اليورانيوم: ماهيته وخصائصه وتطبيقاته

اليورانيوم عنصر كيميائي في الجدول الدوري يمثله الرمز U الذي يبلغ العدد الذري 92 وينتمي إلى عائلة الأكتينيد.

إنه العنصر الذي يحتوي على أثقل نواة ذرية في الطبيعة.

أشهر نظائر اليورانيوم هي: ²³⁴يو ²³⁵هاه ²³⁸يو.

بسبب النشاط الإشعاعي لهذا المعدن ، فإن تطبيقه الرئيسي هو في توليد الطاقة النووية من خلال انشطار جوهره. علاوة على ذلك ، يستخدم اليورانيوم في تأريخ الصخور والأسلحة النووية.

موقع اليورانيوم في الجدول الدوري

خصائص اليورانيوم

• إنه عنصر مشع.
• معدن كثيف ذو صلابة عالية.
• مطيل وقابل للطرق.
• لونه رمادي فضي.
• يوجد بكثرة في الحالة الصلبة.
• ذرته غير مستقرة للغاية ويمكن أن يتفكك 92 بروتونًا في النواة ويشكل عناصر كيميائية أخرى.

خصائص اليورانيوم

الخصائص الفيزيائية

كثافة	18.95 جم / سم^3
نقطة الانصهار	1135 درجة مئوية
نقطة الغليان	4131 درجة مئوية
صلابة	6.0 (مقياس موس)

الخواص الكيميائية

تصنيف	معدن انتقالي داخلي
كهرسلبية	1,7
طاقة التأين	6.194 فولت
الأكسدة	+3, +4, +5 ,+6

أين يوجد اليورانيوم؟

في الطبيعة ، يوجد اليورانيوم بشكل أساسي في شكل خامات. لاستكشاف احتياطيات هذا المعدن ، يتم دراسة المحتوى الحالي للعنصر ومدى توافر التكنولوجيا للقيام بالاستخراج والاستغلال.

خامات اليورانيوم

بسبب سهولة تفاعله مع الأكسجين الموجود في الهواء ، يوجد اليورانيوم عادة على شكل أكاسيد.

ركاز	تكوين
بيتشبلند	يو3ا8
يورانينيت	ou2

اليورانيوم في العالم

يمكن العثور على اليورانيوم في أجزاء عديدة من العالم ، حيث يتم وصفه بأنه خام شائع لوجوده في معظم الصخور.

توجد أكبر احتياطيات من اليورانيوم في البلدان التالية: أستراليا وكازاخستان وروسيا وجنوب إفريقيا وكندا والولايات المتحدة والبرازيل.

اليورانيوم في البرازيل

على الرغم من عدم توقع كل الأراضي البرازيلية ، احتلت البرازيل المركز السابع في الترتيب العالمي لاحتياطيات اليورانيوم.

الاحتياطيات الرئيسية هما Caetité (BA) و Santa Quitéria (CE).

نظائر اليورانيوم

النظائر	الوفرة النسبية	نصف عمر	النشاط الإشعاعي
اليورانيوم 238	99,27 %	4،510،000،000 سنة	12455 بيكريل^-1
اليورانيوم 235	0,72 %	713.000.000 سنة	80.011 بيكريل^-1
اليورانيوم - 234	0,006 %	247000 سنة	231 × 10^6 بيكريل^-1

نظرًا لأنه نفس العنصر الكيميائي ، فإن جميع النظائر تحتوي على 92 بروتونًا في النواة ، وبالتالي لها نفس الخصائص الكيميائية.

على الرغم من أن النظائر الثلاثة لها نشاط إشعاعي ، إلا أن النشاط الإشعاعي يختلف لكل منها. يعتبر اليورانيوم 235 فقط مادة قابلة للانشطار ، وبالتالي فهو مفيد في إنتاج الطاقة النووية.

سلسلة اليورانيوم المشعة

يمكن لنظائر اليورانيوم أن تتعرض للاضمحلال الإشعاعي وتولد عناصر كيميائية أخرى. ما يحدث هو تفاعل متسلسل حتى يتشكل عنصر مستقر وتتوقف التحولات.

في المثال التالي ، ينتهي الانحلال الإشعاعي لليورانيوم -235 بالرصاص 207 باعتباره العنصر الأخير في السلسلة.

هذه العملية مهمة في تحديد عمر الأرض من خلال قياس كمية الرصاص ، العنصر الأخير في السلسلة المشعة ، في بعض الصخور المحتوية على اليورانيوم.

تاريخ اليورانيوم

تم اكتشافه في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني مارتن كلابروث ، الذي أطلق عليه اسمه تكريما لكوكب أورانوس ، الذي تم اكتشافه أيضًا في هذه الفترة.

في عام 1841 ، تم عزل اليورانيوم لأول مرة بواسطة الكيميائي الفرنسي يوجين-ملكيور بيليغو من خلال تفاعل اختزال لرابع كلوريد اليورانيوم (UCl).₄) باستخدام البوتاسيوم.

فقط في عام 1896 ، اكتشف العالم الفرنسي هنري بيكريل أن هذا العنصر له نشاط إشعاعي عند إجراء تجارب على أملاح اليورانيوم.

تطبيقات اليورانيوم

الطاقة النووية

مخطط تشغيل محطة للطاقة النووية

اليورانيوم مصدر طاقة بديل لأنواع الوقود الموجودة.

يعود استخدام هذا العنصر لتنويع مصفوفة الطاقة إلى زيادة أسعار النفط والغاز ، بالإضافة إلى الاهتمام البيئي بإطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون.₂ في الغلاف الجوي وتأثيرات الاحتباس الحراري.

يتم إنتاج الطاقة من خلال انشطار نواة اليورانيوم 235. يتم إنتاج تفاعل متسلسل بطريقة مضبوطة ومن التحولات العديدة التي تمر بها الذرة ، هناك إطلاق للطاقة التي تحرك نظام توليد البخار.

يتحول الماء إلى بخار عند استقباله للطاقة على شكل حرارة ويتسبب في تحرك توربينات النظام وتوليد الطاقة الكهربائية.

تحويل اليورانيوم إلى طاقة

الطاقة المنبعثة من اليورانيوم تأتي من الانشطار النووي. عندما يتم كسر نواة أكبر ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في تكوين نوى أصغر.

في هذه العملية ، هناك تفاعل متسلسل يبدأ بضرب نيوترون بنواة كبيرة ويقسمها إلى نواتين أصغر. ستؤدي النيوترونات المنبعثة في هذا التفاعل إلى انشطار النوى الأخرى.

عندما ضربه نيوترون ، ينقسم اليورانيوم 235 إلى نواتين أصغر ويطلق 3 نيوترونات.

الطاقة المنبعثة في هذا التفاعل هي 2.10¹⁰ كيلوجول / مول. في احتراق الإيثانول ، تبلغ الطاقة المنبعثة 98 كيلوجول / مول. بالنظر إلى هذا ، يمكننا أن نرى حجم هذه العملية ، التي تبلغ طاقتها المنتجة عمليًا تريليون مرة أكبر من تفاعل الاحتراق.

الطاقة النووية في البرازيل

تمتلك البرازيل محطتين نوويتين تستخدمان اليورانيوم المخصب. تقع في بلدية أنجرا دوس ريس (RJ).

وفقًا لشركة Eletronuclear ، الشركة التي تشغل مصانع الطاقة الحرارية في البرازيل ، تمتلك Angra 1 القدرة على توليد 657 ميغاواط من الكهرباء ، بينما تستطيع Angra 2 توليد 1350 ميغاواط كهربائي.

التأريخ الإشعاعي

أصل عناصر جديدة من عنصر مشع

في التأريخ الإشعاعي ، تُقاس الانبعاثات المشعة وفقًا للعنصر المتولد في الاضمحلال الإشعاعي.

بمعرفة عمر النصف للنظير ، من الممكن تحديد عمر المادة عن طريق حساب مقدار الوقت الذي استغرقه تكوين المنتج الموجود.

تُستخدم نظائر اليورانيوم 238 واليورانيوم 235 لتقدير عمر الصخور النارية وأنواع أخرى من التأريخ الإشعاعي.

قنبلة ذرية

إطلاق الطاقة في القنبلة الذرية

في الحرب العالمية الثانية تم استخدام القنبلة الذرية الأولى ، والتي تحتوي على عنصر اليورانيوم.

مع نظير اليورانيوم 235 ، بدأ تفاعل متسلسل من انشطار النواة ، والذي أدى في جزء من الثانية إلى انفجار بسبب كمية الطاقة القوية للغاية المنبعثة.

تحقق من المزيد من النصوص حول هذا الموضوع:

• مشروع مانهاتن
• قنبلة هيدروجينية
• الاندماج النووي
• النفايات النووية