivo za nuklearne reaktore, perspektivni su kao gorivo za svemirske raketne motore.
Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Ulogu metala u ovoj soli ima uranil katjon 2+. Žuti kristali sa zelenkastim sjajem, lako rastvorljivi u vodi. Vodeni rastvor je kisel. Rastvorljiv u etanolu, acetonu i eteru, nerastvorljiv u benzenu, toluenu i hloroformu. Kada se zagreju, kristali se tope i oslobađaju HN0 3 i H 2 0. Kristalni hidrat lako erodira na vazduhu. Karakteristična reakcija je da pod dejstvom NH 3 nastaje žuti talog amonijum urata.
Uranijum je u stanju da formira metalna organska jedinjenja. Primjeri su ciklopentadienil derivati sastava U(C 5 H 5) 4 i njihovi halogenirani u(C 5 H 5) 3 G ili u(C 5 H 5) 2 G 2 .
U vodenim rastvorima uran je najstabilniji u oksidacionom stanju U(VI) u obliku uranil jona U0 2 2+ . U manjoj mjeri karakteriše ga U(IV) stanje, ali može postojati čak i u U(III) obliku. U(V) oksidaciono stanje može postojati kao jon IO 2 +, ali se to stanje rijetko opaža zbog sklonosti disproporcioniranju i hidrolizi.
U neutralnim i kiselim rastvorima, U(VI) postoji kao U0 2 2+ - žuti uranilni jon. Dobro rastvorljive soli uranila uključuju nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, hlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Ove soli se izoluju iz rastvora u obliku kristalnih hidrata sa različitim brojem molekula vode. Slabo rastvorljive soli uranila su: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfati U0 2 HP0., i UO2P2O4, amonijum uranil fosfat UO2NH4PO4, natrijum uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferocijanid (ferocijanid). Uranil jon karakteriše sklonost formiranju kompleksnih jedinjenja. Tako su poznati kompleksi sa jonima fluora tipa -, 4-; nitratni kompleksi' i 2 *; sulfatni kompleksi 2" i 4-; karbonatni kompleksi 4" i 2" itd. Pod dejstvom lužina na rastvore soli uranila oslobađaju se slabo rastvorljivi precipitati diuranata tipa Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U0 4 monouranati se ne izoluju iz rastvora, dobijaju se fuzijom uranijum oksida sa alkalijama) Poznati su Me 2 U n 0 3 n+i poliurati (npr. Na 2 U60i 9).
U(VI) se redukuje u kiselim rastvorima u U(IV) gvožđem, cinkom, aluminijumom, natrijum hidrosulfitom i natrijum amalgamom. Rešenja su obojena zelenom bojom. Alkalije talože hidroksid i 0 2 (0H) 2 iz njih, fluorovodonična kiselina - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalna kiselina - oksalat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Sklonost formiranju kompleksa u U 4+ jona manje od jona uranijuma.
Uran (IV) u rastvoru je u obliku U 4+ jona, koji su visoko hidrolizovani i hidratisani:
Hidroliza je inhibirana u kiselim otopinama.
Uran (VI) u rastvoru formira uranil oksokaciju - U0 2 2+ Poznata su brojna uranilna jedinjenja, primeri kojih su: 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 itd.
Tokom hidrolize uranil jona nastaje niz multinuklearnih kompleksa:
Daljnjom hidrolizom pojavljuje se U 3 0s (0H) 2, a zatim U 3 0 8 (0H) 4 2 -.
Za kvalitativnu detekciju uranijuma koriste se metode hemijske, luminiscentne, radiometrijske i spektralne analize. Hemijske metode se uglavnom zasnivaju na stvaranju obojenih spojeva (na primjer, crveno-smeđa boja spoja sa ferocianidom, žuta sa vodikovim peroksidom, plava sa arsenazo reagensom). Luminescentna metoda se zasniva na sposobnosti mnogih spojeva uranijuma da daju žućkasto-zelkasti sjaj pod dejstvom UV zraka.
Kvantitativno određivanje uranijuma se provodi različitim metodama. Najvažnije od njih su: volumetrijske metode, koje se sastoje od redukcije U(VI) u U(IV) nakon čega slijedi titracija rastvorima oksidirajućih sredstava; težinske metode - precipitacija uranata, peroksida, U(IV) kupferranata, oksihinolata, oksalata itd. nakon čega slijedi njihovo kalciniranje na 100° i težine U 3 0s; polarografske metode u rastvoru nitrata omogućavaju određivanje 10 x 7 x 10-9 g uranijuma; brojne kolorimetrijske metode (npr. sa H 2 0 2 u alkalnoj sredini, sa arsenazo reagensom u prisustvu EDTA, sa dibenzoilmetanom, u obliku tiocijanatnog kompleksa, itd.); luminescentna metoda, koja omogućava da se odredi kada je spojen sa NaF do yu 11 g uranijum.
235U pripada grupi A radijacijske opasnosti, minimalna značajna aktivnost MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 i - grupi D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).