Ουράνιο: τι είναι, χαρακτηριστικά και εφαρμογές

Το ουράνιο είναι ένα χημικό στοιχείο στον Περιοδικό Πίνακα που αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο U, του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι 92 και ανήκει στην οικογένεια των ακτινιδών.

Είναι το στοιχείο με τον βαρύτερο ατομικό πυρήνα στη φύση.

Τα πιο γνωστά ισότοπα ουρανίου είναι: ²³⁴Ε, ²³⁵Ναι ²³⁸ΗΠΑ

Λόγω της ραδιενέργειας αυτού του μετάλλου, η κύρια εφαρμογή του είναι στην παραγωγή πυρηνικής ενέργειας μέσω της σχάσης του πυρήνα του. Επιπλέον, το ουράνιο χρησιμοποιείται σε ροκ χρονολόγηση και πυρηνικά όπλα.

Ουράνιο — Θέση ουρανίου στον περιοδικό πίνακα

Χαρακτηριστικά ουρανίου

Είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο.
Πυκνό μέταλλο υψηλής σκληρότητας.
Όλκιμο και εύπλαστο.
Το χρώμα του είναι ασημί γκρι.
Βρίσκεται άφθονα σε στερεά κατάσταση.
Το άτομο του είναι εξαιρετικά ασταθές και τα 92 πρωτόνια στον πυρήνα μπορούν να αποσυντεθούν και να σχηματίσουν άλλα χημικά στοιχεία.

Ιδιότητες ουρανίου

Φυσικές ιδιότητες

Πυκνότητα	18,95 g / cm³
Σημείο σύντηξης	1135 ° C
Σημείο βρασμού	4131 ° C
Σκληρότητα	6.0 (κλίμακα Mohs)

instagram story viewer

Χημικές ιδιότητες

Ταξινόμηση	Εσωτερικό μεταβατικό μέταλλο
ηλεκτροαρνητικότητα	1,7
Ενέργεια ιονισμού	6.194 eV
Κράτη οξείδωσης	+3, +4, +5 ,+6

Πού βρίσκεται το ουράνιο;

Στη φύση, το ουράνιο βρίσκεται κυρίως με τη μορφή μεταλλευμάτων. Για να εξερευνήσετε τα αποθέματα αυτού του μετάλλου, μελετάται το παρόν περιεχόμενο του στοιχείου και η διαθεσιμότητα τεχνολογίας για την εξόρυξη και εκμετάλλευση.

Μεταλλεύματα ουρανίου

Λόγω της ευκολίας αντίδρασης με οξυγόνο στον αέρα, το ουράνιο βρίσκεται συνήθως με τη μορφή οξειδίων.

Μετάλλευμα	Σύνθεση
πίσσα	Ε₃Ο₈
Ουρανινίτης	ε₂

ουράνιο στον κόσμο

Το ουράνιο μπορεί να βρεθεί σε πολλά μέρη του κόσμου, χαρακτηριζόμενο ως ένα κοινό μετάλλευμα που υπάρχει στα περισσότερα βράχια.

Τα μεγαλύτερα αποθέματα ουρανίου βρίσκονται στις ακόλουθες χώρες: Αυστραλία, Καζακστάν, Ρωσία, Νότια Αφρική, Καναδάς, Ηνωμένες Πολιτείες και Βραζιλία.

Ουράνιο στη Βραζιλία

Αν και δεν έχει προβλεφθεί όλο το έδαφος της Βραζιλίας, η Βραζιλία κατέλαβε την έβδομη θέση στην παγκόσμια κατάταξη των αποθεμάτων ουρανίου.

Τα δύο κύρια αποθέματα είναι το Caetité (BA) και το Santa Quitéria (CE).

Ισότοπα ουρανίου

Ισότοπο	ΣΧΕΤΙΚΗ ΑΦΘΟΝΙΑ	χρόνος ημιζωής	ραδιενεργή δραστηριότητα
Ουράνιο-238	99,27 %	4.510.000.000 χρόνια	12,455 Bq.g^-1
Ουράνιο-235	0,72 %	713.000.000 χρόνια	80.011 Bq.g^-1
Ουράνιο-234	0,006 %	247.000 χρόνια	231 x 10⁶ Bq.g^-1

Επειδή είναι το ίδιο χημικό στοιχείο, όλα τα ισότοπα έχουν 92 πρωτόνια στον πυρήνα και, κατά συνέπεια, τις ίδιες χημικές ιδιότητες.

Αν και τα τρία ισότοπα έχουν ραδιενέργεια, η ραδιενεργή δραστηριότητα είναι διαφορετική για καθένα από αυτά. Μόνο το ουράνιο-235 είναι ένα σχάσιμο υλικό και, επομένως, χρήσιμο στην παραγωγή πυρηνικής ενέργειας.

Ραδιενεργές σειρές ουρανίου

Τα ισότοπα ουρανίου μπορούν να υποστούν ραδιενεργό διάσπαση και να δημιουργήσουν άλλα χημικά στοιχεία. Αυτό που συμβαίνει είναι μια αλυσιδωτή αντίδραση μέχρι να σχηματιστεί ένα σταθερό στοιχείο και να σταματήσουν οι μετασχηματισμοί.

Στο ακόλουθο παράδειγμα, η ραδιενεργή διάσπαση του ουρανίου-235 τελειώνει με το μόλυβδο-207 να είναι το τελευταίο στοιχείο της σειράς.

Αυτή η διαδικασία είναι σημαντική για τον προσδιορισμό της ηλικίας της Γης μετρώντας την ποσότητα μολύβδου, το τελευταίο στοιχείο της ραδιενεργής σειράς, σε συγκεκριμένους βράχους που περιέχουν ουράνιο.

Ιστορία του ουρανίου

Η ανακάλυψή του πραγματοποιήθηκε το 1789 από τον Γερμανό χημικό Martin Klaproth, ο οποίος του έδωσε το όνομά του προς τιμήν του πλανήτη Ουρανός, που ανακάλυψε επίσης αυτήν την περίοδο.

Το 1841, το ουράνιο απομονώθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο χημικό Eugène-Melchior Péligot μέσω αντίδρασης μείωσης του τετραχλωριούχου ουρανίου (UCl).₄) χρησιμοποιώντας κάλιο.

Μόνο το 1896, ο Γάλλος επιστήμονας Henri Becquerel ανακάλυψε ότι αυτό το στοιχείο είχε ραδιενέργεια κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων με άλατα ουρανίου.

Εφαρμογές ουρανίου

Πυρηνική ενέργεια

Πυρηνικό εργοστάσιο — Λειτουργικό σχέδιο πυρηνικού σταθμού

Το ουράνιο είναι μια εναλλακτική πηγή ενέργειας για τα υπάρχοντα καύσιμα.

Η χρήση αυτού του στοιχείου για τη διαφοροποίηση του ενεργειακού πίνακα οφείλεται στην αύξηση της τιμής του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, εκτός από την περιβαλλοντική ανησυχία με την απελευθέρωση CO₂ στην ατμόσφαιρα και το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Η παραγωγή ενέργειας πραγματοποιείται μέσω της σχάσης του πυρήνα ουρανίου-235. Μια αλυσιδωτή αντίδραση παράγεται με ελεγχόμενο τρόπο και από τους πολυάριθμους μετασχηματισμούς που υφίσταται το άτομο, υπάρχει η απελευθέρωση ενέργειας που κινεί ένα σύστημα παραγωγής ατμού.

Το νερό μετατρέπεται σε ατμό όταν λαμβάνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας και αναγκάζει τους στροβίλους του συστήματος να κινούνται και να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Μετατροπή ουρανίου σε ενέργεια

Η ενέργεια που απελευθερώνεται από το ουράνιο προέρχεται από την πυρηνική σχάση. Όταν ένας μεγαλύτερος πυρήνας σπάει, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας στο σχηματισμό μικρότερων πυρήνων.

Σε αυτήν τη διαδικασία, υπάρχει μια αλυσιδωτή αντίδραση που ξεκινά με ένα νετρόνιο που χτυπά έναν μεγάλο πυρήνα και το διασπά σε δύο μικρότερους πυρήνες. Τα νετρόνια που απελευθερώνονται σε αυτήν την αντίδραση θα προκαλέσουν τη σχάση άλλων πυρήνων.

ευθεία U με 92 προεγγραφή με 235 χώρο προεγγραφέα συν ευθεία n χώρο με 0 προεγγραφή με 1 χώρο προεγγραφέα δεξί βέλος Χώρος Ba με 56 προ-συνδρομητής με 141 προ-επιγραφικό χώρο συν Kr διάστημα με 36 προ-συνδρομητής με 92 προ-επιγραφικό χώρο συν 3 ευθείες ν με 0 προ-συνδρομητής με 1 προ-εκθέτης

Όταν χτυπήθηκε από ένα νετρόνιο, το ουράνιο-235 χωρίστηκε σε δύο μικρότερους πυρήνες και απελευθέρωσε 3 νετρόνια.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτήν την αντίδραση είναι 2,10¹⁰ kJ / mol. Στην καύση αιθανόλης, η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι 98 kJ / mol. Δεδομένου αυτού, μπορούμε να δούμε το μέγεθος αυτής της διαδικασίας, της οποίας η ενέργεια που παράγεται είναι ουσιαστικά ένα τρισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από μια αντίδραση καύσης.

Πυρηνική ενέργεια στη Βραζιλία

Η Βραζιλία διαθέτει δύο πυρηνικούς σταθμούς που χρησιμοποιούν εμπλουτισμένο ουράνιο. Βρίσκονται στο δήμο Angra dos Reis (RJ).

Σύμφωνα με την Eletronuclear, την εταιρεία που λειτουργεί θερμοπυρηνικούς σταθμούς στη Βραζιλία, η Angra 1 έχει ικανότητα παραγωγής 657 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ η Angra 2 μπορεί να παράγει 1.350 μεγαβάτ ηλεκτρικός.

ραδιομετρική χρονολόγηση

Πυρηνική διάσπαση — Προέλευση νέων στοιχείων από ραδιενεργό στοιχείο

Στη ραδιομετρική χρονολόγηση, οι ραδιενεργές εκπομπές μετρώνται σύμφωνα με το στοιχείο που παράγεται στη ραδιενεργή διάσπαση.

Γνωρίζοντας τον χρόνο ημιζωής του ισότοπου, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ηλικία του υλικού υπολογίζοντας πόσο χρόνο χρειάστηκε για να σχηματιστεί το προϊόν που βρέθηκε.

Τα ισότοπα ουρανίου-238 και ουρανίου-235 χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της ηλικίας των πυριγενών πετρωμάτων και άλλων τύπων ραδιομετρικών χρονολογιών.

Ατομική βόμβα

Στο Δεύτερος Παγκόσμιος πόλεμος χρησιμοποιήθηκε η πρώτη ατομική βόμβα, η οποία περιείχε το στοιχείο ουράνιο.

Με το ισότοπο ουρανίου-235 ξεκίνησε μια αλυσιδωτή αντίδραση από τη σχάση του πυρήνα, η οποία σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, προκάλεσε έκρηξη λόγω της εξαιρετικά ισχυρής ποσότητας ενέργειας που απελευθερώνεται.

Δείτε περισσότερα κείμενα σχετικά με το θέμα: