Prečo je urán a jeho zlúčeniny nebezpečné? Urán, chemický prvok: história objavov a jadrovej štiepnej reakcie.
Obsah článku
URAN, U (urán), kovový chemický prvok z rodiny aktinidov, ktorý zahŕňa Ac, Th, Pa, U a transuránové prvky (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr ). Urán sa preslávil jeho využitím v jadrových zbraniach a jadrovej energii. Oxidy uránu sa používajú aj na farbenie skla a keramiky.
Nález v prírode.
Obsah uránu v zemskej kôre je 0,003 %, vyskytuje sa v povrchovej vrstve zeme vo forme štyroch typov ložísk. Po prvé, ide o žily uraninitu, alebo uránového smoly (oxid uránový UO 2), veľmi bohatý na urán, ale vzácny. Sú sprevádzané ložiskami rádia, pretože rádium je priamym produktom izotopového rozpadu uránu. Takéto žily sa nachádzajú v kanadskom Zaire (Veľké medvedie jazero), v Českej republike a vo Francúzsku. Druhým zdrojom uránu sú konglomeráty tória a uránovej rudy spolu s rudami ďalších dôležitých minerálov. Konglomeráty zvyčajne obsahujú dostatočné množstvo zlata a striebra na extrakciu a sprievodnými prvkami sa stávajú urán a tórium. Veľké ložiská týchto rúd sa nachádzajú v Kanade, Južnej Afrike, Rusku a Austrálii. Tretím zdrojom uránu sú sedimentárne horniny a pieskovce bohaté na minerál karnotit (draselný uranylvanadičnan), ktorý obsahuje okrem uránu aj značné množstvo vanádu a ďalších prvkov. Takéto rudy sa nachádzajú v západných štátoch Spojených štátov amerických. Železo-uránové bridlice a fosfátové rudy tvoria štvrtý zdroj ložísk. Bohaté ložiská sa nachádzajú v bridliciach Švédska. Niektoré fosfátové rudy v Maroku a USA obsahujú značné množstvo uránu a ložiská fosfátov v Angole a Stredoafrickej republike sú na urán ešte bohatšie. Väčšina lignitov a niektoré uhlie zvyčajne obsahujú uránové nečistoty. Ložiská hnedého uhlia bohaté na urán sa našli v Severnej a Južnej Dakote (USA) a bitúmenové uhlie v Španielsku a Českej republike.
Otvorenie.
Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik M. Klaproth, ktorý prvok pomenoval na počesť objavu planéty Urán o 8 rokov skôr. (Klaproth bol popredným chemikom svojej doby; objavil aj ďalšie prvky vrátane Ce, Ti a Zr.) V skutočnosti látka získaná Klaprothom nebol elementárny urán, ale jeho oxidovaná forma a elementárny urán bol prvým získal francúzsky chemik E. .Peligot v roku 1841. Od okamihu objavenia až do 20. stor. urán nebol taký dôležitý ako dnes, aj keď mnohé z jeho fyzikálnych vlastností, ako aj atómová hmotnosť a hustota boli stanovené. V roku 1896 A. Becquerel zistil, že uránové soli majú žiarenie, ktoré osvetľuje fotografickú platňu v tme. Tento objav podnietil chemikov k výskumu v oblasti rádioaktivity a v roku 1898 francúzski fyzici, manželia P. Curie a M. Sklodowska-Curie, izolovali soli rádioaktívnych prvkov polónia a rádia a E. Rutherford, F. Soddy, C. Faience a ďalší vedci vyvinuli teóriu rádioaktívneho rozpadu, ktorá položila základy modernej jadrovej chémie a jadrovej energetiky.
Prvé aplikácie uránu.
Hoci rádioaktivita uránových solí bola známa, jeho rudy sa v prvej tretine tohto storočia využívali len na získanie sprievodného rádia a urán bol považovaný za nežiaduci vedľajší produkt. Jeho využitie sa sústreďovalo najmä v technológii keramiky a v hutníctve; Oxidy uránu boli široko používané na farbenie skla vo farbách od svetložltej po tmavozelenú, čo prispelo k rozvoju lacnej výroby skla. Dnes sú výrobky z týchto odvetví označené ako fluorescenčné pod ultrafialovým svetlom. Počas prvej svetovej vojny a krátko po nej sa urán vo forme karbidu používal pri výrobe nástrojových ocelí, podobne ako Mo a W; 4–8 % urán nahradil volfrám, ktorého výroba bola v tom čase obmedzená. Na získanie nástrojových ocelí sa v rokoch 1914-1926 vyrábalo ročne niekoľko ton ferouránu s obsahom až 30 % (hmot.) U. Toto využitie uránu však nemalo dlhé trvanie.
Moderné využitie uránu.
Uránový priemysel sa začal formovať v roku 1939, keď sa uskutočnilo štiepenie izotopu uránu 235 U, čo viedlo k technickej realizácii riadených reťazových reakcií štiepenia uránu v decembri 1942. To bol zrod éry atómu, keď sa urán zmenil z vedľajšieho prvku na jeden z najdôležitejších prvkov v živote spoločnosti. Vojenský význam uránu pre výrobu atómovej bomby a jeho využitie ako paliva v jadrových reaktoroch vyvolal astronomický nárast dopytu po uráne. Zaujímavá chronológia rastu dopytu po uráne vychádza z histórie ložísk vo Veľkom medvediem jazere (Kanada). V roku 1930 bola v tomto jazere objavená živicová zmes, zmes oxidov uránu a v roku 1932 bola v tejto oblasti zavedená technológia na čistenie rádia. Z každej tony rudy (dechtovej zmesi) sa získal 1 g rádia a asi pol tony vedľajšieho produktu - uránového koncentrátu. Rádia však bolo málo a jeho ťažba bola zastavená. V rokoch 1940 až 1942 bol vývoj obnovený a uránová ruda bola expedovaná do USA. V roku 1949 sa podobné čistenie uránu s určitými úpravami použilo na výrobu čistého UO2. Táto produkcia sa rozrástla a dnes je jednou z najväčších produkcií uránu.
Vlastnosti.
Urán je jedným z najťažších prvkov v prírode. Čistý kov je veľmi hustý, tvárny, elektropozitívny s nízkou elektrickou vodivosťou a vysoko reaktívny.
Urán má tri alotropické modifikácie: a-urán (ortorombická kryštálová mriežka), existuje v rozmedzí od izbovej teploty do 668 °C; b- urán (komplexná kryštalická mriežka tetragonálneho typu), stabilná v rozmedzí 668–774 ° С; g- urán (kubická kryštálová mriežka so stredom tela), stabilný od 774 °C do bodu topenia (1132 °C). Pretože všetky izotopy uránu sú nestabilné, všetky jeho zlúčeniny vykazujú rádioaktivitu.
Izotopy uránu
238 U, 235 U, 234 U sa v prírode nachádza v pomere 99,3:0,7:0,0058 a 236U v stopových množstvách. Všetky ostatné izotopy uránu od 226 U do 242 U sa získavajú umelo. Zvlášť dôležitý je izotop 235 U. Pôsobením pomalých (tepelných) neutrónov sa delí za uvoľnenia obrovskej energie. Úplné štiepenie 235 U má za následok uvoľnenie „ekvivalentu tepelnej energie“ 2h 107 kWh/kg. Štiepenie 235 U možno využiť nielen na výrobu veľkého množstva energie, ale aj na syntézu ďalších dôležitých aktinidových prvkov. Urán prírodného izotopového zloženia sa môže použiť v jadrových reaktoroch na produkciu neutrónov produkovaných štiepením 235 U, zatiaľ čo nadbytočné neutróny, ktoré reťazová reakcia nevyžaduje, môžu byť zachytené iným prírodným izotopom, čo vedie k produkcii plutónia:
Pri bombardovaní 238 U rýchlymi neutrónmi dochádza k nasledujúcim reakciám:
Podľa tejto schémy sa najbežnejší izotop 238 U môže premeniť na plutónium-239, ktoré je rovnako ako 235 U schopné štiepenia pod vplyvom pomalých neutrónov.
V súčasnosti sa získalo veľké množstvo umelých izotopov uránu. Medzi nimi je 233 U obzvlášť pozoruhodný tým, že sa tiež štiepi pri interakcii s pomalými neutrónmi.
Niektoré ďalšie umelé izotopy uránu sa často používajú ako rádioaktívne značky (značky) v chemickom a fyzikálnom výskume; je to v prvom rade b- žiarič 237 U a a- žiarič 232 U.
Spojenia.
Urán, vysoko reaktívny kov, má oxidačné stavy od +3 do +6, v sérii aktivít je blízky berýliu, interaguje so všetkými nekovmi a vytvára intermetalické zlúčeniny s Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg Mg, Ni, Pb, Sn a Zn. Jemne rozptýlený urán je obzvlášť reaktívny a pri teplotách nad 500 °C často vstupuje do reakcií charakteristických pre hydrid uránu. Kusový urán alebo hobliny jasne horia pri 700 – 1000 °C, zatiaľ čo pary uránu horia už pri 150 – 250 °C, urán reaguje s HF pri 200 – 400 °C za vzniku UF 4 a H 2 . Urán sa pomaly rozpúšťa v koncentrovanom HF alebo H 2 SO 4 a 85 % H 3 PO 4 aj pri 90 ° C, ale ľahko reaguje s konc. HCl a menej aktívne s HBr alebo HI. Najaktívnejšie a najrýchlejšie prebiehajú reakcie uránu so zriedenou a koncentrovanou HNO 3 za vzniku dusičnanu uranylu ( Pozri nižšie). V prítomnosti HCl sa urán rýchlo rozpúšťa v organických kyselinách a vytvára organické soli U 4+. V závislosti od stupňa oxidácie tvorí urán niekoľko druhov solí (najdôležitejšie z nich s U 4+, jedna z nich UCl 4 je ľahko oxidovateľná zelená soľ); uranylové soli (radikál UO 2 2+) typu UO 2 (NO 3) 2 sú žlté a fluoreskujú zeleno. Uranylové soli vznikajú rozpustením amfotérneho oxidu UO 3 (žltá farba) v kyslom prostredí. V alkalickom prostredí UO 3 tvorí uranáty typu Na 2 UO 4 alebo Na 2 U 2 O 7. Posledná uvedená zlúčenina ("žltý uranyl") sa používa na výrobu porcelánových glazúr a pri výrobe fluorescenčných skiel.
Halogenidy uránu boli široko študované v 40. – 50. rokoch 20. storočia, pretože boli základom pre vývoj metód separácie izotopov uránu pre atómovú bombu alebo jadrový reaktor. Fluorid uraničitý UF 3 sa získal redukciou UF 4 vodíkom a fluorid uránový UF 4 sa získava rôznymi spôsobmi reakciami HF s oxidmi ako UO 3 alebo U 3 O 8 alebo elektrolytickou redukciou uranylových zlúčenín. Hexafluorid uránu UF 6 sa získava fluoráciou U alebo UF 4 elementárnym fluórom alebo pôsobením kyslíka na UF 4 . Hexafluorid tvorí priehľadné kryštály s vysokým indexom lomu pri 64 °C (1137 mmHg); zlúčenina je prchavá (sublimuje pri 56,54 °C za normálnych tlakových podmienok). Oxohalogenidy uránu, napríklad oxofluoridy, majú zloženie UO 2 F 2 (fluorid uranyl), UOF 2 (difluorid oxidu uránového).
(podľa Paulinga)
U←U 3+ -1,66V
U←U 2+ -0,1V
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| Urán | |
Urán(staré meno Urania) je chemický prvok s atómovým číslom 92 v periodickej sústave, atómová hmotnosť 238,029; označené symbolom U ( Urán), patrí do rodiny aktinidov.
Príbeh
Už v staroveku (1. storočie pred Kristom) sa prírodný oxid uránu používal na výrobu žltej glazúry na keramiku. Výskum uránu sa vyvinul ako reťazová reakcia, ktorú generuje. Najprv informácie o jeho vlastnostiach, ako prvé impulzy reťazovej reakcie, prichádzali s dlhými prestávkami, prípad od prípadu. Prvým dôležitým dátumom v histórii uránu je rok 1789, keď nemecký prírodný filozof a chemik Martin Heinrich Klaproth zrekonštruoval zlatožltú „zem“ extrahovanú zo saskej živicovej rudy na látku podobnú čiernemu kovu. Na počesť vtedy najvzdialenejšej planéty (ktorú objavil Herschel pred ôsmimi rokmi) Klaproth, ktorý novú látku považoval za prvok, ju nazval urán.
Päťdesiat rokov bol Klaprothov urán považovaný za kov. Až v roku 1841 Eugene Melchior Peligot - francúzsky chemik (1811-1890)] dokázal, že napriek charakteristickému kovovému lesku Klaprothov urán nie je prvkom, ale oxidom. UO 2. V roku 1840 sa Peligovi podarilo získať skutočný urán, ťažký oceľovo šedý kov, a určiť jeho atómovú hmotnosť. Ďalší dôležitý krok v štúdiu uránu urobil v roku 1874 D. I. Mendelejev. Na základe periodického systému, ktorý vyvinul, umiestnil urán do najvzdialenejšej bunky svojho stola. Predtým sa atómová hmotnosť uránu považovala za rovnú 120. Veľký chemik túto hodnotu zdvojnásobil. Po 12 rokoch potvrdili Mendelejevovu predpoveď experimenty nemeckého chemika Zimmermanna.
Štúdium uránu sa začalo v roku 1896: francúzsky chemik Antoine Henri Becquerel náhodou objavil Becquerelove lúče, ktoré Marie Curie neskôr premenovala na rádioaktivitu. Francúzskemu chemikovi Henrimu Moissanovi sa zároveň podarilo vyvinúť metódu na získanie čistého kovového uránu. V roku 1899 Rutherford zistil, že žiarenie uránových prípravkov je nerovnomerné, že existujú dva druhy žiarenia – alfa a beta lúče. Nesú iný elektrický náboj; ďaleko od rovnakého rozsahu v látke a ionizačnej schopnosti. O niečo neskôr, v máji 1900, Paul Villard objavil tretí typ žiarenia - gama lúče.
Ernest Rutherford uskutočnil v roku 1907 prvé experimenty na určenie veku minerálov pri štúdiu rádioaktívneho uránu a tória na základe teórie rádioaktivity, ktorú vytvoril spolu s Frederickom Soddym (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelova cena za chémiu, 1921). V roku 1913 predstavil F. Soddy koncept o izotopy(z gréckeho ισος – „rovnaký“, „rovnaký“ a τόπος – „miesto“) a v roku 1920 predpovedal, že na určenie geologického veku hornín možno použiť izotopy. V roku 1928 si Niggot uvedomil a v roku 1939 A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911 - 1994) vytvoril prvé rovnice na výpočet veku a použil hmotnostný spektrometer na separáciu izotopov.
V roku 1939 Frederic Joliot-Curie a nemeckí fyzici Otto Frisch a Lisa Meitnerová objavili neznámy jav, ktorý sa vyskytuje pri jadre uránu, keď je ožiarené neutrónmi. Došlo k explozívnej deštrukcii tohto jadra s tvorbou nových prvkov oveľa ľahších ako urán. Toto ničenie malo výbušnú povahu, fragmenty produktov sa rozptýlili v rôznych smeroch obrovskou rýchlosťou. Tak bol objavený jav nazývaný jadrová reakcia.
V rokoch 1939-1940. Yu.B.Khariton a Ya.B.Zel'dovich prvýkrát teoreticky ukázali, že miernym obohatením prírodného uránu uránom-235 je možné vytvoriť podmienky pre kontinuálne štiepenie atómových jadier, tj. dať procesu reťazový charakter.
Byť v prírode
Uraninitová ruda
Urán je v prírode široko rozšírený. Čistosť uránu je 1,10 -3 % (hmotn.). Množstvo uránu vo vrstve litosféry hrubej 20 km sa odhaduje na 1,3 10 14 ton.
Väčšina uránu sa nachádza v kyslých horninách s vysokým obsahom kremík. Významné množstvo uránu je sústredené v sedimentárnych horninách, najmä v tých, ktoré sú obohatené o organickú hmotu. Urán je prítomný vo veľkých množstvách ako nečistota v tóriu a mineráloch vzácnych zemín (orthit, sfén CaTiO 3 , monazit (La,Ce)PO 4, zirkón ZrSiO 4, xenotim YPO4 atď.). Najdôležitejšie uránové rudy sú smolinec (dechtová smola), uraninit a karnotit. Hlavnými minerálmi - satelitmi uránu sú molybdenit MoS 2, galenit PbS, kremeň SiO 2, kalcit CaCO 3, hydromuskovit atď.
| Minerálne | Hlavné zloženie minerálu | Obsah uránu, % |
|---|---|---|
| Uraninit | UO2, UO3 + Th02, Ce02 | 65-74 |
| karnotit | K2(U02)2(V04)22H20 | ~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 |
| brannerit | (U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5015 | 40 |
| Tujamunit | CaO2UO3V205 nH20 | 50-60 |
| zeynerit | Cu(U02)2(As04)2nH20 | 50-53 |
| Otenitída | Ca(U02)2(P04)2nH20 | ~50 |
| Schrekingerit | Ca3NaU02(C03)3S04(OH) 9H20 | 25 |
| Ouranophanes | CaO UO2 2Si02 6H20 | ~57 |
| Fergusonit | (Y, Ce) (Fe, U) (Nb, Ta)04 | 0.2-8 |
| Thorbernit | Cu(U02)2(P04)2nH20 | ~50 |
| coffinit | U(Si04) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Hlavnými formami uránu, ktoré sa vyskytujú v prírode, sú uraninit, smola (dechtová smola) a uránová čerň. Líšia sa len formami výskytu; existuje veková závislosť: uraninit je prítomný najmä v starovekých (prekambrické horniny), smolinec - vulkanogénny a hydrotermálny - hlavne v paleozoických a mladších vysoko- a strednoteplotných súvrstviach; uránová čerň - hlavne v mladých - kenozoických a mladších súvrstviach - hlavne v nízkoteplotných sedimentárnych horninách.
Obsah uránu v zemskej kôre je 0,003 %, vyskytuje sa v povrchovej vrstve zeme vo forme štyroch typov ložísk. Po prvé, ide o žily uraninitu alebo smolného uránu (oxid uranitý UO2), veľmi bohatý na urán, ale vzácny. Sú sprevádzané ložiskami rádia, od r rádium je priamym produktom izotopového rozpadu uránu. Takéto žily sa nachádzajú v kanadskom Zaire (Great Bear Lake), Česká republika a Francúzsko. Druhým zdrojom uránu sú konglomeráty tória a uránovej rudy spolu s rudami ďalších dôležitých minerálov. Konglomeráty zvyčajne obsahujú dostatočné množstvo na extrakciu zlato a striebro a sprievodnými prvkami sú urán a tórium. Veľké ložiská týchto rúd sa nachádzajú v Kanade, Južnej Afrike, Rusku a Austrália. Tretím zdrojom uránu sú sedimentárne horniny a pieskovce bohaté na minerál karnotit (draselný uranylvanadičnan), ktorý obsahuje okrem uránu aj značné množstvo vanád a ďalšie prvky. Takéto rudy sa nachádzajú v západných štátoch USA. Železo-uránové bridlice a fosfátové rudy tvoria štvrtý zdroj ložísk. Bohaté ložiská nachádzajúce sa v bridliciach Švédsko. Niektoré fosfátové rudy v Maroku a Spojených štátoch obsahujú značné množstvo uránu a fosfátových ložísk Angola a Stredoafrická republika sú ešte bohatšie na urán. Väčšina lignitov a niektoré uhlie zvyčajne obsahujú uránové nečistoty. Ložiská hnedého uhlia bohaté na urán nachádzajúce sa v Severnej a Južnej Dakote (USA) a bitúmenové uhlie Španielsko a Česká republika
Izotopy uránu
Prírodný urán je tvorený zmesou troch izotopy: 238 U - 99,2739 % (polčas rozpadu T 1/2 \u003d 4,468 × 10 9 rokov), 235 U – 0,7024 % ( T 1/2 \u003d 7,038 × 10 8 rokov) a 234 U - 0,0057 % ( T 1/2 = 2,455 × 10 5 rokov). Posledný izotop nie je primárny, ale rádiogénny, je súčasťou rádioaktívnej série 238 U.
Rádioaktivita prírodného uránu je spôsobená najmä izotopmi 238 U a 234 U, v rovnováhe sú ich špecifické aktivity rovnaké. Špecifická aktivita izotopu 235 U v prírodnom uráne je 21-krát menšia ako aktivita 238 U.
Je známych 11 umelých rádioaktívnych izotopov uránu s hmotnostnými číslami od 227 do 240. Najdlhší z nich má 233 U ( T 1/2 \u003d 1,62 × 10 5 rokov) sa získava ožiarením tória neutrónmi a je schopný spontánneho štiepenia tepelnými neutrónmi.
Izotopy uránu 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií. Poslednými prvkami týchto sérií sú izotopy viesť 206Pb a 207Pb.
V prírodných podmienkach sú distribuované hlavne izotopy 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054 : 0,711 : 99,283. Polovica rádioaktivity prírodného uránu je spôsobená izotopom 234 U. izotop 234 U tvorené rozpadom 238 U. Pre posledné dva je na rozdiel od ostatných párov izotopov a bez ohľadu na vysokú migračnú schopnosť uránu charakteristická geografická stálosť pomeru. Hodnota tohto pomeru závisí od veku uránu. Početné prírodné merania ukázali jeho nepatrné výkyvy. Takže v kotúčoch sa hodnota tohto pomeru v porovnaní so štandardom pohybuje v rozmedzí 0,9959 - 1,0042, v soli - 0,996 - 1,005. V mineráloch obsahujúcich urán (nasturan, čierny urán, cirtolit, rudy vzácnych zemín) sa hodnota tohto pomeru pohybuje medzi 137,30 a 138,51; okrem toho sa nezistil rozdiel medzi formami U IV a U VI; v sféne - 138,4. Nedostatok izotopov zistený v niektorých meteoritoch 235 U. Jeho najnižšiu koncentráciu v pozemských podmienkach našiel v roku 1972 francúzsky výskumník Buzhigues v meste Oklo v Afrike (ložisko v Gabone). Normálny urán teda obsahuje 0,7025 % uránu 235 U, kým v Oklo klesá na 0,557 %. To podporilo hypotézu o prirodzenom jadrovom reaktore vedúcom k vyhoreniu izotopov, ktorú predpovedali George W. Wetherill z Kalifornskej univerzity v Los Angeles a Mark G. Inghram z Chicagskej univerzity a Paul K. Kuroda, chemik z University of Arkansas, ktorý opísal proces už v roku 1956. Okrem toho sa v tých istých okresoch našli prírodné jadrové reaktory: Okelobondo, Bangombe a i. V súčasnosti je známych asi 17 prírodných jadrových reaktorov.
Potvrdenie
Úplne prvou fázou výroby uránu je koncentrácia. Hornina sa rozdrví a zmieša s vodou. Zložky ťažkých suspendovaných látok sa usadzujú rýchlejšie. Ak hornina obsahuje primárne uránové minerály, rýchlo sa vyzrážajú: ide o ťažké minerály. Sekundárne uránové minerály sú ľahšie, v takom prípade sa ťažká odpadová hornina usadzuje skôr. (Zďaleka však nie je vždy skutočne prázdny, môže obsahovať množstvo užitočných prvkov vrátane uránu).
Ďalším stupňom je lúhovanie koncentrátov, prevod uránu do roztoku. Aplikujte kyslé a alkalické lúhovanie. Prvý je lacnejší, pretože kyselina sírová sa používa na extrakciu uránu. Ale ak v surovine, ako napríklad v uráne decht, urán je v štvormocnom stave, potom táto metóda nie je použiteľná: štvormocný urán v kyseline sírovej sa prakticky nerozpúšťa. V tomto prípade sa musí uchýliť buď k alkalickému lúhovaniu, alebo predoxidovať urán na šesťmocný stav.
Nepoužívajte kyslé lúhovanie a v prípadoch, keď uránový koncentrát obsahuje dolomit alebo magnezit, reagujúci s kyselinou sírovou. V týchto prípadoch lúh sodný (hydroxid sodík).
Problém vylúhovania uránu z rúd rieši kyslíková očista. Prúd kyslíka sa privádza do zmesi uránovej rudy so sulfidovými minerálmi zahriatej na 150 °C. V tomto prípade zo sírnych minerálov vzniká kyselina sírová, ktorá vyplavuje urán.
V ďalšej fáze musí byť urán selektívne izolovaný z výsledného roztoku. Moderné metódy - extrakcia a iónová výmena - umožňujú vyriešiť tento problém.
Roztok obsahuje nielen urán, ale aj iné katióny. Niektoré z nich sa za určitých podmienok správajú rovnako ako urán: extrahujú sa rovnakými organickými rozpúšťadlami, nanášajú sa na rovnaké iónomeničové živice a vyzrážajú sa za rovnakých podmienok. Na selektívnu izoláciu uránu je preto potrebné použiť veľa redoxných reakcií, aby sa v každej fáze zbavili jedného alebo druhého nežiaduceho spoločníka. Na moderných iónomeničových živiciach sa urán uvoľňuje veľmi selektívne.
Metódy iónová výmena a extrakcia sú dobré aj preto, že umožňujú celkom plnohodnotne extrahovať urán z chudobných roztokov (obsah uránu sú desatiny gramu na liter).
Po týchto operáciách sa urán prevedie do pevného skupenstva - do jedného z oxidov alebo do UF 4 tetrafluoridu. Ale tento urán ešte musí byť očistený od nečistôt s veľkým prierezom zachytávania tepelných neutrónov - bór, kadmium, hafnium. Ich obsah v konečnom produkte by nemal presiahnuť stotisíciny a milióntiny percenta. Na odstránenie týchto nečistôt sa komerčne čistá zlúčenina uránu rozpustí v kyseline dusičnej. V tomto prípade vzniká dusičnan uranylu UO 2 (NO 3) 2, ktorý sa extrakciou tributylfosfátom a niektorými ďalšími látkami dodatočne čistí na požadované podmienky. Potom sa táto látka vykryštalizuje (alebo sa vyzráža peroxid UO 4 · 2H 2 O) a začne sa opatrne vznietiť. V dôsledku tejto operácie vzniká oxid uránový UO 3, ktorý sa redukuje vodíkom na UO 2.
Oxid uraničitý UO 2 pri teplote 430 až 600 ° C sa spracuje suchým fluorovodíkom za získania tetrafluoridu UF 4 . Kovový urán sa z tejto zlúčeniny redukuje pomocou vápnik alebo horčík.
Fyzikálne vlastnosti
Urán je veľmi ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Vo svojej čistej forme je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, flexibilná a má mierne paramagnetické vlastnosti. Urán má tri alotropné formy: alfa (prizmatická, stabilná do 667,7 °C), beta (štvoruholníková, stabilná od 667,7 °C do 774,8 °C), gama (s telesne centrovanou kubickou štruktúrou existujúcou od 774, 8 °C do bod topenia).
Rádioaktívne vlastnosti niektorých izotopov uránu (prírodné izotopy boli izolované):
Chemické vlastnosti
Urán môže vykazovať oxidačné stavy od +III do +VI. Zlúčeniny uránu (III) tvoria nestabilné červené roztoky a sú silnými redukčnými činidlami:
4UC13 + 2H20 → 3UC14 + UO2 + H2
Zlúčeniny uránu (IV) sú najstabilnejšie a tvoria zelené vodné roztoky.
Zlúčeniny uránu (V) sú vo vodnom roztoku nestabilné a ľahko disproporčné:
2UO2Cl → UO2Cl2 + UO2
Chemicky je urán veľmi aktívnym kovom. Rýchlo oxiduje na vzduchu a je pokrytý dúhovým oxidovým filmom. Jemný uránový prášok sa na vzduchu samovoľne vznieti, zapáli sa pri teplote 150-175 °C za vzniku U 3 O 8 . Pri 1000 °C sa urán spája s dusíkom za vzniku žltého nitridu uránu. Voda je schopná korodovať kov pomaly pri nízkych teplotách a rýchlo pri vysokých teplotách, ako aj pri jemnom mletí uránového prášku. Urán sa rozpúšťa v kyseline chlorovodíkovej, dusičnej a iných kyselinách, pričom vytvára štvormocné soli, ale neinteraguje s alkáliami. Urán sa vytláča vodík z anorganických kyselín a roztokov solí kovov ako napr ortuť, striebro, meď, cín, platinaazlato. Pri silnom trasení začnú kovové častice uránu žiariť. Urán má štyri oxidačné stavy - III-VI. Medzi šesťmocné zlúčeniny patrí oxid uránový (uranyloxid) UO3 a chlorid uránový U02Cl2. Chlorid uraničitý UCl 4 a oxid uraničitý UO 2 sú príklady štvormocného uránu. Látky obsahujúce štvormocný urán sú zvyčajne nestabilné a pri dlhšom vystavení vzduchu sa menia na šesťmocný urán. Uranylové soli, ako je uranylchlorid, sa rozkladajú v prítomnosti jasného svetla alebo organických látok.
Aplikácia
Jadrové palivo
Má najväčšie uplatnenie izotop urán 235 U, v ktorom je možná samoudržiavacia jadrová reťazová reakcia. Preto sa tento izotop používa ako palivo v jadrových reaktoroch, ako aj v jadrových zbraniach. Separácia izotopu U 235 od prírodného uránu je zložitý technologický problém (pozri separácia izotopov).
Izotop U 238 je schopný štiepenia pod vplyvom bombardovania vysokoenergetickými neutrónmi, táto vlastnosť sa využíva na zvýšenie výkonu termonukleárnych zbraní (využívajú sa neutróny vznikajúce termonukleárnou reakciou).
V dôsledku záchytu neutrónov, po ktorom nasleduje β-rozpad, sa 238 U môže premeniť na 239 Pu, ktorý sa potom používa ako jadrové palivo.
Urán-233, umelo vyrábaný v reaktoroch z tória (tórium-232 zachytáva neutrón a mení sa na tórium-233, ktoré sa rozpadá na protaktínium-233 a následne na urán-233), sa môže v budúcnosti stať bežným jadrovým palivom pre jadrovú energetiku závody (už teraz existujú reaktory využívajúce tento nuklid ako palivo, napr. KAMINI v Indii) a výroba atómových bômb (kritická hmotnosť cca 16 kg).
Urán-233 je tiež najsľubnejším palivom pre jadrové raketové motory v plynnej fáze.
Geológia
Hlavným odvetvím využitia uránu je určovanie veku minerálov a hornín s cieľom objasniť postupnosť geologických procesov. Robí to geochronológia a teoretická geochronológia. Podstatné je aj riešenie problému miešania a zdrojov hmoty.
Riešenie úlohy vychádza z rovníc rádioaktívneho rozpadu, popísaných rovnicami.
kde 238 Uo, 235 Uo— moderné koncentrácie izotopov uránu; ; — rozpadové konštanty atómov uránu 238 U a 235 U.
Ich kombinácia je veľmi dôležitá:
.Vzhľadom na to, že horniny obsahujú rôzne koncentrácie uránu, majú rôznu rádioaktivitu. Táto vlastnosť sa využíva pri výbere hornín geofyzikálnymi metódami. Táto metóda je najrozšírenejšia v ropnej geológii na ťažbu vrtov, tento komplex zahŕňa najmä γ-logging alebo neutrónovú gama ťažbu, gama-gama ťažbu atď. S ich pomocou sa identifikujú zásobníky a tesnenia.
Iné aplikácie
Malý prídavok uránu dáva sklu krásnu žltozelenú fluorescenciu (uránové sklo).
Uranát sodný Na 2 U 2 O 7 bol použitý ako žltý pigment pri maľbe.
Zlúčeniny uránu sa používali ako farby na maľovanie na porcelán a na keramické glazúry a emaily (farebné: žltá, hnedá, zelená a čierna, podľa stupňa oxidácie).
Niektoré zlúčeniny uránu sú fotosenzitívne.
Na začiatku 20. stor dusičnan uranylŠiroko sa používal na zvýraznenie negatívov a farbenie (odfarbenie) pozitívov (fotografickej tlače) na hnedo.
Karbid uránu-235 v zliatine s karbidom nióbu a karbidom zirkónia sa používa ako palivo pre prúdové jadrové motory (pracovnou kvapalinou je vodík + hexán).
Zliatiny železa a ochudobneného uránu (urán-238) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály.
ochudobnený urán
ochudobnený urán
Po extrakcii 235U a 234U z prírodného uránu sa zvyšný materiál (urán-238) nazýva „ochudobnený urán“, pretože je ochudobnený o 235. izotop. Podľa niektorých správ je v Spojených štátoch uložených asi 560 000 ton hexafluoridu ochudobneného uránu (UF 6).
Ochudobnený urán je o polovicu menej rádioaktívny ako prírodný urán, a to najmä vďaka odstraňovaniu 234 U. Vzhľadom na to, že hlavným využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je málo použiteľný produkt s nízkou ekonomickou hodnotou.
V zásade je jeho použitie spojené s vysokou hustotou uránu a jeho relatívne nízkou cenou. Ochudobnený urán sa používa na ochranu pred žiarením (iróniou osudu) a ako balast v leteckých aplikáciách, ako sú riadiace plochy lietadiel. Každé lietadlo Boeing 747 obsahuje na tento účel 1 500 kg ochudobneného uránu. Tento materiál sa používa aj vo vysokorýchlostných rotoroch gyroskopov, veľkých zotrvačníkov, ako záťaž vo vesmírnych vozidlách a pretekárskych jachtách pri vŕtaní ropných vrtov.
Pancierové jadrá projektilov
Hrot (vložka) strely kalibru 30 mm (kanóny GAU-8 lietadla A-10) s priemerom asi 20 mm z ochudobneného uránu.
Najznámejšie použitie ochudobneného uránu je ako jadrá pre projektily na prepichovanie panciera. Pri legovaní s 2 % Mo alebo 0,75 % Ti a tepelnom spracovaní (rýchle kalenie kovu zahriateho na 850 °C vo vode alebo oleji, ďalšie udržiavanie pri 450 °C počas 5 hodín), kovový urán sa stáva tvrdším a pevnejším ako oceľ (pevnosť v ťahu je väčšia 1600 MPa, napriek tomu, že pre čistý urán je to 450 MPa). V kombinácii s vysokou hustotou to robí z tvrdeného uránového ingotu mimoriadne účinný nástroj na prenikanie panciera, ktorý je svojou účinnosťou podobný drahšiemu volfrámu. Ťažký uránový hrot tiež mení rozloženie hmoty v projektile, čím zlepšuje jeho aerodynamickú stabilitu.
Podobné zliatiny typu Stabilla sa používajú v šípovitých operených nábojoch tankových a protitankových diel.
Proces deštrukcie panciera je sprevádzaný rozomletím uránového ingotu na prach a jeho zapálením vo vzduchu na druhej strane panciera (pozri Pyroforickosť). Počas operácie Púštna búrka zostalo na bojisku asi 300 ton ochudobneného uránu (väčšinou zvyšky nábojov z 30 mm kanónu GAU-8 útočného lietadla A-10, každý náboj obsahuje 272 g zliatiny uránu).
Takéto náboje používali vojaci NATO v bojoch v Juhoslávii. Po ich aplikácii sa diskutovalo o ekologickom probléme radiačnej kontaminácie územia krajiny.
Prvýkrát bol urán použitý ako jadro pre granáty v Tretej ríši.
Ochudobnený urán sa používa v moderných pancieroch tankov, ako je napríklad tank M-1 Abrams.
Fyziologické pôsobenie
V mikromnožstvách (10 -5 -10 -8%) sa nachádza v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V najväčšej miere sa hromadí niektorými hubami a riasami. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte (asi 1%), v pľúcach - 50%. Hlavné depoty v tele: slezina, obličky, kostra, pečeň, pľúca a bronchopulmonálne lymfatické uzliny. Obsah v orgánoch a tkanivách ľudí a zvierat nepresahuje 10 −7 g.
Urán a jeho zlúčeniny toxický. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je MPC vo vzduchu 0,015 mg/m³, pre nerozpustné formy uránu je MPC 0,075 mg/m³. Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou inhibovať aktivitu enzýmov. V prvom rade sú postihnuté obličky (v moči sa objavujú bielkoviny a cukor, oligúria). Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoetiky a nervového systému.
Výroba podľa krajín v tonách podľa obsahu U za roky 2005–2006
Výroba podľa spoločností v roku 2006:
Cameco - 8,1 tisíc ton
Rio Tinto - 7 tisíc ton
AREVA - 5 tisíc ton
Kazatomprom - 3,8 tisíc ton
JSC TVEL — 3,5 tisíc ton
BHP Billiton - 3 tisíc ton
Navoi MMC - 2,1 tisíc ton ( Uzbekistan, Navoi)
Uran One - 1 tisíc ton
Heathgate - 0,8 tisíc ton
Miny Denison - 0,5 tisíc ton
Výroba v Rusku
V ZSSR boli hlavnými oblasťami uránovej rudy Ukrajina (ložiská Želtorechenskoje, Pervomajskoje atď.), Kazachstan (severné - balkašinské rudné pole atď.; južné - rudné pole Kyzylsay atď.; Vostočnyj; všetky patria najmä k vulkanogénno-hydrotermálnemu typu); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoye atď.); Stredná Ázia, hlavne Uzbekistan s mineralizáciou v čiernych bridliciach s centrom v meste Uchkuduk. Drobných rudných výskytov a prejavov je veľa. V Rusku zostalo Transbaikalia hlavnou oblasťou uránovej rudy. Asi 93 % ruského uránu sa ťaží na ložisku v regióne Čita (neďaleko mesta Krasnokamensk). Ťažbu vykonáva Priargunsky Industrial Mining and Chemical Association (PIMCU), ktorá je súčasťou JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding), banskou metódou.
Zvyšných 7 % sa získava in-situ lúhovaním zo ZAO Dalur (región Kurgan) a OAO Khiagda (Burjatsko).
Výsledné rudy a uránový koncentrát sa spracovávajú v Chepetskom mechanickom závode.
Ťažba v Kazachstane
Asi pätina svetových zásob uránu je sústredená v Kazachstane (21 % a 2. miesto na svete). Celkové zdroje uránu sú asi 1,5 milióna ton, z toho asi 1,1 milióna ton možno vyťažiť in-situ lúhovaním.
V roku 2009 sa Kazachstan dostal na prvé miesto vo svete v ťažbe uránu.
Výroba na Ukrajine
Hlavným podnikom je Východný banský a spracovateľský závod v meste Žovti Vody.
cena
Napriek legendám o desiatkach tisíc dolárov za kilogramové či dokonca gramové množstvá uránu nie je jeho reálna cena na trhu príliš vysoká – neobohatený oxid uránu U 3 O 8 stojí necelých 100 amerických dolárov za kilogram. Dôvodom je skutočnosť, že na spustenie jadrového reaktora na neobohatený urán sú potrebné desiatky alebo dokonca stovky ton paliva a na výrobu jadrových zbraní sa musí obohatiť veľké množstvo uránu, aby sa získali koncentrácie vhodné na vytvorenie bomba.
URAN (názov na počesť planéty Urán objavenej krátko pred ním; lat. urán * a. urán; n. Urán; f. urán; a. uránio), U, je rádioaktívny chemický prvok III. skupiny periodickej sústavy. Mendelejeva, atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,0289, sa vzťahuje na aktinidy. Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U (99,282 %, T 1/2 4,468,10 9 rokov), 235 U (0,712 %, T 1/2 0,704,10 9 rokov), 234 U (0,006 %, T 1/2 0,244,10 6 rokov). Známych je aj 11 umelých rádioaktívnych izotopov uránu s hmotnostnými číslami od 227 do 240.
Urán objavil v roku 1789 vo forme UO 2 nemecký chemik M. G. Klaproth. Kovový urán získal v roku 1841 francúzsky chemik E. Peligot. Urán mal dlhú dobu veľmi obmedzené využitie a až objavením rádioaktivity v roku 1896 sa začalo s jeho štúdiom a využívaním.
Vlastnosti uránu
Vo voľnom stave je urán svetlosivý kov; pod 667,7°C, je charakterizovaná kosoštvorcovou (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kryštálovou mriežkou (a-modifikácia), v teplotnom rozsahu 667,7-774°C - tetragonálna (a = 1,0759 nm, c = 0,5656 nm; R-modifikácia), pri vyššej teplote - kubická mriežka centrovaná na telo (a = 0,3538 nm, g-modifikácia). Hustota 18700 kg/m 3, teplota topenia 1135 °C, teplota varu asi 3818 °C, molárna tepelná kapacita 27,66 J/ (mol.K), elektrický odpor 29,0,10 -4 (Ohm.m), tepelná vodivosť 22,5 W/(m.K), teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti 10.7.10 -6 K -1. Teplota prechodu uránu do supravodivého stavu je 0,68 K; slabý paramagnet, špecifická magnetická susceptibilita 1.72.10 -6 . Jadrá 235 U a 233 U sa štiepia spontánne, ako aj pri záchyte pomalých a rýchlych neutrónov, 238 U sa štiepi len pri záchyte rýchlych (viac ako 1 MeV) neutrónov. Keď sa zachytia pomalé neutróny, 238 U sa zmení na 239 Pu. Kritická hmotnosť uránu (93,5 % 235 U) vo vodných roztokoch je menšia ako 1 kg, pre otvorenú guľu asi 50 kg; pre 233 U je kritická hmotnosť približne 1/3 kritickej hmotnosti 235 U.
Vzdelávanie a obsah v prírode
Hlavným spotrebiteľom uránu je jadrová energetika (jadrové reaktory, jadrové elektrárne). Okrem toho sa urán používa na výrobu jadrových zbraní. Všetky ostatné oblasti využitia uránu majú ostro podriadený význam.
(podľa Paulinga)
U←U 3+ -1,66V
U←U 2+ -0,1V
Príbeh
Už v staroveku (1. storočie pred Kristom) sa prírodný urán používal na výrobu žltej glazúry na.
Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth (Klaproth) pri štúdiu minerálu ("uránový decht"). Bol po ňom pomenovaný, objavený v roku 1781. V kovovom stave získal urán v roku 1841 francúzsky chemik Eugene Peligot pri redukcii UCl 4 kovovým draslíkom. urán objavil v roku 1896 Francúz. Pôvodne sa 116 pripisovalo uránu, no v roku 1871 dospel k záveru, že by sa mal zdvojnásobiť. Americký chemik G. Seaborg po objavení prvkov s atómovými číslami od 90 do 103 dospel k záveru, že správnejšie je tieto prvky () umiestniť do periodickej sústavy do jednej bunky s prvkom č.89. Toto usporiadanie je spôsobené skutočnosťou, že elektrónová podúroveň 5f je dokončená v aktinidoch.
Byť v prírode
Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Obsah v zemskej kôre 2,5 10 -4 % hm. V morskej vode je koncentrácia uránu nižšia ako 10 -9 g/l, celkovo morská voda obsahuje od 10 9 do 10 10 ton uránu. Urán sa v zemskej kôre nenachádza vo voľnej forme. Známych je asi 100 uránových minerálov, najvýznamnejšie z nich sú U 3 O 8, uraninit (U,Th)O 2, ruda uránovej živice (obsahuje oxidy uránu rôzneho zloženia) a tuyamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4 )2] 8H20
izotopy
Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U - 99,2739 %, polčas rozpadu T 1 / 2 = 4,51-10 9 rokov, 235 U - 0,7024 % (T 1 / 2 = 7,13-10 8 rokov) a 234 U - 0,0057 % (T 1/2 \u003d 2,48 × 10 5 rokov).
Existuje 11 známych umelých rádioaktívnych izotopov s hmotnostnými číslami od 227 do 240.
Najdlhšie - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 rokov) sa získa ožiarením tória neutrónmi.
Izotopy uránu 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií.
Potvrdenie
Úplne prvou fázou výroby uránu je koncentrácia. Hornina sa rozdrví a zmieša s vodou. Zložky ťažkých suspendovaných látok sa zrážajú rýchlejšie. Ak hornina obsahuje primárne uránové minerály, rýchlo sa vyzrážajú: ide o ťažké minerály. Sekundárne minerály prvku #92 sú ľahšie, v tomto prípade sa ťažká odpadová hornina usadzuje skôr. (Zďaleka však nie je vždy skutočne prázdny, môže obsahovať množstvo užitočných prvkov vrátane uránu).
Ďalšou etapou je lúhovanie koncentrátov, prenesenie prvku č. 92 do roztoku. Aplikujte kyslé a alkalické lúhovanie. Prvý je lacnejší, keďže sa na ťažbu používa urán. Ale ak v surovine, ako napríklad v uráne decht, urán je v štvormocnom stave, potom táto metóda nie je použiteľná: štvormocný urán v kyseline sírovej je prakticky nerozpustný. A buď sa musíte uchýliť k alkalickému lúhovaniu, alebo predoxidovať urán na šesťmocný stav.
Nepoužívajte kyslé lúhovanie a v prípadoch, keď uránový koncentrát obsahuje resp. Na ich rozpustenie sa musí minúť príliš veľa kyseliny av týchto prípadoch je lepšie použiť ().
Problém vylúhovania uránu je vyriešený preplachovaním kyslíkom. Prúd sa privádza do zmesi uránovej rudy a minerálov zahriatej na 150 °C. Zároveň vzniká zo sírnatých minerálov, čím sa vyplavuje urán.
V ďalšej fáze musí byť urán selektívne izolovaný z výsledného roztoku. Moderné metódy - a - umožňujú vyriešiť tento problém.
Roztok obsahuje nielen urán, ale aj iné. Niektoré z nich sa za určitých podmienok správajú rovnako ako urán: extrahujú sa rovnakými rozpúšťadlami, ukladajú sa na rovnaké iónomeničové živice a vyzrážajú sa za rovnakých podmienok. Na selektívnu izoláciu uránu je preto potrebné použiť veľa redoxných reakcií, aby sa v každej fáze zbavili jedného alebo druhého nežiaduceho spoločníka. Na moderných iónomeničových živiciach sa urán uvoľňuje veľmi selektívne.
Metódy iónová výmena a extrakcia Sú dobré aj preto, že umožňujú celkom plnohodnotne extrahovať urán z chudobných roztokov, v litri ktorých sú prvku č.92 len desatiny gramu.
Po týchto operáciách sa urán prevedie do pevného skupenstva - do jedného z oxidov alebo do tetrafluoridu UF 4 . Tento urán však ešte musí byť očistený od nečistôt s veľkým prierezom zachytávania tepelných neutrónov - , . Ich obsah v konečnom produkte by nemal presiahnuť stotisíciny a milióntiny percenta. Takže už získaný technicky čistý produkt sa musí znova rozpustiť - tentoraz v. Uranylnitrát UO 2 (NO 3) 2 sa počas extrakcie tributylfosfátom a niektorými ďalšími látkami dodatočne čistí na požadované podmienky. Potom sa táto látka vykryštalizuje (alebo sa vyzráža peroxid UO 4 · 2H 2 O) a začne sa opatrne vznietiť. V dôsledku tejto operácie vzniká oxid uránový UO 3, ktorý sa redukuje na UO 2 .
Táto látka je predposlednou na ceste od rudy ku kovu. Pri teplotách od 430 do 600 °C reaguje so suchým fluorovodíkom a mení sa na UF 4 tetrafluorid. Práve z tejto zlúčeniny sa zvyčajne získava kovový urán. Prijímajte s pomocou alebo obvyklým spôsobom.
Fyzikálne vlastnosti
Urán je veľmi ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Vo svojej čistej forme je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, flexibilná a má mierne paramagnetické vlastnosti. Urán má tri alotropné formy: alfa (prizmatická, stabilná do 667,7 °C), beta (štvorhranná, stabilná od 667,7 do 774,8 °C), gama (s kubickou štruktúrou sústredenou na telo, existujúca od 774,8 °C do bodu topenia ).
Chemické vlastnosti
Chemická aktivita kovového uránu je vysoká. Vo vzduchu sa pokryje dúhovým filmom. Práškový urán sa samovoľne vznieti pri teplote 150-175 °C. Pri spaľovaní uránu a tepelnom rozklade mnohých jeho zlúčenín na vzduchu vzniká oxid uránu U 3 O 8. Ak sa tento oxid zahrieva v atmosfére pri teplotách nad 500 °C, vzniká UO 2 . Pri tavení oxidov uránu s oxidmi iných kovov vznikajú uranáty: K 2 UO 4 (uranát draselný), CaUO 4 (uranát vápenatý), Na 2 U 2 O 7 (diuranát sodný).
Aplikácia
Jadrové palivo
Najväčšie uplatnenie má urán 235 U, pri ktorom je možná samoudržateľnosť. Preto sa tento izotop používa ako palivo v, aj v (kritická hmotnosť asi 48 kg). Izolácia izotopu U 235 z prírodného uránu je zložitý technologický problém (pozri). Izotop U 238 je schopný štiepenia pod vplyvom bombardovania vysokoenergetickými neutrónmi, táto vlastnosť sa využíva na zvýšenie výkonu (využívajú sa neutróny generované termonukleárnou reakciou). V dôsledku záchytu neutrónov, po ktorom nasleduje β-rozpad, sa 238 U môže zmeniť na 239, ktoré sa potom používa ako jadrové palivo.
Urán-233 umelo získaný v reaktoroch (ožiarením neutrónmi a premenou na urán-233) je jadrové palivo pre jadrové elektrárne a výrobu atómových bômb (kritická hmotnosť cca 16 kg). Urán-233 je tiež najsľubnejším palivom pre jadrové raketové motory v plynnej fáze.
Iné aplikácie
- Malý prídavok uránu dodáva sklu krásny zelenožltý odtieň.
- Karbid uránu-235 v zliatine s karbidom nióbu a karbidom zirkónia sa používa ako palivo pre prúdové jadrové motory (pracovnou kvapalinou je vodík + hexán).
- Zliatiny železa a ochudobneného uránu (urán-238) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály.
- Na začiatku dvadsiateho storočia dusičnan uranyl sa široko používa ako virizačné činidlo na výrobu farebných fotografických výtlačkov.
ochudobnený urán
Po extrakcii U-235 z prírodného uránu sa zvyšný materiál nazýva „ochudobnený urán“, pretože je ochudobnený o 235. izotop. Podľa niektorých správ je v Spojených štátoch uložených asi 560 000 ton hexafluoridu ochudobneného uránu (UF 6). Ochudobnený urán je o polovicu menej rádioaktívny ako prírodný urán, a to najmä vďaka odstraňovaniu U-234 z neho. Keďže hlavným využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je zbytočný produkt s malou ekonomickou hodnotou.
Jeho hlavné použitie je spojené s vysokou hustotou uránu a jeho relatívne nízkou cenou: jeho použitie na ochranu pred žiarením (aj keď sa to môže zdať zvláštne) a ako balast v aplikáciách v letectve, ako sú riadiace plochy lietadiel. Každé lietadlo obsahuje na tento účel 1500 kg ochudobneného uránu. Tento materiál sa používa aj vo vysokorýchlostných rotoroch gyroskopov, veľkých zotrvačníkov, ako záťaž vo vesmírnych vozidlách a pretekárskych jachtách pri vŕtaní ropných vrtov.
Pancierové jadrá projektilov
Najznámejšie použitie uránu je ako jadro pre americký . Po roztavení s 2 % alebo 0,75 % a tepelnom spracovaní (rýchle kalenie kovu zahriateho na 850 °C vo vode alebo oleji, ďalšie udržiavanie pri 450 °C počas 5 hodín) sa kovový urán stáva tvrdším a pevnejším (pevnosť v ťahu je viac ako 1600 MPa, kým pre čistý urán je to 450 MPa). V kombinácii s vysokou hustotou to robí z tvrdeného uránového ingotu mimoriadne účinný nástroj na prenikanie panciera, ktorý je svojou účinnosťou podobný drahším . Proces deštrukcie panciera je sprevádzaný rozomletím uránového polotovaru na prach a jeho zapálením na vzduchu na druhej strane panciera. Počas operácie Púštna búrka zostalo na bojisku asi 300 ton ochudobneného uránu (väčšinou zvyšky nábojov z 30 mm kanónu GAU-8 útočného lietadla A-10, každý náboj obsahuje 272 g zliatiny uránu).
Takéto náboje používali vojaci NATO v bojoch v Juhoslávii. Po ich aplikácii sa diskutovalo o ekologickom probléme radiačnej kontaminácie územia krajiny.
Ochudobnený urán sa používa v moderných pancieroch tankov, ako je napríklad tank.
Fyziologické pôsobenie
V mikromnožstvách (10 -5 -10 -8%) sa nachádza v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V najväčšej miere sa hromadí niektorými hubami a riasami. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte (asi 1%), v pľúcach - 50%. Hlavné depoty v tele: slezina a bronchopulmonálna. Obsah v orgánoch a tkanivách ľudí a zvierat nepresahuje 10 -7 g.
Urán a jeho zlúčeniny toxický. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je MPC vo vzduchu 0,015 mg/m 3 , pre nerozpustné formy uránu 0,075 mg/m 3 . Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Molekulárny mechanizmus účinku uránu súvisí s jeho schopnosťou potláčať aktivitu. V prvom rade sú ovplyvnené (bielkoviny a cukor sa objavujú v moči). V chronických prípadoch sú možné poruchy hematopoézy a nervového systému.
Ťažba uránu vo svete
Podľa "Červenej knihy uránu", vydanej v roku 2005, sa vyťažilo 41 250 ton uránu (v roku 2003 - 35 492 ton). Podľa OECD je na svete 440 komerčných využití, ktoré spotrebujú 67 000 ton uránu ročne. To znamená, že jeho produkcia zabezpečuje len 60 % jeho spotreby (zvyšok sa získava zo starých jadrových hlavíc).
Výroba podľa krajín v tonách podľa obsahu U za roky 2005-2006
Výroba v Rusku
Zvyšných 7 % sa získava podzemným lúhovaním CJSC Dalur () a OJSC Khiagda ().
Výsledné rudy a uránový koncentrát sa spracovávajú v Chepetskom mechanickom závode.
pozri tiež
Odkazy
Jadrové technológie sú z veľkej časti založené na využívaní rádiochemických metód, ktoré sú zasa založené na jadrovo-fyzikálnych, fyzikálnych, chemických a toxických vlastnostiach rádioaktívnych prvkov.
V tejto kapitole sa obmedzíme na stručný popis vlastností hlavných štiepnych izotopov – uránu a plutónia.
Urán
Urán ( urán) U - prvok aktinidovej skupiny, 7.-0. perióda periodickej sústavy, Z=92, atómová hmotnosť 238,029; najťažšie z tých, ktoré sa nachádzajú v prírode.
Existuje 25 známych izotopov uránu, z ktorých všetky sú rádioaktívne. Najľahší 217U (Tj/ 2 = 26 ms), najťažšie 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Existuje 6 jadrových izomérov. V prírodnom uráne sú tri rádioaktívne izotopy: 2 s 8 a (99,2 739 %, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205 %, G, / 2 = 7,04-109 rokov) a 2 34U ( 0,0056 %, Ti/ 2 = 2,48-swl). Špecifická rádioaktivita prírodného uránu je 2,48104 Bq, rozdelená takmer na polovicu medzi 2 34U a 288 U; 235U má malý príspevok (špecifická aktivita izotopu 233 v prírodnom uráne je 21-krát menšia ako aktivita 238U). Prierez zachytávania tepelných neutrónov je 46, 98 a 2,7 barna pre 2 zz, 2 35 U, respektíve 2 3 8 U; štiepny prierez 527 a 584 stodola pre 2 zz a 2 s 8, resp.; prírodná zmes izotopov (0,7% 235U) 4,2 barn.
Tab. 1. Jadrovo-fyzikálne vlastnosti 2 h9 Ri a 2 35C.
Tab. 2. Záchyt neutrónov 2 35C a 2 h 8 C.
Šesť izotopov uránu je schopných spontánneho štiepenia: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u a 2 s 8 u. Prirodzené izotopy 233 a 235U sa štiepia pôsobením tepelných aj rýchlych neutrónov, kým jadrá 238 a sú schopné štiepenia len vtedy, keď sú zachytené neutróny s energiou vyššou ako 1,1 MeV. Keď sa zachytia neutróny s nižšou energiou, jadrá 288 U sa najskôr premenia na jadrá 2 -i9U, ktoré potom podliehajú rozpadu p a prechádzajú najskôr na 2 - "*9Np a potom na 2 39Pu. Efektívne prierezy na zachytenie tepelné neutróny 2 34U, 2 jadrá 35U a 2 3 8 a rovnajú sa 98, 683 a 2,7 barnam. Úplné štiepenie 2 35U vedie k „ekvivalentu tepelnej energie“ 2-107 kWh/kg. Izotopy 2 35U a 2 zzy sa používajú ako jadrové palivo, schopné podporovať štiepnu reťazovú reakciu.
Jadrové reaktory produkujú n umelých izotopov uránu s hmotnostnými číslami 227-240, z ktorých najdlhšia životnosť je 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 rokov); získava sa neutrónovým ožarovaním tória. Izotopy uránu s hmotnostnými číslami 239^257 sa rodia v supersilných neutrónových tokoch termonukleárneho výbuchu.
Urán-232- technogénny nuklid, a-emitor, T x / 2=68,9 rokov, rodičovské izotopy 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) a 23 2 Pa(p), dcérsky nuklid 228 Th. Intenzita spontánneho štiepenia je 0,47 dielov / s kg.
Urán-232 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:
P + - rozpad nuklidu * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):
V jadrovom priemysle vzniká 2 3 2 U ako vedľajší produkt pri syntéze štiepneho (zbraňového) nuklidu 2 33 v tóriovom palivovom cykle. Pri ožiarení 2 3 2 Th neutrónmi nastáva hlavná reakcia:
a vedľajšia dvojkroková reakcia:
K produkcii 232 U z tória dochádza len na rýchlych neutrónoch (E">6 MeV). Ak je vo východiskovej látke 2 s°Th, tak vznik 2 3 2 U je doplnený o reakciu: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Táto reakcia prebieha na tepelných neutrónoch. Generácia 2 3 2 U je nežiaduca z viacerých dôvodov. Potláča sa použitím tória s minimálnou koncentráciou 23°Th.
Rozpad 2 z 2 prebieha v týchto smeroch:
Pokles v 228 Th (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 5,414 MeV):
energia emitovaných a-častíc je 5,263 MeV (v 31,6 % prípadov) a 5,320 MeV (v 68,2 % prípadov).
- - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť menšia ako ~ 12 %);
- - rozpad klastra s tvorbou nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je menšia ako 5 * 10 "12%):
Rozpad klastra s tvorbou nuklidu 2
Urán-232 je predchodcom dlhého rozpadového reťazca, ktorý zahŕňa nuklidy - žiariče tvrdých y-kvantát:
^U-(3,64 dňa, 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.
Akumulácia 2 3 2 U je nevyhnutná pri produkcii 2 zzy v cykle energie tória. Intenzívne y-žiarenie vznikajúce pri rozpade 2 3 2 U bráni rozvoju energie tória. Je nezvyčajné, že párny izotop 2 3 2 11 má vysoký štiepny prierez pri pôsobení neutrónov (75 barn pre tepelné neutróny), ako aj vysoký prierez zachytávania neutrónov - 73 barn. 2 3 2 U sa používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom výskume.
2 z 2 a je predchodcom dlhého rozpadového reťazca (podľa schémy 2 z 2 Th), ktorý zahŕňa nuklidy emitujúce tvrdé y-kvantá. Akumulácia 2 3 2 U je nevyhnutná pri produkcii 2 zzy v cykle energie tória. Intenzívne γ-žiarenie vznikajúce pri rozpade 232 U bráni rozvoju energie tória. Nezvyčajné je, že párny izotop 2 3 2 U má vysoký štiepny prierez pri pôsobení neutrónov (75 barn pre tepelné neutróny), ako aj vysoký prierez zachytávania neutrónov - 73 barn. 2 3 2 U sa často používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom a fyzikálnom výskume.
Urán-233- technogénny rádionuklid, a-emitor (energie 4,824 (82,7 %) a 4,783 MeV (14,9 %),), Tvi= 1,585105 rokov, materské nuklidy 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), dcérsky nuklid 22 9Th. 2 zzi sa získavajú v jadrových reaktoroch z tória: 2 s 2 Th zachytí neutrón a zmení sa na 2 zz Th, ktorý sa rozpadne na 2 zz Pa a potom na 2 zz. Jadrá 2 zzi (nepárny izotop) sú schopné samovoľného štiepenia aj štiepenia pôsobením neutrónov akejkoľvek energie, vďaka čomu sú vhodné na výrobu atómových zbraní aj reaktorového paliva. Efektívny štiepny prierez je 533 barn, zachytávací prierez je 52 barn, výťažok neutrónov je 2,54 na štiepnu udalosť a 2,31 na absorbovaný neutrón. Kritická hmotnosť 2 zz je trikrát menšia ako kritická hmotnosť 2 35 U (-16 kg). Intenzita spontánneho štiepenia je 720 prípadov / s kg.
Urán-233 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:
- (3 + -rozpad nuklidu 2 33Np (7^=36,2 min):
V priemyselnom meradle sa 2 zzi získava z 2 32Th ožiarením neutrónmi:
Keď je neutrón absorbovaný, jadro 234 sa zvyčajne štiepi, ale občas zachytí neutrón a zmení sa na 234U. Hoci 2 zzy absorbuje neutrón, zvyčajne sa štiepi, napriek tomu niekedy zachráni neutrón a zmení sa na 2 34U. Prevádzkový čas 2 zz sa uskutočňuje v rýchlych aj v tepelných reaktoroch.
Zo zbraňového hľadiska je 2 zzi porovnateľný s 2 39 Pu: jeho rádioaktivita je 1/7 aktivity 2 39 Pu. (Ti/ 2 \u003d 159200 l oproti 24100 l pre Pu), kritická hmotnosť 2 szi je o 6o % vyššia ako u IgPu (16 kg oproti 10 kg) a rýchlosť spontánneho štiepenia je 20-krát vyššia (b-u - “ oproti 310 10). Tok neutrónov z 239Pu je 3-krát vyšší ako z 239Pu. Vytvorenie jadrovej nálože na báze 2 sz vyžaduje väčšie úsilie ako na ^Pu. Hlavnou prekážkou je prítomnosť nečistoty 232U v 2zzi, ktorej γ-žiarenie rozpadových projektov sťažuje prácu s 2zzi a uľahčuje detekciu hotových zbraní. Navyše, krátky polčas rozpadu 2 3 2 U z neho robí aktívny zdroj a-častíc. 2 zzi s 1 % 232 a má 3-krát silnejšiu a-aktivitu ako plutónium na úrovni zbraní, a teda vyššiu rádiotoxicitu. Táto a-aktivita spôsobuje vznik neutrónov v ľahkých prvkoch náboja zbrane. Na minimalizáciu tohto problému by mala byť prítomnosť prvkov ako Be, B, F, Li minimálna. Prítomnosť neutrónového pozadia neovplyvňuje činnosť implozívnych systémov, ale pre schémy zbraní sa vyžaduje vysoká úroveň čistoty ľahkých prvkov. zgi nie je škodlivý a dokonca žiaduci, pretože znižuje možnosť použitia uránu na účely zbraní .Po spracovaní vyhoretého jadrového paliva a opätovnom použití paliva dosahuje obsah 232U 0,1 + 0,2 %.
Rozpad 2 zzy prebieha v nasledujúcich smeroch:
A-rozpad za 22 9th (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 4,909 MeV):
energia emitovaných n-častíc je 4,729 MeV (v 1,61 % prípadov), 4,784 MeV (v 13,2 % prípadov) a 4,824 MeV (v 84,4 % prípadov).
- - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť
- - rozpad klastra za vzniku nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je menšia ako 1,3*10 -13%):
Rozpad klastra za vzniku nuklidu 24 Ne (pravdepodobnosť rozpadu 7,3-10-“%):
Decay chain 2 zz patrí do série Neptunium.
Špecifická rádioaktivita je 2 zzi 3,57-8 Bq/g, čo zodpovedá a-aktivite (a rádiotoxicite) -15 % plutónia. Len 1 % 2 3 2 U zvyšuje rádioaktivitu na 212 mCi/g.
Urán-234(Urán II, UII) je súčasťou prírodného uránu (0,0055 %), 2,445105 rokov, a-emitor (energia a-častíc 4,777 (72 %) a
4,723 (28 %) MeV), materské rádionuklidy: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),
dcérsky izotop v 2 s't.
Obvykle je 234 U v rovnováhe s 2 3 8 u, rozpadá sa a formuje sa rovnakou rýchlosťou. Približne polovicu rádioaktivity prírodného uránu tvorí príspevok 234U. Zvyčajne sa 234U získava iónovo-výmennou chromatografiou starých prípravkov čistého 238 Pu. Pri a-rozpade sa *34U prepožičiava na 234U, takže staré prípravky 238Pu sú dobrým zdrojom 234U. 100 g 2s8Pu obsahuje 776 mg 234U po roku, po 3 rokoch
2,2 g 2 34U. Koncentrácia 2 34U vo vysoko obohatenom uráne je pomerne vysoká v dôsledku preferenčného obohatenia ľahkými izotopmi. Keďže 234u je silný y-emitor, existujú obmedzenia na jeho koncentráciu v uráne určenom na spracovanie na palivo. Zvýšená hladina 234i je pre reaktory prijateľná, ale prepracované VJP obsahuje už neprijateľné hladiny tohto izotopu.
Rozpad 234u prebieha v nasledujúcich líniách:
A-rozpad pri 23°T (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 4,857 MeV):
energia emitovaných a-častíc je 4,722 MeV (v 28,4 % prípadov) a 4,775 MeV (v 71,4 % prípadov).
- - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť 1,73-10-9%).
- - rozpad klastra za vzniku nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je 1,4-10 "n%, podľa iných zdrojov 3,9-10-"%):
- - rozpad klastra za vzniku nuklidov 2 4Ne a 26 Ne (pravdepodobnosť rozpadu je 9-10", 2%, podľa iných údajov 2,3-10 - 11%):
Známy je jediný izomér 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).
Absorpčný prierez 2 34U tepelných neutrónov je 10 barnov a pre rezonančný integrál spriemerovaný na rôzne stredné neutróny 700 barnov. Preto sa v tepelných neutrónových reaktoroch mení na štiepny 235U rýchlejším tempom ako oveľa viac 238U (s prierezom 2,7 barna) na 2 s9Pu. Výsledkom je, že VJP obsahuje menej 234 U ako čerstvé palivo.
Urán-235 patrí do rodiny 4P + 3, je schopný vyvolať štiepnu reťazovú reakciu. Ide o prvý izotop, na ktorom bola objavená reakcia núteného štiepenia jadier pôsobením neutrónov. Absorbovaním neutrónu prechádza 235U do 2 zbi, ktoré sú rozdelené na dve časti, pričom uvoľňujú energiu a vyžarujú niekoľko neutrónov. Štiepny neutrónmi akejkoľvek energie, schopný spontánneho štiepenia, izotop 2 35U je súčasťou prírodného utánu (0,72 %), a-emitor (energie 4,397 (57 %) a 4,367 (18 %) MeV), Ti/j=7,038-tých 8 rokov, materské nuklidy 2 35Pa, 2 35Np a 2 39Pu, dcérska - 23"Th. Intenzita samovoľného štiepenia 2 3su 0,16 dielikov/s kg. Štiepením jedného 2 35U jadra sa uvoľní 200 MeV energie = 3,2 Yu p J, t.j. 18 TJ/mol = 77 TJ/kg. Prierez štiepenia tepelnými neutrónmi je 545 barnov a rýchlymi neutrónmi - 1,22 barnov, výťažok neutrónov: na štiepnu udalosť - 2,5, na absorbovaný neutrón - 2,08.
Komentujte. Prierez zachytávania pomalých neutrónov na vytvorenie izotopu 2 si (10 barn), takže celkový absorpčný prierez pomalých neutrónov je 645 barn.
- - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť 7*10~9%);
- - rozpad klastra za vzniku nuklidov 2 °Ne, 2 5Ne a 28 Mg (pravdepodobnosti sú 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ",0%):
Ryža. jeden.
Jediný známy izomér je 2 35n»u (7/ 2 = 26 min).
Špecifická aktivita 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Kritická hmotnosť uránu na zbrane (93,5% 2 35U) pre guľu s reflektorom je 15-7-23 kg.
Fission 2 » 5U sa používa v atómových zbraniach, na výrobu energie a na syntézu dôležitých aktinoidov. Reťazová reakcia je udržiavaná vďaka prebytku neutrónov vznikajúcich pri štiepení 2 35C.
Urán-236 vyskytuje sa na Zemi v prírode v stopových množstvách (na Mesiaci je to viac), a-emitor (?
Ryža. 2. Rádioaktívna rodina 4/7+2 (vrátane -3 8 a).
V atómovom reaktore 233 absorbuje tepelný neutrón, potom sa štiepi s pravdepodobnosťou 82% a emituje y-kvantum s pravdepodobnosťou 18% a mení sa na 236 a . V malých množstvách je súčasťou čerstvého paliva; sa hromadí pri ožarovaní uránu neutrónmi v reaktore, a preto sa používa ako „signalizačné zariadenie“ VJP. 2 h b a vzniká ako vedľajší produkt pri separácii izotopov plynnou difúziou pri regenerácii použitého jadrového paliva. 236 U vyrobených v energetickom reaktore je neutrónový jed, jeho prítomnosť v jadrovom palive je kompenzovaná vysokou úrovňou obohatenia 2 35U.
2b a používa sa ako indikátor miešania pre oceánske vody.
urán-237,T&= 6,75 dňa, beta a gama žiarič, možno získať jadrovými reakciami:
Detekcia 287 a vykonaná pozdĺž liniek s eu= o.v MeV (36 %), 0,114 MeV (0,06 %), 0,165 MeV (2,0 %), 0,208 MeV (23 %)
237U sa používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom výskume. Meranie koncentrácie (2 4°Am) v spade z testu atómovej zbrane poskytuje cenné informácie o type nálože a použitom zariadení.
Urán-238- patrí do rodiny 4P + 2, štiepny s vysokoenergetickými neutrónmi (viac ako 1,1 MeV), schopný samovoľného štiepenia, tvorí základ prírodného uránu (99,27 %), a-emitor, 7'; /2=4>468-109 rokov, priamo sa rozkladá na 2 34Th, tvorí množstvo geneticky príbuzných rádionuklidov a po 18 produktoch sa mení na 206 Pb. Čistý 2 3 8 U má špecifickú rádioaktivitu 1,22-104 Bq. Polčas rozpadu je veľmi dlhý - asi 10 16 rokov, takže pravdepodobnosť štiepenia vo vzťahu k hlavnému procesu - emisii a-častice - je len 10 "7. Jeden kilogram uránu dáva iba 10 spontánnych štiepení na druhá a za rovnaký čas a-častica emituje 20 miliónov jadier Rodičovské nuklidy: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, dcéra T,/ 2 = 2 :i 4 th.
Urán-238 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:
2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Zo sekundárnych minerálov je bežný hydratovaný fosforečnan vápenatý Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Často je urán v mineráloch sprevádzaný ďalšími užitočnými prvkami - titánom. , tantal, vzácne zeminy. Preto je prirodzené snažiť sa o komplexné spracovanie rúd s obsahom uránu.
Základné fyzikálne vlastnosti uránu: atómová hmotnosť 238,0289 am.u. (g/mol); atómový polomer 138 pm (1 pm = 12 m); ionizačná energia (prvý elektrón 7,11 eV; elektronická konfigurácia -5f36d‘7s 2; oxidačné stavy 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t 1 = 3818°; hustota 19,05; merná tepelná kapacita 0,115 JDKmol); pevnosť v ťahu 450 MPa, skupenské teplo topenia 12,6 kJ/mol, vyparovacie teplo 417 kJ/mol, merná tepelná kapacita 0,115 J/(mol-K); molárny objem 12,5 cm3/mol; charakteristická Debyeova teplota © D = 200K, teplota prechodu do supravodivého stavu je 0,68K.
Urán je ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, pružná, má mierne paramagnetické vlastnosti a v práškovom stave je samozápalná. Urán má tri alotropné formy: alfa (rombický, a-U, mriežkové parametre 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilný do 667,7°), beta (tetragonálny, p-U, stabilný od 667,7 do 774,8°), gama (s kubickou mriežkou centrovanou na telo, y-U, existujúci od 774,8° do bodov topenia, frm= ii34 0), pri ktorej je urán najviac tvárny a vhodný na spracovanie.
Pri izbovej teplote je rombická a-fáza stabilná, prizmatická štruktúra pozostáva z vlnitých atómových vrstiev rovnobežných s rovinou abc, v extrémne asymetrickej hranolovej mriežke. V rámci vrstiev sú atómy tesne spojené, pričom sila väzieb medzi atómami susedných vrstiev je oveľa slabšia (obr. 4). Táto anizotropná štruktúra sťažuje tavenie uránu s inými kovmi. Len molybdén a niób vytvárajú zliatiny v tuhom stave s uránom. Kovový urán však môže interagovať s mnohými zliatinami a vytvárať intermetalické zlúčeniny.
V intervale 668 ^ 775 ° sa nachádza (3-uránová. mriežka tetragonálneho typu má vrstvenú štruktúru s vrstvami rovnobežnými s rovinou ab v pozíciách 1/4С, 1/2 s a 3/4C základná bunka. Pri teplotách nad 775° vzniká y-urán s kubickou mriežkou centrovanou na telo. Prídavok molybdénu umožňuje mať y-fázu pri izbovej teplote. Molybdén tvorí s y-uránom širokú škálu tuhých roztokov a stabilizuje y-fázu pri izbovej teplote. y-Urán je oveľa mäkší a tvárnejší ako krehké a- a (3-fázové.
Neutrónové ožarovanie má významný vplyv na fyzikálne a mechanické vlastnosti uránu, spôsobuje zväčšenie veľkosti vzorky, zmenu tvaru, ako aj prudké zhoršenie mechanických vlastností (tečenie, krehnutie) uránových blokov počas prevádzka jadrového reaktora. Nárast objemu je spôsobený akumuláciou uránu pri štiepení nečistôt prvkov s nižšou hustotou (prekl. 1% urán na fragmentačné prvky zväčšuje objem o 3,4 %).
Ryža. 4. Niektoré kryštálové štruktúry uránu: a - a-urán, b - p-urán.
Najbežnejšími spôsobmi získavania uránu v kovovom stave sú redukcia ich fluoridov alkalickými kovmi alebo kovmi alkalických zemín alebo elektrolýza tavenín ich solí. Urán možno získať aj metalotermickou redukciou z karbidov volfrámom alebo tantalom.
Schopnosť ľahko darovať elektróny určuje redukčné vlastnosti uránu a jeho vysokú chemickú aktivitu. Urán môže interagovať s takmer všetkými prvkami, okrem vzácnych plynov, pričom nadobúda oxidačné stavy +2, +3, +4, +5, +6. V riešení je hlavná valencia 6+.
Kovový urán, ktorý rýchlo oxiduje na vzduchu, je pokrytý dúhovým filmom oxidu. Jemný prášok uránu sa na vzduchu samovoľne vznieti (pri teplotách 1504-175°), tvorí a;) Ov. Pri 1000° sa urán spája s dusíkom za vzniku žltého nitridu uránu. Voda je schopná reagovať s kovom pomaly pri nízkych teplotách a rýchlo pri vysokých teplotách. Urán prudko reaguje s vriacou vodou a parou a uvoľňuje vodík, ktorý tvorí s uránom hydrid.
Táto reakcia je intenzívnejšia ako spaľovanie uránu v kyslíku. Takáto chemická aktivita uránu si vyžaduje ochranu uránu v jadrových reaktoroch pred kontaktom s vodou.
Urán sa rozpúšťa v kyseline chlorovodíkovej, dusičnej a iných kyselinách, pričom vytvára soli U(IV), ale neinteraguje s alkáliami. Urán vytláča vodík z anorganických kyselín a soľných roztokov kovov, ako je ortuť, striebro, meď, cín, platina a zlato. Pri silnom trasení začnú kovové častice uránu žiariť.
Vlastnosti štruktúry elektrónových obalov atómu uránu (prítomnosť ^/-elektrónov) a niektoré jeho fyzikálno-chemické vlastnosti slúžia ako základ pre klasifikáciu uránu ako aktinidu. Existuje však chemická analógia medzi uránom a Cr, Mo a W. Urán je vysoko reaktívny a reaguje so všetkými prvkami okrem vzácnych plynov. V pevnej fáze sú príkladmi U(VI) oxid uranyl U03 a chlorid uranyl U02C12. Chlorid uraničitý UC1 4 a oxid uraničitý U0 2
Príklady U(IV). Látky obsahujúce U(IV) sú zvyčajne nestabilné a po dlhšom vystavení vzduchu sa stávajú šesťmocnými.
V systéme urán-kyslík je inštalovaných šesť oxidov: UO, U0 2, U 4 0 9 a 3 Ov, U0 3 . Vyznačujú sa širokou oblasťou homogénnosti. U02 je zásaditý oxid, zatiaľ čo U03 je amfotérny. U0 3 - interaguje s vodou za vzniku množstva hydrátov, z ktorých najdôležitejšie sú kyselina diurónová H 2 U 2 0 7 a kyselina uránová H 2 1U 4. S alkáliami U0 3 tvorí soli týchto kyselín - uranáty. Keď sa U03 rozpustí v kyselinách, vytvoria sa soli s dvojitým nábojom uranylového katiónu U02a+.
Oxid uraničitý U02 má stechiometrické zloženie hnedej farby. Keď sa obsah kyslíka v oxide zvyšuje, farba sa mení z tmavohnedej na čiernu. Kryštalická štruktúra typu CaF 2, a = 0,547 nm; hustota 10,96 g/cm* (najvyššia hustota spomedzi oxidov uránu). T , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Oxid uraničitý je polovodič s dierovou vodivosťou, silný paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Nerozpúšťajme vo vode. Pri teplote -200° pridáva kyslík, pričom dosahuje zloženie U0 2>25.
Oxid uránový (IV) možno získať reakciami:
Oxid uraničitý má iba zásadité vlastnosti, zodpovedá zásaditému hydroxidu U (OH) 4, ktorý sa následne mení na hydratovaný hydroxid U0 2 H 2 0. Oxid uraničitý sa v neprítomnosti vzdušného kyslíka pomaly rozpúšťa v silných neoxidačných kyselinách za vzniku W + ióny:
U02 + 2H2S04 ->U(S04)2 + 2H20. (38)
Je rozpustný v koncentrovaných kyselinách a rýchlosť rozpúšťania sa môže výrazne zvýšiť pridaním iónu fluóru.
Po rozpustení v kyseline dusičnej vzniká uranylový ión 1U 2 2+:
Triuran octoxide U 3 0s (oxid uránu) - prášok, ktorého farba sa mení od čiernej po tmavozelenú; pri silnom drvení - olivovozelená farba. Veľké čierne kryštály zanechávajú na porceláne zelené ťahy. Sú známe tri kryštalické modifikácie U30 h: a-U3C>8 - kosoštvorcová kryštálová štruktúra (šp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - kosoštvorcová kryštálová štruktúra (priestorová grupa Stst; 0 = 0,705 nm; 6 = 1,172 nm; 0 = 0,829 nm. Začiatok rozkladu je 100 ° (ide na 110 2), MPC = 0,075 mg / m3.
U3C>8 možno získať reakciou:
Kalcináciou U02, U02 (N03)2, U02 C2043H20, U04-2H20 alebo (NH4)2U207 pri 750 °C na vzduchu alebo v kyslíkovej atmosfére ( p = 150 + 750 mm Hg) prijímajú stechiometricky čistý U 3 08.
Keď sa U 3 0s kalcinuje pri T > 100°, zníži sa na 110 2, avšak po ochladení na vzduchu sa vráti na U 3 0s. U 3 0e sa rozpúšťa len v koncentrovaných silných kyselinách. V kyseline chlorovodíkovej a sírovej vzniká zmes U(IV) a U(VI) a v kyseline dusičnej vzniká dusičnan uranyl. Zriedená kyselina sírová a chlorovodíková reagujú s U 3 Os aj pri zahrievaní veľmi slabo, pridanie oxidačných činidiel (kyselina dusičná, pyrolusit) prudko zvyšuje rýchlosť rozpúšťania. Koncentrovaná H2S04 rozpúšťa U3Os za vzniku U(S04)2 a U02S04. Kyselina dusičná rozpúšťa U 3 Oe za vzniku dusičnanu uranylu.
Oxid uránový, U0 3 - kryštalická alebo amorfná látka jasne žltej farby. Reaguje s vodou. MPC \u003d 0,075 mg/m3.
Získava sa kalcináciou polyuranátu amónneho, peroxidu uránu, oxalátu uranylu pri 300-500 ° a hexahydrátu dusičnanu uranylu. V tomto prípade sa vytvorí oranžový prášok amorfnej štruktúry s hustotou
6,8 g/cm. Kryštalickú formu IO3 možno získať oxidáciou U308 pri teplotách 450°-750° v prúde kyslíka. Existuje šesť kryštalických modifikácií U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je hygroskopický a vo vlhkom vzduchu sa mení na hydroxid uranylu. ďalším zahrievaním na 6oo° je možné získať U 3 Os.
Vodík, amoniak, uhlík, alkalické kovy a kovy alkalických zemín redukujú U03 na U02. Prechodom zmesi plynov HF a NH3 vzniká UF4. V najvyššej valencii má urán amfotérne vlastnosti. Pôsobením kyselín U0 3 alebo jeho hydrátov vznikajú uranylové soli (U0 2 2+), sfarbené do žltozelena:
Väčšina uranylových solí je vysoko rozpustná vo vode.
S alkáliami pri tavení U0 3 tvorí soli kyseliny uránovej - uranáty MDKH,:
S alkalickými roztokmi tvorí oxid uraničitý soli polyuránových kyselín - polyuranáty dgM 2 0y110 3 pH^O.
Soli kyseliny uránovej sú vo vode prakticky nerozpustné.
Kyslé vlastnosti U(VI) sú menej výrazné ako tie zásadité.
Urán reaguje s fluórom pri izbovej teplote. Stabilita vyšších halogenidov klesá z fluoridov na jodidy. Fluoridy UF3, U4F17, U2F9 a UF4 sú neprchavé a UFe je prchavé. Najdôležitejšie z fluoridov sú UF 4 a UFe.
Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart v praxi:
Reakcia vo fluidnom lôžku sa uskutočňuje podľa rovnice:
Je možné použiť fluoračné činidlá: BrF 3, CC1 3 F (freón-11) alebo CC1 2 F 2 (freón-12):
Fluorid uránu (1U) UF 4 ("zelená soľ") - prášok od modrozelenej až po smaragdovú farbu. G 11L \u003d SW6 °; G na, ",. \u003d -1730°. DYa ° 298 = 1856 kJ / mol. Kryštalická štruktúra je jednoklonná (sp. gp C2/c; 0 = 1,273 nm; 5 = 1,075 nm; 0 = 0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; hustota 6,72 g / cm3. UF 4 je stabilná, neaktívna, neprchavá zlúčenina, zle rozpustná vo vode. Najlepším rozpúšťadlom pre UF 4 je dymivá kyselina chloristá HC10 4. Rozpúšťa sa v oxidačných kyselinách za vzniku uranylovej soli sa rýchlo rozpúšťa v horúcom roztoku Al(N0 3) 3 alebo A1C1 3, ako aj v roztoku kyseliny boritej okyslenej H 2 S0 4, HC10 4 alebo HC1 alebo kyseliny boritej. rozpúšťanie UF 4. Tvorí množstvo ťažko rozpustných podvojných solí s fluoridmi iných kovov (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 atď.) NH 4 UF 5 má priemyselný význam.
Fluorid U(IV) je medziproduktom pri príprave
UF6 aj kovový urán.
UF 4 možno získať reakciami:
alebo elektrolytickou redukciou fluoridu uranylu.
Hexafluorid uránu UFe - pri izbovej teplote kryštály slonoviny s vysokým indexom lomu. Hustota
5,09 g/cm3, hustota kvapalného UFe je 3,63 g/cm3. Lietajúce spojenie. Tvoag = 5^>5°> Gil = 64,5° (pod tlakom). Tlak nasýtených pár dosiahne atmosféru pri 560°. Entalpia tvorby AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Kryštálová štruktúra je kosoštvorcová (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. Z pevného stavu môže UF6 sublimovať z pevnej fázy (sublimovať) do plynu, pričom obchádza kvapalnú fázu v širokom rozsahu tlakov. Teplo sublimácie pri 50 0 50 kJ/mg. Molekula nemá dipólový moment, takže UF6 sa nespája. Pary UFr, - ideálny plyn.
Získava sa pôsobením fluóru na U jeho zlúčenín:
Okrem reakcií v plynnej fáze existujú aj reakcie v kvapalnej fáze.
získanie UF6 napríklad pomocou halogénfluoridov
Existuje spôsob, ako získať UF6 bez použitia fluóru - oxidáciou UF 4:
UFe nereaguje so suchým vzduchom, kyslíkom, dusíkom a CO 2, ale pri kontakte s vodou, dokonca aj so stopami, podlieha hydrolýze:
Interaguje s väčšinou kovov, vytvára ich fluoridy, čo komplikuje spôsoby jeho skladovania. Vhodné materiály nádob na prácu s UF6 sú: Ni, Monel a Pt pri zahrievaní, teflón, absolútne suchý kremeň a sklo, meď a hliník za studena. Pri teplotách 25 yuo 0 vytvára komplexné zlúčeniny s fluoridmi alkalických kovov a striebra typu 3NaFUFr>, 3KF2UF6.
Dobre sa rozpúšťa v rôznych organických kvapalinách, anorganických kyselinách a vo všetkých halogénfluoridoch. Inertné voči sušeniu 02, N2, C02, C12, Br2. UFr sa vyznačuje redukčnými reakciami s väčšinou čistých kovov. UF6 prudko reaguje s uhľovodíkmi a inými organickými látkami, takže uzavreté nádoby s UFe môžu explodovať. UF6 v rozsahu 25 - 100° tvorí komplexné soli s fluoridmi alkalických a iných kovov. Táto vlastnosť sa využíva v technológii na selektívnu extrakciu UF
Hydridy uránu UH2 a UH3 zaberajú medziľahlú polohu medzi hydridmi podobnými soli a hydridmi, ako sú tuhé roztoky vodíka v kove.
Keď urán reaguje s dusíkom, tvoria sa nitridy. V systéme U-N sú známe štyri fázy: UN (nitrid uránu), a-U 2 N 3 (sesquinitrid), p-U 2 N 3 a OSN If90. Nie je možné dosiahnuť zloženie UN 2 (dinitrid). Spoľahlivé a dobre kontrolované sú syntézy mononitridu uránu UN, ktoré sa najlepšie robia priamo z prvkov. Nitridy uránu sú práškové látky, ktorých farba sa mení od tmavosivej po sivú; vyzerať ako kov. UN má kubickú plošne centrovanú kryštálovú štruktúru, ako je NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabilný vo vákuu do 1700 0. Získava sa reakciou U alebo U hydridu s N 2 alebo NH 3 , rozklad vyšších nitridov U pri 1300 ° alebo ich redukcia kovovým uránom. U2N3 je známy v dvoch polymorfných modifikáciách: kubický a a hexagonálny p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), uvoľňuje N2 vo vákuu nad 8oo°. Získava sa redukciou UN 2 vodíkom. Dinitrid UN 2 sa syntetizuje reakciou U s N 2 pri vysokom tlaku N 2 . Nitridy uránu sú ľahko rozpustné v kyselinách a zásadách, ale rozkladajú sa roztavenými zásadami.
Nitrid uránu sa získava dvojstupňovou karbotermickou redukciou oxidu uránu:
Zahrievanie v argóne pri 7M450 0 počas 10 * 20 hodín
Pôsobením amoniaku na UF 4 pri vysokej teplote a tlaku je možné získať nitrid uránu so zložením blízkym dinitridu, UN 2 .
Dinitrid uránu sa pri zahrievaní rozkladá:
Nitrid uránu, obohatený o 235U, má vyššiu hustotu štiepenia, tepelnú vodivosť a bod topenia ako oxidy uránu, tradičné palivo moderných energetických reaktorov. Má tiež dobrú mechanickú stabilitu a prevyšuje tradičné palivo. Preto sa táto zlúčenina považuje za sľubný základ pre reaktory s rýchlymi neutrónmi na jadrové palivo (jadrové reaktory IV. generácie).
Komentujte. OSN je veľmi užitočné obohatiť sa o ‘5N, pretože ,4N má tendenciu zachytávať neutróny, pričom reakciou (n,p) vzniká rádioaktívny izotop 14C.
Karbid uránu UC 2 (?-fáza) je svetlošedá kryštalická látka s kovovým leskom. V systéme U-C (karbidy uránu) sú UC 2 (?-fáza), UC 2 (b 2-fáza), U 2 C 3 (e-fáza), UC (b 2-fáza) - karbidy uránu. Dikarbid uránu UC 2 možno získať reakciami:
U + 2C ^ UC 2 (54v)
Karbidy uránu sa používajú ako palivo pre jadrové reaktory, perspektívne sú ako palivo pre motory vesmírnych rakiet.
Uranylnitrát, uranylnitrát, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Úlohu kovu v tejto soli zohráva uranylový katión 2+. Žlté kryštály so zelenkastým leskom, ľahko rozpustné vo vode. Vodný roztok je kyslý. Rozpustný v etanole, acetóne a éteri, nerozpustný v benzéne, toluéne a chloroforme. Pri zahriatí sa kryštály topia a uvoľňujú HN0 3 a H 2 0. Kryštalický hydrát na vzduchu ľahko eroduje. Charakteristickou reakciou je, že pôsobením NH 3 vzniká žltá zrazenina urátu amónneho.
Urán je schopný vytvárať organické zlúčeniny kovov. Príkladmi sú cyklopentadienylové deriváty zloženia U(C5H5)4 a ich halogénované u(C5H5)3G alebo u(C5H5)2G2.
Vo vodných roztokoch je urán najstabilnejší v oxidačnom stave U(VI) vo forme uranylového iónu U0 2 2+. V menšej miere sa vyznačuje stavom U(IV), ale môže existovať aj vo forme U(III). Oxidačný stav U(V) môže existovať ako ión IO2+, ale tento stav sa zriedkavo pozoruje kvôli tendencii k disproporcionácii a hydrolýze.
V neutrálnych a kyslých roztokoch U(VI) existuje ako U0 2 2+ - žltý uranylový ión. Medzi dobre rozpustné uranylové soli patrí dusičnan U0 2 (N0 3) 2, síran U0 2 S0 4, chlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetát U0 2 (CH 3 C00) 2. Tieto soli sa izolujú z roztokov vo forme kryštalických hydrátov s rôznym počtom molekúl vody. Málo rozpustné soli uranylu sú: oxalát U0 2 C 2 0 4, fosforečnany U0 2 HP0., a UO2P2O4, fosforečnan amónny, uranylfosforečnan UO2NH4PO4, uranylvanadičnan sodný NaU02V04, ferokyanid (U02) 2. Uranylový ión sa vyznačuje tendenciou vytvárať komplexné zlúčeniny. Sú teda známe komplexy s fluórovými iónmi typu -, 4-; dusičnanové komplexy a 2*; síranové komplexy 2" a 4-; uhličitanové komplexy 4" a 2" atď. Pôsobením alkálií na roztoky uranylových solí sa uvoľňujú ťažko rozpustné zrazeniny diuranátov typu Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U0 4 monouranáty sa z roztokov neizolujú, získavajú sa fúziou oxidov uránu s alkáliami) Známe sú polyuranáty Me 2 U n 0 3 n+i (napríklad Na 2 U60i 9).
U(VI) sa redukuje v kyslých roztokoch na U(IV) železom, zinkom, hliníkom, hydrosiričitanom sodným a amalgámom sodným. Roztoky sú zafarbené na zeleno. Alkálie zrážajú hydroxid a z nich 0 2 (0H) 2, kyselina fluorovodíková - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, kyselina šťaveľová - šťavelan U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Tendencia k tvorbe komplexov v U. 4+ iónov menej ako uranylových iónov.
Urán (IV) v roztoku je vo forme U 4+ iónov, ktoré sú vysoko hydrolyzované a hydratované:
Hydrolýza je inhibovaná v kyslých roztokoch.
Urán (VI) v roztoku tvorí uranyloxokáciu - U0 2 2+ Je známych množstvo zlúčenín uranylu, ktorých príklady sú: 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, ZnU02 (CH3C00) 4 atď.
Počas hydrolýzy uranylového iónu vzniká množstvo viacjadrových komplexov:
Pri ďalšej hydrolýze sa objaví U30s (0H)2 a potom U308 (0H)42-.
Na kvalitatívnu detekciu uránu sa využívajú metódy chemickej, luminiscenčnej, rádiometrickej a spektrálnej analýzy. Chemické metódy sú založené najmä na tvorbe farebných zlúčenín (napríklad červeno-hnedá farba zlúčeniny s ferokyanidom, žltá s peroxidom vodíka, modrá s arzenázovým činidlom). Luminiscenčná metóda je založená na schopnosti mnohých zlúčenín uránu poskytnúť žltkasto-zelenkastú žiaru pôsobením UV lúčov.
Kvantitatívne stanovenie uránu sa vykonáva rôznymi metódami. Najdôležitejšie z nich sú: volumetrické metódy, spočívajúce v redukcii U(VI) na U(IV) s následnou titráciou roztokmi oxidačných činidiel; hmotnostné metódy - zrážanie uranátov, peroxid, U(IV) kupferranáty, oxychinolát, šťavelan atď. nasleduje ich kalcinácia pri 100° a vážení U 30s; polarografické metódy v roztoku dusičnanov umožňujú stanoviť 10 x 7 x 10-9 g uránu; početné kolorimetrické metódy (napríklad s H202 v alkalickom prostredí, s arzenázovým činidlom v prítomnosti EDTA, s dibenzoylmetánom, vo forme tiokyanátového komplexu atď.); luminiscenčná metóda, ktorá umožňuje určiť pri fúzii s NaF k ty 11 g uránu.
235U patrí do skupiny A radiačného nebezpečenstva, minimálna významná aktivita MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 a - do skupiny D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).