Uraan: mis see on, omadused ja rakendused

Uraan on perioodilise tabeli keemiline element, mida tähistab sümbol U, mille aatomnumber on 92 ja kuulub aktiiniidide perekonda.

See on looduses kõige raskema aatomituumaga element.

Tuntumad uraani isotoopid on: ²³⁴U, ²³⁵Ah ²³⁸U.

Selle metalli radioaktiivsuse tõttu on selle peamine rakendus tuumaenergia tootmisel tuuma lõhustumise kaudu. Lisaks kasutatakse uraani kivimite dateerimisel ja tuumarelvastuses.

Uraani paiknemine perioodilisustabelis

Uraani omadused

• See on radioaktiivne element.
• Kõva karedusega tihe metall.
• Kõrgtugev ja vormitav.
• Selle värv on hõbehall.
• Seda leidub külluses tahkes olekus.
• Selle aatom on väga ebastabiilne ja tuumas olevad 92 prootonit võivad laguneda ja moodustada muid keemilisi elemente.

Uraani omadused

Füüsikalised omadused

Tihedus	18,95 g / cm^3
Sulandumispunkt	1135 ° C
Keemispunkt	4131 ° C
Sitkus	6,0 (Mohsi skaala)

Keemilised omadused

Klassifikatsioon	Sisemine siirdemetall
elektronegatiivsus	1,7
Ionisatsioonienergia	6.194 eV
Oksüdatsiooniastmed	+3, +4, +5 ,+6

Kust on leitud uraani?

Looduses leidub uraani peamiselt maagidena. Selle metalli varude uurimiseks uuritakse elemendi praegust sisu ja kaevandamise ning kasutamise tehnoloogia kättesaadavust.

Uraanimaagid

Tänu hõlpsale reageerimisele õhus oleva hapnikuga leidub uraani tavaliselt oksiididena.

Maak	Kompositsioon
pigblende	U3O8
Uraniniit	ou2

uraani maailmas

Uraani võib leida mitmest maailma otsast, seda iseloomustatakse tavalise maagina, kuna seda leidub enamikus kivimites.

Suurimad uraanivarud asuvad järgmistes riikides: Austraalias, Kasahstanis, Venemaal, Lõuna-Aafrikas, Kanadas, Ameerika Ühendriikides ja Brasiilias.

Uraan Brasiilias

Kuigi kogu Brasiilia territooriumi pole välja uuritud, oli Brasiilia uraanivarude maailma edetabelis seitsmendal kohal.

Kaks peamist reservi on Caetité (BA) ja Santa Quitéria (CE).

Uraani isotoopid

Isotoop	suhteline arvukus	pool eluiga	radioaktiivne aktiivsus
Uraan-238	99,27 %	4 510 000 000 aastat	12 455 Bq.g^-1
Uraan-235	0,72 %	713 000 000 aastat	80.011 Bq.g^-1
Uraan-234	0,006 %	247 000 aastat	231 x 10^6 Bq.g^-1

Kuna see on sama keemiline element, on kõigi isotoopide tuumas 92 prootonit ja sellest tulenevalt samad keemilised omadused.

Kuigi kolmel isotoopil on radioaktiivsus, on radioaktiivne aktiivsus nende kõigi jaoks erinev. Ainult uraan-235 on lõhustuv materjal ja seetõttu kasulik tuumaenergia tootmiseks.

Uraani radioaktiivne seeria

Uraani isotoopid võivad radioaktiivselt laguneda ja tekitada muid keemilisi elemente. Toimub ahelreaktsioon, kuni moodustub stabiilne element ja transformatsioonid lakkavad.

Järgmises näites lõpeb uraan-235 radioaktiivne lagunemine sellega, et plii-207 on seeria viimane element.

See protsess on oluline Maa vanuse määramiseks, mõõtes teatavates uraani sisaldavates kivimites plii hulka, mis on radioaktiivse seeria viimane element.

Uraani ajalugu

Selle avastamise leidis 1789. aastal läbi Saksa keemik Martin Klaproth, kes andis sellele nime Uraani planeedi auks.

1841. aastal eraldas prantsuse keemik Eugène-Melchior Péligot uraani esimest korda uraanitetrakloriidi (UCl) redutseerimisreaktsiooni abil.₄) kasutades kaaliumit.

Alles 1896. aastal avastas prantsuse teadlane Henri Becquerel, et sellel elemendil oli uraanisooladega eksperimentide läbiviimisel radioaktiivsus.

Uraanirakendused

Tuumaenergia

Tuumaelektrijaama tööskeem

Uraan on alternatiivne energiaallikas olemasolevatele kütustele.

Selle elemendi kasutamine energiamaatriksi mitmekesistamiseks on tingitud lisaks keskkonnakaitsele CO₂ atmosfääris ja kasvuhooneefekt.

Energia tootmine toimub uraani-235 südamiku lõhustumise kaudu. Ahelreaktsioon tekib kontrollitult ja aatomi läbitud arvukatest muundumistest eraldub energia, mis liigutab auru genereerimissüsteemi.

Vesi muundub auruna energia saamisel soojuse kujul ja see põhjustab süsteemi turbiinide liikumist ja elektrienergia tootmist.

Uraani muundamine energiaks

Uraani eralduv energia pärineb tuuma lõhustumisest. Suurema tuuma purunemisel eraldub väiksemate tuumade moodustumisel suur hulk energiat.

Selles protsessis toimub ahelreaktsioon, mis algab sellest, et neutron tabab suurt tuuma ja jagab selle kaheks väiksemaks tuumaks. Selles reaktsioonis vabanevad neutronid põhjustavad teiste tuumade lõhustumist.

Neutroni tabamisel jagunes uraan-235 kaheks väiksemaks tuumaks ja vabastas 3 neutronit.

Selles reaktsioonis eralduv energia on 2,10¹⁰ kJ / mol. Etanooli põletamisel eraldub energia 98 kJ / mol. Seda arvesse võttes näeme selle protsessi suurust, mille toodetud energia on praktiliselt triljon korda suurem kui põlemisreaktsioon.

Tuumaenergia Brasiilias

Brasiilias on kaks tuumajaama, mis kasutavad rikastatud uraani. Need asuvad Angra dos Reisi (RJ) vallas.

Brasiilias termotuumajaamu opereeriva ettevõtte Eletronuclear andmetel on Angra 1 võime toota 657 megavatti elektrit, samas kui Angra 2 suudab toota 1350 megavatti elektriline.

radiomeetriline dateerimine

Uute elementide päritolu radioaktiivsest elemendist

Radiomeetrilises dateerimisel mõõdetakse radioaktiivseid heitmeid vastavalt radioaktiivses lagunemises tekkivale elemendile.

Isotoobi poolväärtusaega teades on võimalik materjali vanus kindlaks määrata, arvutades, kui palju aega kulus leitud toote moodustumiseks.

Uraani-238 ja uraani-235 isotoope kasutatakse tardkivimite vanuse ja muud tüüpi radiomeetrilise dateerimise hindamiseks.

Aatompomm

Energia eraldumine aatomipommis

Kell Teine maailmasõda kasutati esimest aatomipommi, mis sisaldas elementi uraan.

Uraan-235 isotoopiga algas tuuma lõhustumisest ahelreaktsioon, mis sekundi murdosa jooksul põhjustas vabaneva ülivõimsa energiahulga tõttu plahvatuse.

Vaadake veel selle teema tekste:

• Manhattani projekt
• Vesinikupomm
• Tuumasüntees
• Tuumajäätmed