Acasă
Pompe de puțuri
uraniu radioactiv. element de uraniu

uraniu radioactiv. element de uraniu

Uraniul este un element chimic din familia actinidelor cu număr atomic 92. Este cel mai important combustibil nuclear. Concentrația sa în scoarța terestră este de aproximativ 2 părți per milion. Mineralele importante de uraniu includ oxidul de uraniu (U 3 O 8), uranitul (UO 2), carnotita (uranil vanadatul de potasiu), otenitul (uranil fosfatul de potasiu) și torbernitul (cupru hidros și uranil fosfatul). Acestea și alte minereuri de uraniu sunt surse de combustibil nuclear și conțin de multe ori mai multă energie decât toate zăcămintele de combustibili fosili recuperabili. 1 kg de uraniu 92 U oferă la fel de multă energie ca 3 milioane de kg de cărbune.

Istoria descoperirilor

Elementul chimic uraniu este un metal dens, solid alb-argintiu. Este ductil, maleabil și poate fi lustruit. Metalul se oxidează în aer și se aprinde atunci când este zdrobit. Conductor relativ slab al energiei electrice. Formula electronică a uraniului este 7s2 6d1 5f3.

Deși elementul a fost descoperit în 1789 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth, care l-a numit după noua planetă descoperită Uranus, metalul însuși a fost izolat în 1841 de chimistul francez Eugène-Melchior Peligot prin reducere din tetraclorura de uraniu (UCl 4 ) cu potasiu.

Radioactivitate

Crearea tabelului periodic de către chimistul rus Dmitri Mendeleev în 1869 a concentrat atenția asupra uraniului ca element cel mai greu cunoscut, care a rămas până la descoperirea neptuniului în 1940. În 1896, fizicianul francez Henri Becquerel a descoperit fenomenul de radioactivitate în el. . Această proprietate a fost găsită ulterior în multe alte substanțe. Acum se știe că uraniul radioactiv în toți izotopii săi constă dintr-un amestec de 238 U (99,27%, timp de înjumătățire - 4.510.000.000 de ani), 235 U (0,72%, timpul de înjumătățire - 713.000.000 de ani) și 234 U (0,006%, timpul de înjumătățire - 247.000 de ani). Acest lucru face posibilă, de exemplu, determinarea vârstei rocilor și a mineralelor pentru a studia procesele geologice și vârsta Pământului. Pentru a face acest lucru, ei măsoară cantitatea de plumb, care este produsul final al dezintegrarii radioactive a uraniului. În acest caz, 238 U este elementul inițial, iar 234 U este unul dintre produse. 235 U dă naștere unei serii de dezintegrare a actiniului.

Deschiderea unei reacții în lanț

Elementul chimic uraniu a devenit subiect de interes larg și de studiu intensiv după ce chimiștii germani Otto Hahn și Fritz Strassmann au descoperit fisiunea nucleară în el la sfârșitul anului 1938, când a fost bombardat cu neutroni lenți. La începutul anului 1939, fizicianul american de origine italiană Enrico Fermi a sugerat că printre produsele fisiunii atomului pot exista particule elementare capabile să genereze o reacție în lanț. În 1939, fizicienii americani Leo Szilard și Herbert Anderson, precum și chimistul francez Frederic Joliot-Curie și colegii lor, au confirmat această predicție. Studiile ulterioare au arătat că, în medie, 2,5 neutroni sunt eliberați în timpul fisiunii unui atom. Aceste descoperiri au dus la prima reacție nucleară în lanț autosusținută (12/02/1942), prima bombă atomică (16/07/1945), prima sa utilizare în operațiuni militare (08/06/1945), primul submarin nuclear (1955) și prima centrală nucleară la scară largă (1957).

Stări de oxidare

Elementul chimic uraniul, fiind un metal puternic electropozitiv, reacţionează cu apa. Se dizolvă în acizi, dar nu în alcalii. Stările importante de oxidare sunt +4 (ca în oxidul UO 2 , tetrahalogenuri precum UCl 4 și ionul verde de apă U 4+) și +6 (ca în oxidul UO 3, hexafluorura UF 6 și ionul uranil UO 2 2+) . Într-o soluție apoasă, uraniul este cel mai stabil în compoziția ionului uranil, care are o structură liniară [O = U = O] 2+ . Elementul are și stări +3 și +5, dar sunt instabile. U 3+ roșu se oxidează lent în apă care nu conține oxigen. Culoarea ionului UO 2 + este necunoscută deoarece suferă disproporționare (UO 2 + este simultan redus la U 4+ și oxidat la UO 2 2+ ) chiar și în soluții foarte diluate.

Combustibil nuclear

Când este expus la neutroni lenți, fisiunea atomului de uraniu are loc în izotopul relativ rar 235 U. Acesta este singurul material fisionabil natural și trebuie separat de izotopul 238 U. Cu toate acestea, după absorbție și degradarea beta negativă, uraniul -238 se transformă într-un element sintetic plutoniu, care este divizat prin acțiunea neutronilor lenți. Prin urmare, uraniul natural poate fi folosit în reactoare de conversie și reproducere, în care fisiunea este susținută de 235 U rare și plutoniul este produs simultan cu transmutarea a 238 U. Fisilul 233 U poate fi sintetizat din izotopul toriu-232, care este larg răspândit în natură, pentru a fi utilizat ca combustibil nuclear. Uraniul este, de asemenea, important ca material primar din care se obțin elementele transuraniu sintetice.

Alte utilizări ale uraniului

Compușii elementului chimic au fost utilizați anterior ca coloranți pentru ceramică. Hexafluorura (UF 6) este un solid cu o presiune de vapori neobișnuit de mare (0,15 atm = 15.300 Pa) la 25 °C. UF 6 este foarte reactiv din punct de vedere chimic, dar în ciuda naturii sale corozive în stare de vapori, UF 6 este utilizat pe scară largă în metodele de difuzie a gazelor și centrifugare cu gaz pentru a obține uraniu îmbogățit.

Compușii organometalici sunt un grup interesant și important de compuși în care legăturile metal-carbon leagă metalul de grupări organice. Uranocenul este un compus organouraniu U(C 8 H 8) 2 în care atomul de uraniu este cuprins între două straturi de inele organice legate de ciclooctatetraenă C 8 H 8. Descoperirea sa în 1968 a deschis un nou domeniu al chimiei organometalice.

Uraniul natural sărăcit este folosit ca mijloc de protecție împotriva radiațiilor, balast, în proiectile perforatoare și blindajele tancurilor.

Reciclare

Elementul chimic, deși foarte dens (19,1 g/cm 3), este o substanță relativ slabă, neinflamabilă. Într-adevăr, proprietățile metalice ale uraniului par să-l plaseze undeva între argint și alte metale și nemetale adevărate, așa că nu este folosit ca material structural. Valoarea principală a uraniului constă în proprietățile radioactive ale izotopilor săi și în capacitatea lor de fisiune. În natură, aproape tot (99,27%) metal este format din 238 U. Restul este 235 U (0,72%) și 234 U (0,006%). Dintre acești izotopi naturali, doar 235 U sunt fisionați direct prin iradierea cu neutroni. Cu toate acestea, atunci când este absorbit, 238 U formează 239 U, care în cele din urmă se descompune în 239 Pu, un material fisionabil de mare importanță pentru energia nucleară și armele nucleare. Un alt izotop fisionabil, 233 U, poate fi produs prin iradierea cu neutroni cu 232 Th.

forme cristaline

Caracteristicile uraniului îl fac să reacționeze cu oxigenul și azotul chiar și în condiții normale. La temperaturi mai ridicate, reacţionează cu o gamă largă de metale de aliere pentru a forma compuşi intermetalici. Formarea soluțiilor solide cu alte metale este rară datorită structurilor cristaline speciale formate de atomii elementului. Între temperatura camerei și punctul de topire de 1132 °C, uraniul metalului există în 3 forme cristaline cunoscute sub numele de alfa (α), beta (β) și gamma (γ). Transformarea de la starea α la β are loc la 668 °C și de la β la γ - la 775 °C. γ-uraniul are o structură cristalină cubică centrată pe corp, în timp ce β are una tetragonală. Faza α este alcătuită din straturi de atomi într-o structură ortorombică foarte simetrică. Această structură distorsionată anizotropă împiedică atomii de metal de aliere să înlocuiască atomii de uraniu sau să ocupe spațiul dintre ei în rețeaua cristalină. S-a constatat că numai molibdenul și niobiul formează soluții solide.

Minereuri

Scoarța terestră conține aproximativ 2 părți per milion de uraniu, ceea ce indică distribuția sa largă în natură. Se estimează că oceanele conțin 4,5 x 109 tone din acest element chimic. Uraniul este un constituent important a peste 150 de minerale diferite și un constituent minor al altor 50. Mineralele primare găsite în venele hidrotermale magmatice și în pegmatite includ uranitul și soiul său pitchblenda. În aceste minereuri, elementul apare sub formă de dioxid, care, datorită oxidării, poate varia de la UO 2 la UO 2,67. Alte produse semnificative din punct de vedere economic din minele de uraniu sunt autunite (uranil fosfat de calciu hidratat), tobernită (uranil fosfat de cupru hidratat), coffinita (silicat de uraniu hidratat negru) și carnotita (uranil vanadat de potasiu hidratat).

Se estimează că peste 90% din rezervele cunoscute de uraniu low-cost se găsesc în Australia, Kazahstan, Canada, Rusia, Africa de Sud, Niger, Namibia, Brazilia, China, Mongolia și Uzbekistan. Depozite mari se găsesc în formațiunile de roci conglomerate ale Lacului Elliot, situat la nord de Lacul Huron din Ontario, Canada și în mina de aur din Africa de Sud Witwatersrand. Formațiunile de nisip din Platoul Colorado și din Bazinul Wyoming din vestul Statelor Unite conțin, de asemenea, rezerve semnificative de uraniu.

Minerit

Minereurile de uraniu se găsesc atât în ​​zăcăminte aproape de suprafață, cât și în adâncime (300-1200 m). În subteran, grosimea cusăturii ajunge la 30 m. Ca și în cazul minereurilor din alte metale, exploatarea uraniului la suprafață este efectuată cu echipamente mari de terasament, iar dezvoltarea zăcămintelor de adâncime se realizează prin metode tradiționale de verticală. și minele înclinate. Producția mondială de concentrat de uraniu s-a ridicat în 2013 la 70 de mii de tone. Cele mai productive mine de uraniu sunt situate în Kazahstan (32% din producția totală), Canada, Australia, Niger, Namibia, Uzbekistan și Rusia.

Minereurile de uraniu conțin de obicei doar o cantitate mică de minerale purtătoare de uraniu și nu pot fi topite prin metode pirometalurgice directe. În schimb, procedurile hidrometalurgice ar trebui folosite pentru extragerea și purificarea uraniului. Creșterea concentrației reduce semnificativ sarcina asupra circuitelor de procesare, dar nu este aplicabilă nici una dintre metodele convenționale de îmbogățire utilizate în mod obișnuit pentru prelucrarea mineralelor, cum ar fi gravitația, flotația, sortarea electrostatică și chiar manuală. Cu câteva excepții, aceste metode au ca rezultat o pierdere semnificativă de uraniu.

Ardere

Prelucrarea hidrometalurgică a minereurilor de uraniu este adesea precedată de o etapă de calcinare la temperatură ridicată. Arderea deshidratează argila, îndepărtează materialele carbonice, oxidează compușii de sulf în sulfați inofensivi și oxidează orice alți agenți reducători care pot interfera cu prelucrarea ulterioară.

Leşierea

Uraniul este extras din minereurile prăjite cu soluții apoase atât acide, cât și alcaline. Pentru ca toate sistemele de leșiere să funcționeze cu succes, elementul chimic trebuie fie să fie prezent inițial în forma mai stabilă de 6-valente, fie să fie oxidat în această stare în timpul procesării.

Leșierea acidă se realizează de obicei prin agitarea amestecului de minereu și lixiviant timp de 4-48 ore la temperatura ambiantă. Cu excepția unor circumstanțe speciale, se utilizează acid sulfuric. Se servește în cantități suficiente pentru a obține lichidul final la pH 1,5. Schemele de leșiere cu acid sulfuric utilizează în mod obișnuit fie dioxid de mangan, fie clorat pentru a oxida U4+ până la uranil 6-valent (UO22+). De regulă, aproximativ 5 kg de dioxid de mangan sau 1,5 kg de clorat de sodiu pe tonă sunt suficiente pentru oxidarea U 4+. În orice caz, uraniul oxidat reacţionează cu acidul sulfuric pentru a forma anionul complex 4-uranil sulfat.

Minereul care conține o cantitate semnificativă de minerale bazice, cum ar fi calcitul sau dolomita, este levigat cu o soluție de carbonat de sodiu de 0,5-1 molar. Deși au fost studiați și testați diverși reactivi, principalul agent oxidant pentru uraniu este oxigenul. Minereurile sunt de obicei levigate în aer la presiunea atmosferică și la o temperatură de 75-80 °C pentru o perioadă de timp care depinde de compoziția chimică specifică. Alcalii reacționează cu uraniul pentru a forma un ion complex ușor solubil 4-.

Înainte de prelucrare ulterioară, soluțiile rezultate din leșierea acidă sau carbonatată trebuie clarificate. Separarea pe scară largă a argilelor și a altor șlamuri de minereu se realizează prin utilizarea agenților de floculare eficienți, inclusiv poliacrilamide, gumă de guar și lipici animal.

Extracţie

Ionii complecși 4- și 4- pot fi absorbiți din soluțiile lor de leșiere respective de rășini schimbătoare de ioni. Aceste rășini speciale, caracterizate prin cinetica lor de sorbție și eluție, dimensiunea particulelor, stabilitate și proprietăți hidraulice, pot fi utilizate în diferite tehnologii de prelucrare, cum ar fi metoda cu pat fix și mobil, tip coș și metoda rășinii schimbătoare de ioni în suspensie continuă. De obicei, se folosesc soluții de clorură de sodiu și amoniac sau nitrați pentru eluarea uraniului adsorbit.

Uraniul poate fi izolat din lichidele acide de minereu prin extracție cu solvent. În industrie, se folosesc acizi alchil fosforici, precum și alchilamine secundare și terțiare. Ca regulă generală, extracția cu solvent este preferată față de metodele de schimb ionic pentru filtratele acide care conțin mai mult de 1 g/l uraniu. Cu toate acestea, această metodă nu este aplicabilă pentru levigarea carbonatului.

Uraniul este apoi purificat prin dizolvarea în acid azotic pentru a forma azotat de uranil, extras, cristalizat şi calcinat pentru a forma trioxid de U03. Dioxidul de UO2 redus reacţionează cu fluorura de hidrogen pentru a forma tetrafluorura UF4, din care uraniul metalic este redus cu magneziu sau calciu la o temperatură de 1300 °C.

Tetrafluorura poate fi fluorurată la 350 °C pentru a forma hexafluorura de UF 6, care este folosită pentru a separa uraniul-235 îmbogățit prin difuzie gazoasă, centrifugare cu gaz sau difuzie termică lichidă.

Uraniul nu este un actinoid foarte tipic; sunt cunoscute cinci dintre stările sale de valență - de la 2+ la 6+. Unii compuși ai uraniului au o culoare caracteristică. Deci, soluții de uraniu trivalent - roșu, tetravalent - verde și uraniu hexavalent - există sub formă de ion de uranil (UO 2) 2+ - soluții de culori galbene... Faptul că uraniul hexavalent formează compuși cu mulți agenți organici de complexare s-a dovedit a fi foarte important pentru tehnologia de extragere a elementului nr. 92.

Este caracteristic că învelișul electron exterior al ionilor de uraniu este întotdeauna complet umplut; electronii de valență se află în stratul de electroni anterior, în subshell-ul 5f. Dacă comparăm uraniul cu alte elemente, este evident că plutoniul este cel mai asemănător cu acesta. Principala diferență dintre ele este raza ionică mare a uraniului. În plus, plutoniul este cel mai stabil în stare tetravalentă, în timp ce uraniul este cel mai stabil în stare hexavalentă. Acest lucru ajută la separarea lor, ceea ce este foarte important: plutoniul-239 de combustibil nuclear este obținut exclusiv din uraniu, uraniu de balast-238 din punct de vedere energetic. Plutoniul se formează într-o masă de uraniu și trebuie separate!

Cu toate acestea, înainte de a avea nevoie să obțineți această masă de uraniu, după ce a trecut printr-un lanț tehnologic lung, începând cu minereu. De regulă, minereu multicomponent, sărac în uraniu.

Izotop ușor al unui element greu

Când vorbim despre obținerea elementului #92, am omis în mod deliberat un pas important. După cum știți, nu orice uraniu este capabil să susțină o reacție nucleară în lanț. Uraniul-238, care reprezintă 99,28% din amestecul natural de izotopi, nu este capabil de acest lucru. Din această cauză, uraniul-238 este transformat în plutoniu, iar amestecul natural de izotopi de uraniu se caută fie să fie divizat, fie să fie îmbogățit cu izotopul uraniu-235, capabil să fisioneze neutronii termici.

Au fost dezvoltate multe metode pentru separarea uraniului-235 și uraniu-238. Cea mai des folosită metodă este difuzia gazoasă. Esența sa este că, dacă un amestec de două gaze este trecut printr-o partiție poroasă, atunci cel ușor va trece mai repede. În 1913, F. Aston a separat parțial izotopii de neon în acest fel.

Majoritatea compușilor de uraniu în condiții normale sunt solide și pot fi transferați în stare gazoasă doar la temperaturi foarte ridicate, când nu se pune problema unor procese fine de separare a izotopilor. Cu toate acestea, compusul incolor al uraniului cu fluor - hexafluorura UF 6 se sublimează deja la 56,5 ° C (la presiunea atmosferică). UF 6 este cel mai volatil compus al uraniului și este cel mai potrivit pentru separarea izotopilor prin difuzie gazoasă.

Hexafluorura de uraniu se caracterizează printr-o activitate chimică ridicată. Coroziunea țevilor, pompelor, containerelor, interacțiunea cu lubrifierea mecanismelor - o listă mică, dar impresionantă de necazuri pe care creatorii instalațiilor de difuzie au trebuit să le depășească. Dificultăți și mai serioase întâlnite.

Hexafluorura de uraniu, obținută prin fluorurarea unui amestec natural de izotopi de uraniu, din punct de vedere al „difuziei”, poate fi considerată ca un amestec de două gaze cu greutăți moleculare foarte apropiate - 349 (235 + 19 * 6) și 352 (238). + 19 * 6). Factorul maxim de separare teoretic într-o etapă de difuzie pentru gazele care diferă atât de puțin în greutate moleculară este de numai 1,0043. În condiții reale, această valoare este și mai mică. Se dovedește că este posibilă creșterea concentrației de uraniu-235 de la 0,72 la 99% numai cu ajutorul a câteva mii de pași de difuzie. Prin urmare, plantele pentru separarea izotopilor de uraniu ocupă o suprafață de câteva zeci de hectare. Suprafața partițiilor poroase din cascadele divizoare ale plantelor este aproximativ de același ordin de mărime.

Pe scurt despre alți izotopi ai uraniului

Uraniul natural, pe lângă uraniu-235 și uraniu-238, include uraniu-234. Conținutul acestui izotop rar este exprimat ca un număr cu patru zecimale. Izotop artificial mult mai accesibil - uraniu-233. Se obține prin iradierea toriului în fluxul de neutroni al unui reactor nuclear:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
După toate regulile fizicii nucleare, uraniul-233, ca izotop ciudat, este fisionabil de neutroni termici. Și cel mai important, în reactoarele cu uraniu-233, poate avea loc (și se întâmplă) reproducerea extinsă a combustibilului nuclear. Într-un reactor de neutroni termici convențional! Calculele arată că, atunci când un kilogram de uraniu-233 arde într-un reactor cu toriu, ar trebui să se acumuleze în el 1,1 kg de uraniu-233 nou. Miracol, și numai! Au ars un kilogram de combustibil, dar combustibilul nu a scăzut.

Cu toate acestea, astfel de miracole sunt posibile numai cu combustibil nuclear.

Ciclul uraniu-toriu din reactoarele cu neutroni termici este principalul concurent al ciclului uraniu-plutoniu pentru producerea combustibilului nuclear în reactoare cu neutroni rapidi... De fapt, doar din această cauză, elementul nr. 90, toriu, a fost clasificat ca material strategic .

Alți izotopi artificiali de uraniu nu joacă un rol semnificativ. Merită menționat doar uraniul-239 - primul izotop din lanțul de transformări a uraniului-238 plutoniu-239. Timpul său de înjumătățire este de numai 23 de minute.

Izotopii de uraniu cu un număr de masă mai mare de 240 nu au timp să se formeze în reactoarele moderne. Durata de viață a uraniului-240 este prea scurtă și se descompune fără a avea timp să capteze un neutron.

În fluxurile de neutroni super-puternice ale unei explozii termonucleare, nucleul de uraniu reușește să capteze până la 19 neutroni într-o milione de secundă. În acest caz, se nasc izotopi de uraniu cu numere de masă de la 239 la 257. Existența lor a fost învățată din apariția în produsele unei explozii termonucleare a elementelor transuraniului îndepărtate - descendenți ai izotopilor grei de uraniu. „Fondatorii genului” înșiși sunt prea instabili împotriva dezintegrarii beta și trec în elemente superioare cu mult înainte de extragerea produselor de reacție nucleară din roca amestecată de explozie.

Reactoarele termice moderne ard uraniu-235. În reactoarele cu neutroni rapizi deja existente, energia nucleelor ​​izotopului larg răspândit - uraniu-238 este eliberată, iar dacă energia este adevărata bogăție, atunci nucleele de uraniu vor beneficia omenirea în viitorul apropiat: energia elementului N° 92 va să devină baza existenței noastre.

Este extrem de important să ne asigurăm că uraniul și derivații săi ard numai în reactoarele nucleare ale centralelor pașnice, ard încet, fără fum și flacără.

O ALTA SURSA DE URANIU. Astăzi a devenit apă de mare. Sunt deja în funcțiune instalații pilot pentru extragerea uraniului din apă cu adsorbanți speciali: oxid de titan sau fibră acrilică tratată cu anumiți reactivi.

CINE CÂT. La începutul anilor 1980, producția de uraniu în țările capitaliste era de aproximativ 50.000 g pe an (în termeni de U3O). Aproximativ o treime din această sumă a fost furnizată de industria americană. Pe locul doi se află Canada, urmată de Africa de Sud. Nigor, Gabon, Namibia. Dintre țările europene, Franța produce cel mai mult uraniu și compușii săi, dar ponderea sa a fost de aproape șapte ori mai mică decât Statele Unite.

COMPUSI NETRADITIONALI. Deși nu este neîntemeiat să afirmăm că chimia uraniului și plutoniului este mai bine înțeleasă astăzi decât chimia unor elemente tradiționale precum fierul, cu toate acestea, chiar și astăzi chimiștii dezvoltă noi compuși ai uraniului. Deci, în 1977, revista Radiochimie, vol. XIX, nr. 6 au raportat doi compuși noi de uranil. Compoziția lor este MU02(S04)2-SH20, unde M este un ion de mangan sau cobalt divalent. Faptul că noii compuși sunt tocmai săruri duble, și nu un amestec de două săruri similare, a fost evidențiat de modelele de difracție de raze X.

Tehnologiile nucleare se bazează în mare măsură pe utilizarea metodelor de radiochimie, care la rândul lor se bazează pe proprietățile nuclearo-fizice, fizice, chimice și toxice ale elementelor radioactive.

În acest capitol, ne limităm la o scurtă descriere a proprietăților principalelor izotopi fisionali - uraniu și plutoniu.

Uranus

Uranus ( uraniu) U - un element al grupării actinide, perioada a 7-a-0 a sistemului periodic, Z=92, masa atomică 238,029; cele mai grele dintre cele găsite în natură.

Există 25 de izotopi cunoscuți ai uraniului, toți fiind radioactivi. Cel mai usor 217U (Tj/ 2 = 26 ms), cel mai greu 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Există 6 izomeri nucleari. Există trei izotopi radioactivi în uraniul natural: 2 s 8 și (99,2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 ani) și 2 34U ( 0,0056%, Ti/ 2=2,48-swl). Radioactivitatea specifică a uraniului natural este de 2,48104 Bq, împărțită aproape la jumătate între 2 34U și 288 U; 235U are o contribuție mică (activitatea specifică a izotopului 233 din uraniul natural este de 21 de ori mai mică decât activitatea 238U). Secțiunea transversală de captare a neutronilor termici este de 46, 98 și 2,7 barn pentru 2 zz, 2 35U și, respectiv, 2 3 8 U; secțiune transversală de fisiune 527 și 584 barn pentru 2 zz și 2 s 8 și, respectiv; amestec natural de izotopi (0,7% 235U) 4,2 hambar.

Tab. 1. Proprietăţi nuclearo-fizice 2 h9 Ri și 2 35C.

Tab. 2. Captarea neutronilor 2 35C și 2 ore 8 C.

Șase izotopi ai uraniului sunt capabili de fisiune spontană: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u și 2 s 8 u. Izotopii naturali 233 și 235U se fisionează sub acțiunea atât a neutronilor termici, cât și a celor rapizi, în timp ce nucleele 238 și sunt capabile de fisiune numai atunci când sunt capturați neutroni cu o energie mai mare de 1,1 MeV. Când neutronii cu energie mai mică sunt capturați, nucleele de 288 U sunt mai întâi convertite în nuclee de 2 -i9U, care apoi suferă dezintegrare p și merg mai întâi în 2 - "*9Np și apoi în 2 39Pu. Secțiuni transversale eficiente pentru capturarea de neutroni termici de 2 34U, 2 nuclee 35U și 2 3 8 și sunt egali cu 98, 683 și, respectiv, 2,7-hambare. Fisiunea completă de 2 35U conduce la un „echivalent de energie termică” de 2-107 kWh/kg. Izotopii 2 35U și 2 zzy sunt utilizați ca combustibil nuclear, capabil să susțină reacția în lanț de fisiune.

Reactoarele nucleare produc n izotopi artificiali de uraniu cu numere de masă 227-240, dintre care cel mai longeviv este 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 ani); se obtine prin iradierea cu neutroni a toriului. Izotopii de uraniu cu numere de masă 239^257 se nasc în fluxurile de neutroni superputernice ale unei explozii termonucleare.

Uraniu-232- nuclid tehnogen, emițător a, T x / 2=68,9 ani, izotopi părinte 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) și 23 2 Pa(p), nuclid fiu 228 Th. Intensitatea fisiunii spontane este de 0,47 diviziuni/s kg.

Uraniul-232 se formează ca urmare a următoarelor descompunere:

P + - dezintegrarea nuclidului * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):

În industria nucleară, 2 3 2 U este produs ca produs secundar în sinteza nuclidului 2 33 fisionabil (de calitate pentru arme) în ciclul combustibilului toriu. Când este iradiat cu neutroni 2 3 2 Th, are loc reacția principală:

și reacție laterală în doi pași:

Producția de 232 U din toriu are loc numai pe neutroni rapizi (E„>6 MeV). Dacă în substanța inițială există 2 s°Th, atunci formarea lui 2 3 2 U este completată de reacția: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Această reacție are loc pe neutroni termici. Generația 2 3 2 U este nedorită din mai multe motive. Este suprimată prin utilizarea toriu cu o concentrație minimă de 23°Th.

Decăderea lui 2 din 2 are loc în următoarele direcții:

O dezintegrare în 228 Th (probabilitate 100%, energie de dezintegrare 5,414 MeV):

energia particulelor a emise este de 5,263 MeV (în 31,6% din cazuri) și 5,320 MeV (în 68,2% din cazuri).

  • - fisiune spontană (probabilitate mai mică de ~ 12%);
  • - dezintegrarea clusterului cu formarea nuclidului 28 Mg (probabilitatea dezintegrarii este mai mică de 5 * 10 "12%):

Dezintegrarea clusterului cu formarea nuclidului 2

Uraniul-232 este strămoșul unui lanț lung de descompunere, care include nuclizi - emițători de y-quanta dure:

^U-(3,64 zile, 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.

Acumularea de 2 3 2 U este inevitabilă în producerea de 2 zzy în ciclul energetic al toriului. Radiațiile y intense care decurg din dezintegrarea 2 3 2 U împiedică dezvoltarea energiei toriului. Este neobișnuit ca izotopul uniform 2 3 2 11 să aibă o secțiune transversală de fisiune mare sub acțiunea neutronilor (75 barn pentru neutroni termici), precum și o secțiune transversală mare de captare a neutronilor - 73 barn. 2 3 2 U este utilizat în metoda trasoarelor radioactive în cercetarea chimică.

2 z 2 și este strămoșul unui lanț lung de dezintegrare (conform schemei 2 z 2 Th), care include nuclizi care emit y-quante dure. Acumularea de 2 3 2 U este inevitabilă în producerea de 2 zzy în ciclul energetic al toriului. Radiațiile γ intense care decurg din dezintegrarea 232 U împiedică dezvoltarea energiei toriului. Este neobișnuit ca izotopul uniform 2 3 2 U să aibă o secțiune transversală de fisiune mare sub acțiunea neutronilor (75 barn pentru neutroni termici), precum și o secțiune transversală mare de captare a neutronilor - 73 barn. 2 3 2 U este adesea folosit în metoda trasoarelor radioactive în cercetarea chimică și fizică.

Uraniu-233- radionuclid tehnogen, emițător a (energii 4.824 (82.7%) și 4.783 MeV (14.9%), Tvi= 1,585105 ani, nuclizi părinte 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), nuclid fiică 22 9Th. 2 zzi se obține în reactoarele nucleare din toriu: 2 s 2 Th captează un neutron și se transformă în 2 zz Th, care se descompune în 2 zz Pa, iar apoi în 2 zz. Nucleii 2 zzi (izotop impar) sunt capabili atât de fisiune spontană, cât și de fisiune sub acțiunea neutronilor de orice energie, ceea ce îl face potrivit atât pentru producerea de arme atomice, cât și pentru combustibil pentru reactoare. Secțiunea transversală efectivă de fisiune este de 533 barn, secțiunea transversală de captare este de 52 barn, randamentul de neutroni este de 2,54 per eveniment de fisiune și 2,31 per neutron absorbit. Masa critică de 2 zz este de trei ori mai mică decât masa critică de 2 35U (-16 kg). Intensitatea fisiunii spontane este de 720 cazuri/s kg.

Uraniul-233 se formează ca urmare a următoarelor descompunere:

- (3 + -dezintegrarea nuclidului 2 33Np (7^=36,2 min):

La scară industrială, 2 zzi se obține din 2 32Th prin iradiere cu neutroni:

Atunci când un neutron este absorbit, nucleul 233 se fisiune, dar ocazional captează un neutron, transformându-se în 234U. Deși 2 zzy, după ce a absorbit un neutron, de obicei se fisiază, totuși salvează uneori un neutron, transformându-se în 2 34U. Timpul de funcționare de 2 zz se realizează atât în ​​reactoare rapide, cât și în reactoare termice.

Din punct de vedere al armelor, 2 zzi este comparabil cu 2 39 Pu: radioactivitatea sa este de 1/7 din activitatea lui 2 39 Pu (Ti/ 2 \u003d 159200 l față de 24100 l pentru Pu), masa critică a 2 szi este cu 6o% mai mare decât cea a IgPu (16 kg față de 10 kg), iar rata de fisiune spontană este de 20 de ori mai mare (b-u - ' versus 310 10). Fluxul de neutroni de la 239Pu este de 3 ori mai mare decât cel de la 239Pu. Crearea unei sarcini nucleare pe baza de 2 sz necesită mai mult efort decât pe ^Pu. Principalul obstacol este prezența impurității 232U în 232U, a cărei radiație y a proiectelor de dezintegrare îngreunează lucrul cu 2zzi și facilitează detectarea armelor gata făcute. În plus, timpul scurt de înjumătățire al 2 3 2 U îl face o sursă activă de particule a. 2 zzi cu 1% 232 și are o activitate a de 3 ori mai puternică decât plutoniul pentru arme și, în consecință, o radiotoxicitate mai mare. Această activitate a provoacă nașterea neutronilor în elementele ușoare ale încărcăturii armei. Pentru a minimiza această problemă, prezența unor elemente precum Be, B, F, Li ar trebui să fie minimă. Prezența unui fundal de neutroni nu afectează funcționarea sistemelor de implozie, dar este necesar un nivel ridicat de puritate pentru elementele ușoare pentru schemele de arme.zgi nu este dăunător și chiar de dorit, deoarece reduce posibilitatea utilizării uraniului în scopuri de arme. .După procesarea combustibilului nuclear uzat și reutilizarea combustibilului, conținutul de 232U ajunge la 0,1 + 0,2%.

Dezintegrarea lui 2 zzy are loc în următoarele direcții:

Dezintegrare A în 22 9Th (probabilitate 100%, energie de dezintegrare 4,909 MeV):

energia n-particulelor emise este de 4,729 MeV (în 1,61% din cazuri), 4,784 MeV (în 13,2% din cazuri) și 4,824 MeV (în 84,4% din cazuri).

  • - fisiune spontană (probabilitate
  • - dezintegrarea clusterului cu formarea nuclidului 28 Mg (probabilitatea dezintegrarii este mai mică de 1,3*10 -13%):

Dezintegrarea clusterului cu formarea nuclidului 24 Ne (probabilitate de dezintegrare 7,3-10-“%):

Lanțul de dezintegrare de 2 zz aparține seriei Neptunium.

Radioactivitatea specifică este de 2 zzi 3,57-8 Bq/g, ceea ce corespunde unei activități a (și radiotoxicității) de -15% plutoniu. Doar 1% 2 3 2 U crește radioactivitatea la 212 mCi/g.

Uraniu-234(Uranus II, UII) este o parte a uraniului natural (0,0055%), 2,445105 ani, emițător a (energia particulelor a 4,777 (72%) și

4,723 (28%) MeV), radionuclizi părinte: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

izotop fiică în 2 s"t.

De obicei, 234 U este în echilibru cu 2 3 8 u, descompunând și formându-se în aceeași viteză. Aproximativ jumătate din radioactivitatea uraniului natural este contribuția 234U. De obicei, 234U se obține prin cromatografia cu schimb de ioni a preparatelor vechi de 238 Pu pur. În a-decay, *34U se pretează la 234U, așa că vechile preparate de 238Pu sunt surse bune de 234U. 100 g 2s8Pu conțin 776 mg 234U după un an, după 3 ani

2,2 g 2 34U. Concentrația de 2 34U în uraniu foarte îmbogățit este destul de mare datorită îmbogățirii preferențiale în izotopi de lumină. Deoarece 234u este un emițător y puternic, există restricții privind concentrația sa în uraniu destinat procesării în combustibil. Nivelul ridicat de 234i este acceptabil pentru reactoare, dar SNF reprocesat conține deja niveluri inacceptabile ale acestui izotop.

Dezintegrarea lui 234u are loc după următoarele linii:

Dezintegrare A în 23°T (probabilitate 100%, energie de dezintegrare 4,857 MeV):

energia particulelor a emise este de 4,722 MeV (în 28,4% din cazuri) și 4,775 MeV (în 71,4% din cazuri).

  • - fisiune spontană (probabilitate 1,73-10-9%).
  • - dezintegrarea clusterului cu formarea nuclidului 28 Mg (probabilitatea dezintegrarii este de 1,4-10 "n%, conform altor surse 3,9-10-"%):
  • - dezintegrarea clusterului cu formarea nuclizilor 2 4Ne și 26 Ne (probabilitatea dezintegrarii este de 9-10", 2%, conform altor date 2.3-10 - 11%):

Singurul izomer 2 34ti este cunoscut (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Secțiunea transversală de absorbție a 2 neutroni termici 34U este de 10 barn, iar pentru integrala de rezonanță mediată pe diverși neutroni intermediari, 700 barn. Prin urmare, în reactoarele cu neutroni termici, acesta este convertit în 235U fisil la o rată mai rapidă decât o cantitate mult mai mare de 238U (cu o secțiune transversală de 2,7 barn) este convertită în 239Pu. Ca rezultat, SNF conține mai puțin 234U decât combustibilul proaspăt.

Uraniu-235 aparține familiei 4P + 3, este capabil să producă o reacție în lanț de fisiune. Acesta este primul izotop pe care a fost descoperită reacția de fisiune forțată a nucleelor ​​sub acțiunea neutronilor. Absorbând un neutron, 235U intră în 2 zbi, care este împărțit în două părți, eliberând energie și emițând mai mulți neutroni. Fisionabil de neutroni de orice energie, capabil de fisiune spontană, izotopul 2 35U face parte din utanul natural (0,72%), emițător a (energii 4,397 (57%) și 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-th 8 ani, nuclizi părinte 2 35Pa, 2 35Np și 2 39Pu, fiica - 23"Th. Intensitatea fisiunii spontane 2 3su 0,16 diviziuni/s kg. Fisiunea unui nucleu de 2 35U eliberează 200 MeV de energie = 3,2 Yu p J, adică. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Secțiunea transversală a fisiunii prin neutroni termici este de 545 hambare, iar prin neutroni rapizi - 1,22 hambare, randament de neutroni: per eveniment de fisiune - 2,5, per neutron absorbit - 2,08.

Cometariu. Secțiunea transversală de captare a neutronilor lenți pentru a forma izotopul 2 si (10 barn), astfel încât secțiunea transversală de absorbție totală a neutronilor lenți este de 645 barn.


  • - fisiune spontană (probabilitate 7*10~9%);
  • - dezintegrarea clusterului cu formarea de nuclizi 2 °Ne, 2 5Ne și 28 Mg (probabilitățile sunt respectiv 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):

Orez. unu.

Singurul izomer cunoscut este 2 35n»u (7/ 2 = 26 min).

Activitate specifică 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Masa critică de uraniu pentru arme (93,5% 2 35U) pentru o minge cu reflector este de 15-7-23 kg.

Fisiune 2 » 5U este folosit în arme atomice, pentru producerea de energie și pentru sinteza actinidelor importante. Reacția în lanț se menține datorită excesului de neutroni produși în timpul fisiunii de 2 35C.

Uraniu-236 apare pe Pământ în natură în urme (pe Lună este mai mult), a-emițător (?

Orez. 2. Familia radioactivă 4/7+2 (inclusiv -3 8 și).

Într-un reactor atomic, 233 absoarbe un neutron termic, după care se fisiază cu o probabilitate de 82% și emite un cuantic y cu o probabilitate de 18% și se transformă în 236 și . În cantități mici, face parte din combustibilul proaspăt; se acumulează atunci când uraniul este iradiat cu neutroni în reactor și, prin urmare, este utilizat ca „dispozitiv de semnalizare” SNF. 2 h b și se formează ca produs secundar în timpul separării izotopilor prin difuzie gazoasă în timpul regenerării combustibilului nuclear uzat. 236 U produs într-un reactor de putere este o otravă cu neutroni; prezența sa în combustibilul nuclear este compensată de un nivel ridicat de îmbogățire cu 2 35U.

2b și este folosit ca trasor de amestecare pentru apele oceanice.

Uraniu-237,T&= 6,75 zile, emițător beta și gamma, pot fi obținute prin reacții nucleare:


Detectarea 287 și efectuată conform liniilor cu eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U este utilizat în metoda trasoarelor radioactive în cercetarea chimică. Măsurarea concentrației (2 4°Am) în precipitațiile de la un test cu armă atomică oferă informații valoroase despre tipul de încărcare și echipamentul utilizat.

Uraniu-238- aparține familiei 4P + 2, fisibilă cu neutroni de înaltă energie (mai mult de 1,1 MeV), capabilă de fisiune spontană, formează baza uraniului natural (99,27%), emițător a, 7'; /2=4>468-109 ani, se descompune direct în 2 34Th, formează un număr de radionuclizi înrudiți genetic, iar după 18 produse se transformă în 206 Pb. Pur 2 3 8 U are o radioactivitate specifică de 1,22-104 Bq. Timpul de înjumătățire este foarte lung - aproximativ 10 16 ani, astfel încât probabilitatea de fisiune în raport cu procesul principal - emisia unei particule a - este de numai 10 "7. Un kilogram de uraniu dă doar 10 fisiuni spontane pe fiecare. al doilea, iar în același timp o particulă a emite 20 de milioane de nuclei Nuclizi părinți: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, fiică T,/ 2 = 2 :i 4 al.

Uraniul-238 se formează ca urmare a următoarelor descompunere:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Dintre mineralele secundare, este obișnuit uranil fosfatul de calciu hidratat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Adesea, uraniul din minerale este însoțit de alte elemente utile - titan , tantal, pământuri rare. Prin urmare, este firesc să ne străduim pentru procesarea complexă a minereurilor care conțin uraniu.

Proprietățile fizice de bază ale uraniului: masa atomică 238,0289 a.m.u. (g/mol); raza atomică 138 pm (1 pm = 12 m); energie de ionizare (primul electron 7,11 eV; configurație electronică -5f36d‘7s 2; stări de oxidare 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t,1=3818°; densitate 19,05; capacitate termică specifică 0,115 JDKmol); rezistență la rupere 450 MPa, căldură de fuziune 12,6 kJ/mol, căldură de vaporizare 417 kJ/mol, capacitate termică specifică 0,115 J/(mol-K); volum molar 12,5 cm3/mol; temperatura caracteristică Debye © D = 200K, temperatura de tranziție la starea supraconductoare este de 0,68K.

Uraniul este un metal greu, alb-argintiu, lucios. Este puțin mai moale decât oțelul, maleabil, flexibil, are ușoare proprietăți paramagnetice și este piroforic în stare de pulbere. Uraniul are trei forme alotrope: alfa (rombic, a-U, parametrii rețelei 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil până la 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil de la 667,7 la 774,8°), gamma (cu o rețea cubică centrată pe corp, y-U, existent de la 774,8° până la punctele de topire, frm= ii34 0), la care uraniul este cel mai maleabil și mai convenabil pentru prelucrare.

La temperatura camerei, faza a rombică este stabilă, structura prismatică este formată din straturi atomice ondulate paralele cu planul abc,într-o rețea prismatică extrem de asimetrică. În cadrul straturilor, atomii sunt strâns legați, în timp ce puterea legăturilor dintre atomii straturilor adiacente este mult mai slabă (Fig. 4). Această structură anizotropă face dificilă fuzionarea uraniului cu alte metale. Doar molibdenul și niobiul creează aliaje în stare solidă cu uraniu. Cu toate acestea, uraniul metalic poate interacționa cu multe aliaje, formând compuși intermetalici.

În intervalul 668 ^ 775 ° există un (3-uraniu. Rețeaua de tip tetragonal are o structură stratificată cu straturi paralele cu planul abîn pozițiile 1/4С, 1/2 cuși celulă unitară 3/4C. La temperaturi peste 775°, y-uraniul se formează cu o rețea cubică centrată pe corp. Adăugarea de molibden face posibilă existența fazei y la temperatura camerei. Molibdenul formează o gamă largă de soluții solide cu y-uraniul și stabilizează faza y la temperatura camerei. y-Uraniul este mult mai moale și mai maleabil decât fragilele a- și (3-faze.

Iradierea cu neutroni are un efect semnificativ asupra proprietăților fizice și mecanice ale uraniului, determinând o creștere a dimensiunii probei, o schimbare a formei, precum și o deteriorare bruscă a proprietăților mecanice (fluaj, fragilizare) blocurilor de uraniu în timpul funcţionarea unui reactor nuclear. Creșterea volumului se datorează acumulării în uraniu în timpul fisiunii impurităților elementelor cu o densitate mai mică (traducere 1% uraniul în elemente de fragmentare crește volumul cu 3,4%).


Orez. 4. Unele structuri cristaline ale uraniului: a - a-uraniu, b - p-uraniu.

Cele mai comune metode de obținere a uraniului în stare metalică sunt reducerea fluorurilor acestora cu metale alcaline sau alcalino-pământoase sau electroliza topiturii sărurilor acestora. Uraniul poate fi obținut și prin reducerea metalotermă din carburi cu wolfram sau tantal.

Capacitatea de a dona cu ușurință electroni determină proprietățile reducătoare ale uraniului și activitatea sa chimică ridicată. Uraniul poate interacționa cu aproape toate elementele, cu excepția gazelor nobile, în timp ce dobândește stări de oxidare +2, +3, +4, +5, +6. În soluție, valența principală este 6+.

Oxidându-se rapid în aer, uraniul metalic este acoperit cu o peliculă irizată de oxid. Pulberea fină de uraniu se aprinde spontan în aer (la temperaturi de 1504-175°), formând și;) Ov. La 1000°, uraniul se combină cu azotul pentru a forma nitrură de uraniu galbenă. Apa este capabilă să reacționeze cu metalul lent la temperaturi scăzute și rapid la temperaturi ridicate. Uraniul reacționează violent cu apa clocotită și cu aburul pentru a elibera hidrogen, care formează o hidrură cu uraniul.

Această reacție este mai viguroasă decât arderea uraniului în oxigen. O astfel de activitate chimică a uraniului face necesară protejarea uraniului din reactoarele nucleare de contactul cu apa.

Uraniul se dizolvă în acizi clorhidric, nitric și alți acizi, formând săruri U(IV), dar nu interacționează cu alcalii. Uraniul înlocuiește hidrogenul din acizii anorganici și din soluțiile sărate ale metalelor precum mercurul, argintul, cuprul, staniul, platina și aurul. Cu tremurări puternice, particulele de metal de uraniu încep să strălucească.

Caracteristicile structurii învelișurilor de electroni ale atomului de uraniu (prezența electronilor ^/-) și unele dintre proprietățile sale fizico-chimice servesc drept bază pentru clasificarea uraniului ca actinidă. Cu toate acestea, există o analogie chimică între uraniu și Cr, Mo și W. Uraniul este foarte reactiv și reacționează cu toate elementele, cu excepția gazelor nobile. În faza solidă, exemple de U(VI) sunt trioxidul de uranil U03 şi clorura de uranil U02C12. Tetraclorură de uraniu UC1 4 și dioxid de uraniu U0 2

Exemple U(IV). Substanțele care conțin U(IV) sunt de obicei instabile și devin hexavalente la expunerea prelungită la aer.

În sistemul uraniu-oxigen sunt instalați șase oxizi: UO, U0 2 , U 4 0 9 și 3 Ov, U0 3 . Ele se caracterizează printr-o zonă largă de omogenitate. U0 2 este un oxid bazic, în timp ce U0 3 este amfoter. U0 3 - interacționează cu apa pentru a forma un număr de hidrați, dintre care cei mai importanți sunt acidul diuronic H 2 U 2 0 7 și acidul uranic H 2 1U 4. Cu alcalii, U0 3 formează săruri ale acestor acizi - uranați. Când U03 este dizolvat în acizi, se formează săruri ale cationului uranil dublu încărcat U02a+.

Dioxidul de uraniu, U0 2 , este maro în compoziție stoechiometrică. Pe măsură ce conținutul de oxigen din oxid crește, culoarea se schimbă de la maro închis la negru. Structura cristalină de tip CaF 2, A = 0,547 nm; densitate 10,96 g/cm"* (cea mai mare densitate dintre oxizii de uraniu). T , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Dioxidul de uraniu este un semiconductor cu conductivitate în găuri, un paramagnet puternic. MAC = 0,015 mg/m3. Să nu ne dizolvăm în apă. La temperatura de -200° adaugă oxigen, ajungând la compoziţia U0 2>25.

Oxidul de uraniu (IV) poate fi obținut prin reacții:

Dioxidul de uraniu prezintă numai proprietăți de bază, corespunde hidroxidului bazic U (OH) 4, care apoi se transformă în hidroxid hidratat U0 2 H 2 0. Dioxidul de uraniu se dizolvă lent în acizi puternici neoxidanți în absența oxigenului atmosferic pentru a forma W. + ioni:

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

Este solubil în acizi concentrați, iar viteza de dizolvare poate fi crescută mult prin adăugarea de ion de fluor.

Când se dizolvă în acid azotic, se formează ionul de uranil 1U 2 2+:

Octoxid de triuran U 3 0s (oxid de uraniu) - pulbere, a cărei culoare variază de la negru la verde închis; la zdrobire puternică – culoare verde-măsliniu. Cristalele mari negre lasă pe porțelan pete verzi. Există trei modificări cristaline cunoscute ale U30 h: a-U3C>8 - structură cristalină rombică (sp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - structură cristalină rombică (grup spațial Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Începutul descompunerii este de 100° (trece la 110 2), MPC = 0,075 mg / m3.

U 3 C>8 poate fi obținut prin reacția:

Prin calcinarea U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 sau (NH 4) 2 U 2 0 7 la 750 0 în aer sau în atmosferă de oxigen ( p = 150 + 750 mm Hg) primesc U 3 08 pur stoichiometric.

Când U 3 0s este calcinat la T > 100°, se reduce la 110 2, cu toate acestea, când este răcit în aer, revine la U 3 0s. U 3 0e se dizolvă numai în acizi tari concentraţi. În acizii clorhidric și sulfuric se formează un amestec de U(IV) și U(VI), iar în acidul azotic se formează nitrat de uranil. Acizii sulfuric și clorhidric diluați reacționează foarte slab cu U 3 Os chiar și atunci când sunt încălziți, adăugarea de agenți de oxidare (acid azotic, piroluzit) crește brusc viteza de dizolvare. H2S04 concentrat dizolvă U3Os cu formarea de U(S04)2 şi U02SO4. Acidul azotic dizolvă U 3 Oe cu formarea azotatului de uranil.

Trioxid de uraniu, U0 3 - substanță cristalină sau amorfă de culoare galben strălucitor. Reactioneaza cu apa. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.

Se obține prin calcinarea poliuranaților de amoniu, peroxid de uraniu, oxalat de uranil la 300-500 ° și nitrat de uranil hexahidrat. În acest caz, se formează o pulbere portocalie cu o structură amorfă cu o densitate

6,8 g/cm. Forma cristalină IO3 poate fi obţinută prin oxidarea U 3 0 8 la temperaturi de 450°-750° într-un curent de oxigen. Există șase modificări cristaline ale U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 este higroscopic și se transformă în hidroxid de uranil în aer umed. încălzirea ulterioară la 6oo° face posibilă obținerea U 3 Os.

Hidrogenul, amoniacul, carbonul, metalele alcaline și alcalino-pământoase reduc U03 la U02. Prin trecerea unui amestec de gaze HF și NH3, se formează UF4. În cea mai mare valență, uraniul prezintă proprietăți amfotere. Sub acțiunea acizilor U0 3 sau a hidraților săi se formează săruri de uranil (U0 2 2+), colorate în galben-verde:

Majoritatea sărurilor de uranil sunt foarte solubile în apă.

Cu alcalii, atunci când este topit, U0 3 formează săruri de acid uranic - uranați MDKH,:

Cu soluții alcaline, trioxidul de uraniu formează săruri ale acizilor poliuranici - poliuranați dgM 2 0y110 3 pH^O.

Sărurile acidului uraniu sunt practic insolubile în apă.

Proprietățile acide ale U(VI) sunt mai puțin pronunțate decât cele de bază.

Uraniul reacţionează cu fluorul la temperatura camerei. Stabilitatea halogenurilor superioare scade de la fluoruri la ioduri. Fluorurile UF3, U4F17, U2F9 și UF4 sunt nevolatile, iar UFe este volatil. Cele mai importante dintre fluoruri sunt UF4 și UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart în practică:

Reacția într-un pat fluidizat se realizează conform ecuației:

Este posibil să se utilizeze agenți de fluorurare: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) sau CC1 2 F 2 (freon-12):

Fluorura de uraniu (1U) UF 4 („sare verde”) - pulbere de la culoarea verde-albăstruie până la smarald. G 11L \u003d SW6 °; G la, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ/mol. Structura cristalină este monoclinică (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; densitate 6,72 g / cm3. UF 4 este un compus stabil, inactiv, nevolatil, slab solubil în apă. Cel mai bun solvent pentru UF 4 este acidul percloric fumos HC10 4. Se dizolvă în acizi oxidanți pentru a forma o sare de uranil se dizolvă rapid într-o soluție fierbinte de Al(N0 3) 3 sau A1C1 3 , precum și într-o soluție de acid boric acidificat cu H 2 S0 4 , HC10 4 sau HC1 sau acid boric, de asemenea, contribuie la dizolvarea UF 4. Formează un număr de săruri duble puțin solubile cu fluorurile altor metale (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 etc.) NH 4 UF 5 are importanță industrială.

Fluorura U(IV) este un produs intermediar în preparat

atât UF6 cât și uraniu metal.

UF4 poate fi obţinut prin reacţii:

sau prin reducerea electrolitică a fluorurii de uranil.

Hexafluorură de uraniu UFe - la temperatura camerei, cristale de fildeș cu un indice de refracție ridicat. Densitate

5,09 g/cm3, densitatea UFe lichid este de 3,63 g/cm3. Conexiune zburătoare. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (sub presiune). Presiunea vaporilor saturați ajunge în atmosferă la 560°. Entalpia de formare a AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Structura cristalină este rombică (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. Din starea solidă, UF6 se poate sublima din faza solidă (sublima) într-un gaz, ocolind faza lichidă într-o gamă largă de presiuni. Căldura de sublimare la 50 0 50 kJ/mg. Molecula nu are un moment dipol, deci UF6 nu se asociază. Vaporii UFr, - un gaz ideal.

Se obține prin acțiunea fluorului asupra U dintre compușii săi:


Pe lângă reacțiile în fază gazoasă, există și reacții în fază lichidă.

obţinerea UF6 folosind halofluoruri, de exemplu

Există o modalitate de a obține UF6 fără utilizarea fluorului - prin oxidarea UF 4:

UFe nu reacționează cu aerul uscat, oxigenul, azotul și CO2, dar la contactul cu apa, chiar și cu urme ale acesteia, suferă hidroliză:

Interacționează cu majoritatea metalelor, formând fluorurile acestora, ceea ce complică metodele de depozitare a acestuia. Materialele vaselor potrivite pentru lucrul cu UF6 sunt: ​​Ni, Monel și Pt la încălzire, Teflon, cuarț și sticlă absolut uscate, cupru și aluminiu la rece. La temperaturi de 25 yuo 0 formează compuși complecși cu fluoruri de metale alcaline și argint de tipul 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Se dizolvă bine în diverse lichide organice, acizi anorganici și în toate fluorurile de halogen. Inert la uscare 02, N2, CO2, C12, Br2. UFr se caracterizează prin reacții de reducere cu majoritatea metalelor pure. UF6 reacționează energic cu hidrocarburile și alte substanțe organice, astfel încât recipientele închise de UFe pot exploda. UF6 în intervalul 25 - 100° formează săruri complexe cu fluorurile alcaline și ale altor metale. Această proprietate este utilizată în tehnologia de extracție selectivă a UF

Hidrururile de uraniu UH2 și UH3 ocupă o poziție intermediară între hidrurile asemănătoare sărurilor și hidrurile precum soluțiile solide de hidrogen din metal.

Când uraniul reacţionează cu azotul, se formează nitruri. În sistemul U-N sunt cunoscute patru faze: UN (nitrură de uraniu), a-U 2 N 3 (sesquinitrură), p-U 2 N 3 și ONU If90. Nu se poate ajunge la compoziția UN 2 (dinitrură). Fiabile și bine controlate sunt sintezele de mononitrură de uraniu UN, care se realizează cel mai bine direct din elemente. Nitrururile de uraniu sunt substanțe pulverulente, a căror culoare variază de la gri închis la gri; arata ca metal. UN are o structură cristalină cubică centrată pe față, cum ar fi NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabil în vid până la 1700 0. Se obține prin reacția hidrurii U sau U cu N 2 sau NH 3 , descompunerea nitrurilor superioare U la 1300 ° sau reducerea lor cu uraniu metalic. U 2 N 3 este cunoscut în două modificări polimorfe: a cubic și p hexagonal (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), eliberează N 2 în vid peste 8oo°. Se obține prin reducerea UN 2 cu hidrogen. Dinitrura UN 2 este sintetizată prin reacția U cu N 2 la presiune ridicată N 2 . Nitrururile de uraniu sunt ușor solubile în acizi și soluții alcaline, dar se descompun cu alcaline topite.

Nitrura de uraniu se obține prin reducerea carbotermală în două etape a oxidului de uraniu:

Încălzire în argon la 7M450 0 timp de 10 * 20 ore

Se poate obţine nitrură de uraniu cu o compoziţie apropiată de dinitrură, UN 2 , prin acţiunea amoniacului asupra UF 4 la temperatură şi presiune ridicată.

Dinitrura de uraniu se descompune atunci când este încălzită:

Nitrura de uraniu, îmbogățită în 2 35U, are o densitate de fisiune, conductivitate termică și punct de topire mai mari decât oxizii de uraniu, combustibilul tradițional al reactoarelor de putere moderne. Are, de asemenea, o bună mecanică și stabilitate, depășind combustibilul tradițional. Prin urmare, acest compus este considerat o bază promițătoare pentru reactoarele cu neutroni rapidi cu combustibil nuclear (reactoare nucleare de generația IV).

Cometariu. UN este foarte util pentru a îmbogăți pe ‘5N, pentru că ,4 N tinde să capteze neutroni, generând izotopul radioactiv 14 C prin reacția (n, p).

Carbura de uraniu UC 2 (faza a) este o substanță cristalină de culoare gri deschis, cu o strălucire metalică. În sistemul U-C (carburi de uraniu) există UC 2 (faza a), UC 2 (b 2-faza), U 2 C 3 (fază e), UC (b 2-faza) - carburi de uraniu. Dicarbura de uraniu UC 2 poate fi obținută prin reacțiile:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Carburele de uraniu sunt folosite ca combustibil pentru reactoarele nucleare, sunt promițătoare ca combustibil pentru motoarele de rachete spațiale.

Azotat de uranil, azotat de uranil, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Rolul metalului în această sare îl joacă cationul uranil 2+. Cristale galbene cu o strălucire verzuie, ușor solubile în apă. Soluția apoasă este acidă. Solubil în etanol, acetonă și eter, insolubil în benzen, toluen și cloroform. Când sunt încălzite, cristalele se topesc și eliberează HN0 3 și H 2 0. Hidratul cristalin se erodează ușor în aer. O reacție caracteristică este aceea că sub acțiunea NH3 se formează un precipitat galben de urat de amoniu.

Uraniul este capabil să formeze compuși organici metalici. Exemple sunt derivaţii de ciclopentadienil ai compoziţiei U(C5H5)4 şi u(C5H5)3G sau u(C5H5)2G2 halogenat al acestora.

În soluțiile apoase, uraniul este cel mai stabil în starea de oxidare U(VI) sub forma ionului de uranil U0 2 2+ . Într-o măsură mai mică, se caracterizează prin starea U(IV), dar poate exista chiar și în forma U(III). Starea de oxidare U(V) poate exista ca ion IO 2 +, dar această stare este rar observată din cauza tendinței de disproporționare și hidroliză.

În soluții neutre și acide, U(VI) există ca U0 2 2+ - un ion de uranil galben. Sărurile de uranil bine solubile includ azotat U0 2 (N0 3) 2, sulfatul U0 2 S0 4, clorura U0 2 C1 2, fluorura U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Aceste săruri sunt izolate din soluții sub formă de hidrați cristalini cu un număr diferit de molecule de apă. Sărurile ușor solubile ale uranilului sunt: ​​oxalatul U0 2 C 2 0 4, fosfații U0 2 HP0. și UO2P2O4, uranil fosfatul de amoniu UO2NH4PO4, uranil vanadatul de sodiu NaU0 2 V0 4, ferocianura (U0 2) 2. Ionul de uranil se caracterizează printr-o tendință de a forma compuși complecși. Deci se cunosc complexe cu ioni de fluor de tipul -, 4-; complexe de nitrați și 2 *; complecși de sulfat 2 "și 4-; complexe de carbonat 4" și 2 " etc. Sub acțiunea alcalinelor asupra soluțiilor de săruri de uranil se eliberează precipitate puțin solubile de diuranați de tip Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U 0 4 monouranaţii nu se izolează din soluţii, se obţin prin fuziunea oxizilor de uraniu cu alcalii) Se cunosc poliuranaţii Me 2 U n 0 3 n+i (de exemplu Na 2 U60i 9).

U(VI) este redus în soluții acide la U(IV) prin fier, zinc, aluminiu, hidrosulfit de sodiu și amalgam de sodiu. Soluțiile sunt colorate în verde. Alcalii precipită hidroxid și 0 2 (0H) 2 din ele, acid fluorhidric - fluor UF 4 -2,5H 2 0, acid oxalic - oxalat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Tendința de formare a complexului în U Cu 4+ ion mai puțin decât cel al ionilor de uraniu.

Uraniul (IV) în soluție este sub formă de ioni U4+, care sunt puternic hidrolizați și hidratați:

Hidroliza este suprimată în soluții acide.

Uraniul (VI) în soluție formează oxocare uranil - U0 2 2+ Sunt cunoscuți numeroși compuși uranilici, dintre care exemple sunt: ​​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 etc.

În timpul hidrolizei ionului uranil, se formează o serie de complexe multinucleare:

Odată cu hidroliză suplimentară, apare U30s (0H)2 şi apoi U308 (0H)42-.

Pentru detecția calitativă a uraniului se folosesc metode de analiză chimică, luminiscentă, radiometrică și spectrală. Metodele chimice se bazează în principal pe formarea de compuși colorați (de exemplu, culoarea roșu-maro a compusului cu ferocianura, galben cu peroxid de hidrogen, albastru cu reactiv arsenazo). Metoda luminiscentă se bazează pe capacitatea multor compuși ai uraniului de a da o strălucire gălbuie-verzuie sub acțiunea razelor UV.

Determinarea cantitativă a uraniului se realizează prin diferite metode. Cele mai importante dintre ele sunt: ​​metodele volumetrice, constând în reducerea U(VI) la U(IV) urmată de titrare cu soluții de agenți oxidanți; metode de greutate - precipitarea uranaților, peroxidului, kupferranaților U(IV), oxichinolat, oxalat etc. urmată de calcinarea lor la 100° și cântărind U 3 0s; metodele polarografice într-o soluție de nitrat fac posibilă determinarea a 10 x 7 x 10-9 g de uraniu; numeroase metode colorimetrice (de exemplu, cu H 2 0 2 în mediu alcalin, cu reactivul arsenazo în prezenţa EDTA, cu dibenzoilmetan, sub formă de complex tiocianat etc.); metoda luminiscentă, care face posibilă determinarea când este fuzionată cu NaF la eu 11 g uraniu.

235U aparține grupei A de pericol de radiații, activitatea minimă semnificativă MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 și - grupei D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Conținutul articolului

URANUS, U (uraniu), un element chimic metalic din familia actinidelor, care include Ac, Th, Pa, U și elementele transuraniu (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). ). Uraniul a devenit faimos pentru utilizarea sa în arme nucleare și energie nucleară. Oxizii de uraniu sunt, de asemenea, folosiți pentru a colora sticla și ceramica.

Găsirea în natură.

Conținutul de uraniu din scoarța terestră este de 0,003%, acesta apare în stratul de suprafață al pământului sub formă de patru tipuri de depozite. În primul rând, acestea sunt filoane de uraninit, sau smoală de uraniu (dioxid de uraniu UO 2), foarte bogate în uraniu, dar rare. Ele sunt însoțite de depozite de radiu, deoarece radiul este un produs direct al dezintegrarii izotopice a uraniului. Astfel de vene se găsesc în Zair, Canada (Marele Lac al Ursului), Republica Cehă și Franța. A doua sursă de uraniu sunt conglomeratele de toriu și minereu de uraniu, împreună cu minereurile din alte minerale importante. Conglomeratele conțin de obicei cantități suficiente de aur și argint pentru a fi extrase, iar uraniul și toriul devin elemente însoțitoare. Depozite mari de aceste minereuri se găsesc în Canada, Africa de Sud, Rusia și Australia. A treia sursă de uraniu sunt rocile sedimentare și gresiile bogate în mineralul carnotită (uranil vanadat de potasiu), care conține, pe lângă uraniu, o cantitate semnificativă de vanadiu și alte elemente. Astfel de minereuri se găsesc în statele vestice ale Statelor Unite. Șisturile fier-uraniu și minereurile fosfatice constituie a patra sursă de zăcăminte. Depozite bogate se găsesc în șisturile din Suedia. Unele minereuri de fosfat din Maroc și Statele Unite conțin cantități semnificative de uraniu, iar zăcămintele de fosfat din Angola și Republica Centrafricană sunt și mai bogate în uraniu. Majoritatea ligniților și unii cărbuni conțin de obicei impurități de uraniu. S-au găsit zăcăminte de lignit bogate în uraniu în Dakota de Nord și de Sud (SUA) și cărbuni bituminoși în Spania și Republica Cehă.

Deschidere.

Uraniul a fost descoperit în 1789 de chimistul german M. Klaproth, care a numit elementul în onoarea descoperirii planetei Uranus cu 8 ani mai devreme. (Klaproth a fost principalul chimist al timpului său; el a descoperit și alte elemente, inclusiv Ce, Ti și Zr.) De fapt, substanța obținută de Klaproth nu era uraniu elementar, ci o formă oxidată a acestuia, iar uraniul elementar a fost primul obţinut de chimistul francez E. .Peligot în 1841. Din momentul descoperirii până în secolul XX. uraniul nu a fost la fel de important ca astăzi, deși multe dintre proprietățile sale fizice, precum și masa și densitatea atomică, au fost determinate. În 1896, A. Becquerel a descoperit că sărurile de uraniu au radiații care luminează o placă fotografică în întuneric. Această descoperire i-a stimulat pe chimiști să cerceteze în domeniul radioactivității, iar în 1898 fizicienii francezi, soții P. Curie și M. Sklodowska-Curie, au izolat săruri ale elementelor radioactive poloniu și radiu, iar E. Rutherford, F. Soddy, C. Faience și alți oameni de știință au dezvoltat teoria dezintegrarii radioactive, care a pus bazele chimiei nucleare moderne și ale energiei nucleare.

Primele aplicații ale uraniului.

Deși radioactivitatea sărurilor de uraniu era cunoscută, minereurile sale în prima treime a acestui secol au fost folosite doar pentru a obține radiul însoțitor, iar uraniul a fost considerat un produs secundar nedorit. Utilizarea sa s-a concentrat mai ales în tehnologia ceramicii și în metalurgie; Oxizii de uraniu au fost folosiți pe scară largă pentru a colora sticla în culori de la galben pal la verde închis, ceea ce a contribuit la dezvoltarea producției de sticlă ieftină. Astăzi, produsele din aceste industrii sunt identificate ca fiind fluorescente sub lumină ultravioletă. În timpul Primului Război Mondial și la scurt timp după aceea, uraniul sub formă de carbură a fost folosit la fabricarea oțelurilor pentru scule, în mod similar cu Mo și W; 4–8% uraniu a înlocuit tungstenul, care era limitată în producție la acea vreme. Pentru a obține oțeluri de scule în anii 1914-1926, se produceau anual câteva tone de ferouraniu, care conțineau până la 30% (masă) U. Cu toate acestea, această utilizare a uraniului nu a durat mult.

Utilizarea modernă a uraniului.

Industria uraniului a început să prindă contur în 1939, când a fost efectuată fisiunea izotopului de uraniu 235 U, ceea ce a condus la implementarea tehnică a reacțiilor controlate în lanț de fisiune a uraniului în decembrie 1942. Aceasta a fost nașterea erei atomului, când uraniul s-a transformat dintr-un element minor într-unul dintre cele mai importante elemente din societatea vieții. Importanța militară a uraniului pentru producerea bombei atomice și utilizarea sa ca combustibil în reactoarele nucleare a creat o cerere de uraniu care a crescut astronomic. O cronologie interesantă a creșterii cererii de uraniu se bazează pe istoria zăcămintelor din Great Bear Lake (Canada). În 1930, în acest lac a fost descoperită blenda de rășină, un amestec de oxizi de uraniu, iar în 1932 s-a stabilit în această zonă o tehnologie de purificare a radiului. Din fiecare tonă de minereu (gudron blendă), s-a obținut 1 g de radiu și aproximativ o jumătate de tonă de produs secundar - concentrat de uraniu. Cu toate acestea, radiul era rar și extracția sa a fost oprită. Din 1940 până în 1942, dezvoltarea a fost reluată și minereul de uraniu a fost expediat în Statele Unite. În 1949, a fost aplicată o purificare similară a uraniului, cu unele modificări, pentru a produce UO 2 pur. Această producție a crescut și este acum una dintre cele mai mari producții de uraniu.

Proprietăți.

Uraniul este unul dintre cele mai grele elemente găsite în natură. Metalul pur este foarte dens, ductil, electropozitiv, cu conductivitate electrică scăzută și foarte reactiv.

Uraniul are trei modificări alotropice: A-uraniul (rețea cristalină ortorombic), există în intervalul de la temperatura camerei până la 668 ° C; b- uraniu (o rețea cristalină complexă de tip tetragonal), stabil în intervalul 668–774 ° С; g- uraniu (rețea cristalină cubică centrată pe corp), stabil de la 774 ° C până la punctul de topire (1132 ° C). Deoarece toți izotopii uraniului sunt instabili, toți compușii săi prezintă radioactivitate.

Izotopi ai uraniului

238 U, 235 U, 234 U se găsesc în natură într-un raport de 99,3:0,7:0,0058 și 236U în urme. Toți ceilalți izotopi ai uraniului de la 226 U la 242 U sunt obținuți artificial. Izotopul 235 U este de o importanță deosebită. Sub acțiunea neutronilor lenți (termici), se împarte odată cu eliberarea de energie enormă. Fisiunea completă a 235 U are ca rezultat eliberarea unui „echivalent de energie termică” de 2h 10 7 kWh/kg. Fisiunea de 235 U poate fi folosită nu numai pentru a produce cantități mari de energie, ci și pentru a sintetiza alte elemente actinidice importante. Uraniul cu compoziție izotopică naturală poate fi folosit în reactoare nucleare pentru a produce neutroni produși prin fisiunea a 235 U, în timp ce excesul de neutroni care nu este necesar de reacția în lanț poate fi captat de un alt izotop natural, ceea ce duce la producerea de plutoniu:

Când sunt bombardate cu 238 U de neutroni rapizi, apar următoarele reacții:

Conform acestei scheme, cel mai comun izotop 238 U poate fi convertit în plutoniu-239, care, la fel ca 235 U, este, de asemenea, capabil de fisiune sub influența neutronilor lenți.

În prezent, s-a obținut un număr mare de izotopi artificiali ai uraniului. Printre acestea, 233 U este deosebit de remarcabil prin faptul că fisiune și atunci când interacționează cu neutronii lenți.

Unii alți izotopi artificiali ai uraniului sunt adesea folosiți ca etichete radioactive (trasori) în cercetarea chimică și fizică; este in primul rand b- emitator 237 U si A- emitator 232 U.

Conexiuni.

Uraniul, un metal foarte reactiv, are stări de oxidare de la +3 la +6, este aproape de beriliu în seria de activități, interacționează cu toate nemetalele și formează compuși intermetalici cu Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn și Zn. Uraniul fin divizat este deosebit de reactiv, iar la temperaturi peste 500°C intră adesea în reacții caracteristice hidrurii de uraniu. Uraniul cocoloaș sau așchii ard puternic la 700–1000°C, iar vaporii de uraniu ard deja la 150–250°C; uraniul reacționează cu HF la 200–400°C, formând UF4 și H2. Uraniul se dizolvă lent în HF concentrat sau H 2 SO 4 și 85% H 3 PO 4 chiar și la 90 ° C, dar reacționează ușor cu conc. HCl și mai puțin activ cu HBr sau HI. Reacțiile uraniului cu HNO3 diluat și concentrat se desfășoară cel mai activ și rapid cu formarea nitratului de uranil ( vezi mai jos). În prezența HCl, uraniul se dizolvă rapid în acizi organici, formând săruri organice U 4+ . În funcție de gradul de oxidare, uraniul formează mai multe tipuri de săruri (cele mai importante dintre ele cu U 4+, una dintre ele UCl 4 este o sare verde ușor oxidabilă); sărurile de uranil (radical UO 2 2+) de tip UO 2 (NO 3) 2 sunt galbene și verde fluorescent. Sărurile de uranil se formează prin dizolvarea oxidului amfoter UO 3 (culoare galbenă) într-un mediu acid. Într-un mediu alcalin, UO 3 formează uranați de tip Na 2 UO 4 sau Na 2 U 2 O 7. Acest din urmă compus („uranil galben”) este utilizat pentru fabricarea glazurilor de porțelan și în producția de ochelari fluorescente.

Halogenurile de uraniu au fost studiate pe scară largă în anii 1940-1950, deoarece au stat la baza dezvoltării metodelor de separare a izotopilor de uraniu pentru o bombă atomică sau un reactor nuclear. Trifluorura de uraniu UF 3 a fost obţinută prin reducerea UF 4 cu hidrogen, iar tetrafluorura de uraniu UF 4 se obţine în diferite moduri prin reacţiile HF cu oxizi precum UO 3 sau U 3 O 8 sau prin reducerea electrolitică a compuşilor uranil. Hexafluorura de uraniu UF 6 se obţine prin fluorurarea U sau UF 4 cu fluor elementar sau prin acţiunea oxigenului asupra UF 4 . Hexafluorura formează cristale transparente cu un indice de refracție ridicat la 64°C (1137 mmHg); compusul este volatil (sublimează la 56,54 ° C în condiții normale de presiune). Oxohalogenurile de uraniu, de exemplu, oxofluorurile, au compoziţia UO 2 F 2 (fluorura de uranil), UOF 2 (difluorura de oxid de uraniu).

Uranus este unul dintre elementele metalice grele din tabelul periodic. Uraniul este utilizat pe scară largă în industria energetică și militară. În tabelul periodic, acesta poate fi găsit la numărul 92 și este notat cu litera latină U cu un număr de masă de 238.

Cum a fost descoperit Uranus

În general, un astfel de element chimic precum uraniul este cunoscut de foarte mult timp. Se știe că și înainte de epoca noastră, oxidul de uraniu natural a fost folosit pentru a face o glazură galbenă pentru ceramică. Descoperirea acestui element poate fi luată în considerare în 1789, când un chimist german pe nume Martin Heinrich Klaproth a recuperat din minereu un material asemănător unui metal negru. Martin a decis să numească acest material Uranus pentru a susține numele noii planete descoperite cu același nume (planeta Uranus a fost descoperită în același an). În 1840, s-a dezvăluit că acest material, descoperit de Klaproth, s-a dovedit a fi oxid de uraniu, în ciuda luciului metalic caracteristic. Eugene Melchior Peligot a sintetizat uraniul atomic din oxid și a determinat greutatea atomică a acestuia să fie de 120 UA, iar în 1874 Mendeleev a dublat această valoare, plasându-l în celula cea mai îndepărtată a tabelului său. Doar 12 ani mai târziu, decizia lui Mendeleev de a dubla masa a fost confirmată de experimentele chimistului german Zimmermann.

Unde și cum se extrage uraniul

Uraniul este un element destul de comun, dar este comun sub formă de minereu de uraniu. Pentru a înțelege, conținutul său în scoarța terestră este de 0,00027% din masa totală a Pământului. Minereul de uraniu se găsește de obicei în rocile minerale acide cu un conținut ridicat de siliciu. Principalele tipuri de minereuri de uraniu sunt pitchblenda, carnotita, casolitul și samarskitul. Cele mai mari rezerve de minereuri de uraniu, ținând cont de depozitele de rezervă, sunt țări precum Australia, Rusia și Kazahstan, iar dintre toate acestea, Kazahstanul ocupă o poziție de lider. Exploatarea uraniului este o procedură foarte complicată și costisitoare. Nu toate țările își permit să extragă și să sintetizeze uraniu pur. Tehnologia de producție este următoarea: minereul sau mineralele sunt extrase în mine, comparabile cu aurul sau pietrele prețioase. Rocile extrase sunt zdrobite și amestecate cu apă pentru a separa praful de uraniu de restul. Praful de uraniu este foarte greu și, prin urmare, precipită mai repede decât altele. Următorul pas este purificarea prafului de uraniu din alte roci prin levigare acidă sau alcalină. Procedura arată cam așa: amestecul de uraniu este încălzit la 150 ° C și oxigenul pur este furnizat sub presiune. Ca urmare, se formează acid sulfuric, care purifică uraniul de alte impurități. Ei bine, în etapa finală, sunt selectate particule de uraniu deja pure. Pe lângă praful de uraniu, există și alte minerale utile.

Pericolul radiațiilor radioactive din uraniu

Toată lumea este conștientă de un astfel de concept precum radiațiile radioactive și de faptul că provoacă daune ireparabile sănătății, ceea ce duce la moarte. Uraniul este doar unul dintre aceste elemente, care, în anumite condiții, poate elibera radiații radioactive. În formă liberă, în funcție de varietatea sa, poate emite raze alfa și beta. Razele alfa nu prezintă un mare pericol pentru oameni dacă radiația este externă, deoarece această radiație are o putere de penetrare scăzută, dar atunci când intră în organism, ele provoacă daune ireparabile. Chiar și o coală de hârtie de scris este suficientă pentru a conține raze alfa externe. Cu radiațiile beta, lucrurile sunt mai grave, dar nu cu mult. Puterea de penetrare a radiației beta este mai mare decât cea a radiației alfa, dar este nevoie de 3-5 mm de țesut pentru a conține radiația beta. Cum ai spune? Uraniul este un element radioactiv care este folosit în armele nucleare! Așa este, este folosit în arme nucleare, care provoacă daune imense tuturor viețuitoarelor. Tocmai atunci când un focos nuclear este detonat, principalele daune aduse organismelor vii sunt cauzate de radiația gamma și un flux de neutroni. Aceste tipuri de radiații se formează ca urmare a unei reacții termonucleare în timpul exploziei unui focos, care elimină particulele de uraniu dintr-o stare stabilă și distruge toată viața de pe pământ.

Soiuri de uraniu

După cum am menționat mai sus, uraniul are mai multe varietăți. Varietățile implică prezența izotopilor, astfel încât să înțelegeți că izotopii implică aceleași elemente, dar cu numere de masă diferite.

Deci există două tipuri:

  1. Natural;
  2. Artificial;

După cum probabil ați ghicit, naturalul este cel care este extras din pământ, iar oamenii artificiali creează singuri. Se face referire la izotopi naturali ai uraniului cu un număr de masă de 238, 235 și 234. Mai mult, U-234 este un copil al lui U-238, adică primul este obținut din degradarea celui de-al doilea în condiții naturale. Al doilea grup de izotopi, care sunt creați artificial, au numere de masă de la 217 la 242. Fiecare dintre izotopi are proprietăți diferite și se caracterizează printr-un comportament diferit în anumite condiții. În funcție de nevoi, oamenii de știință nucleari încearcă să găsească tot felul de soluții la probleme, deoarece fiecare izotop are o valoare energetică diferită.

Înjumătățiți

După cum sa menționat mai sus, fiecare dintre izotopii de uraniu are o valoare energetică diferită și proprietăți diferite, dintre care una este timpul de înjumătățire. Pentru a înțelege ce este, trebuie să începeți cu o definiție. Timpul de înjumătățire este timpul necesar pentru ca numărul de atomi radioactivi să fie redus la jumătate. Timpul de înjumătățire afectează mulți factori, de exemplu, valoarea sa energetică sau curățarea completă. Dacă luăm ca exemplu pe acesta din urmă, atunci putem calcula pentru ce perioadă de timp va avea loc o purificare completă de contaminarea radioactivă a pământului. Timpul de înjumătățire al izotopilor de uraniu:

După cum se poate observa din tabel, timpul de înjumătățire al izotopilor variază de la minute la sute de milioane de ani. Fiecare dintre ele își găsește aplicarea în diferite domenii ale vieții umane.

Aplicație

Utilizarea uraniului este foarte largă în multe domenii de activitate, dar este de cea mai mare valoare în sferele energetice și militare. De cel mai mare interes este izotopul U-235. Avantajul său este că este capabil să susțină independent o reacție nucleară în lanț, care este utilizată pe scară largă în armată pentru fabricarea de arme nucleare și ca combustibil în reactoare nucleare. În plus, uraniul este utilizat pe scară largă în geologie pentru a determina vârsta mineralelor și rocilor, precum și pentru a determina cursul proceselor geologice. În industria auto și aeronautică, uraniul sărăcit este folosit ca contragreutate și element de centrare. De asemenea, utilizarea a fost găsită în pictură, și mai precis ca vopsea pe porțelan și pentru fabricarea glazurilor și emailurilor ceramice. Un alt punct interesant poate fi considerat utilizarea uraniului sărăcit pentru a proteja împotriva radiațiilor radioactive, oricât de ciudat ar suna.



Secțiuni