אורניום: מה זה, מאפיינים ויישומים

אורניום הוא יסוד כימי בטבלה המחזורית המיוצג על ידי הסמל U, שמספרו האטומי הוא 92 ושייך למשפחת האקטינידים.

זהו היסוד בעל גרעין האטום הכבד ביותר בטבע.

האיזוטופים הידועים ביותר של אורניום הם: ²³⁴U, ²³⁵הא ²³⁸U.

בשל הרדיואקטיביות של מתכת זו, היישום העיקרי שלה הוא בייצור אנרגיה גרעינית באמצעות ביקוע הליבה שלה. יתר על כן, משתמשים באורניום בתאריכי סלע ובנשק גרעיני.

מיקום אורניום בטבלה המחזורית

מאפייני אורניום

• זה אלמנט רדיואקטיבי.
• מתכת צפופה בעלת קשיות גבוהה.
• רקיעי ומורכב.
• צבעו אפור כסוף.
• הוא נמצא בשפע במצב מוצק.
• האטום שלו מאוד לא יציב ו 92 הפרוטונים בגרעין יכולים להתפרק וליצור יסודות כימיים אחרים.

נכסי אורניום

תכונות גשמיות

צְפִיפוּת	18.95 גרם / ס"מ^3
נקודת היתוך	1135 מעלות צלזיוס
נקודת רתיחה	4131 מעלות צלזיוס
קשיחות	6.0 (סולם מוה)

תכונות כימיות

מִיוּן	מתכת מעבר פנימית
שליליות אלקטרונית	1,7
אנרגיית יינון	6.194 eV
מדינות חמצון	+3, +4, +5 ,+6

היכן נמצא אורניום?

בטבע אורניום נמצא בעיקר בצורת עפרות. כדי לחקור את עתודות המתכת הזו, נחקרים התוכן הנוכחי של היסוד וזמינות הטכנולוגיה לביצוע החילוץ והניצול.

עפרות אורניום

בשל קלות התגובה שלו עם חמצן באוויר, אורניום נמצא בדרך כלל בצורה של תחמוצות.

בֶּצֶר	הרכב
פיצ'בלנדה	U3או8
אורנינית	או2

אורניום בעולם

אורניום ניתן למצוא בכמה חלקים של העולם, ומאופיין כ עפרה נפוצה להימצאות ברוב הסלעים.

מאגרי האורניום הגדולים ביותר נמצאים במדינות הבאות: אוסטרליה, קזחסטן, רוסיה, דרום אפריקה, קנדה, ארצות הברית וברזיל.

אורניום בברזיל

אמנם לא כל השטח הברזילאי נחקר, אך ברזיל תפסה את המיקום השביעי בדירוג עתודות אורניום העולמי.

שתי העתודות העיקריות הן Caite (BA) וסנטה קיטריה (CE).

איזוטופים אורניום

אִיזוֹטוֹפּ	שפע יחסי	זמן מחצית החיים	פעילות רדיואקטיבית
אורניום -238	99,27 %	4,510,000,000 שנים	12,455 Bq.g^-1
אורניום -235	0,72 %	713,000,000 שנים	80.011 Bq.g^-1
אורניום -234	0,006 %	247,000 שנה	231 x 10^6 Bq.g^-1

מכיוון שמדובר באותו יסוד כימי, לכל האיזוטופים יש 92 פרוטונים בגרעין, וכתוצאה מכך, אותם תכונות כימיות.

למרות שלשלושת האיזוטופים יש רדיואקטיביות, הפעילות הרדיואקטיבית שונה עבור כל אחד מהם. רק אורניום 235 הוא חומר בקיע ולכן שימושי בייצור אנרגיה גרעינית.

סדרת רדיואקטיבית אורניום

איזוטופים של אורניום יכולים לעבור ריקבון רדיואקטיבי וליצור יסודות כימיים אחרים. מה שקורה הוא תגובת שרשרת עד שנוצר אלמנט יציב והפסקת טרנספורמציות.

בדוגמה הבאה, הדעיכה הרדיואקטיבית של אורניום -235 מסתיימת בכך שעופרת 207 היא היסוד האחרון בסדרה.

תהליך זה חשוב לקביעת עידן כדור הארץ על ידי מדידת כמות העופרת, היסוד האחרון בסדרה הרדיואקטיבית, בסלעים מסוימים המכילים אורניום.

היסטוריה של אורניום

גילויו התרחש בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מרטין קלפרוט, שהעניק לו את שמו לכבוד כוכב הלכת אורנוס, שהתגלה גם הוא בתקופה זו.

בשנת 1841, אורניום בודד לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי יוג'ין-מלכיאור פליגו באמצעות תגובת הפחתה של אורניום טטרכלוריד (UCl).₄) באמצעות אשלגן.

רק בשנת 1896, המדען הצרפתי אנרי בקרל גילה שליסוד זה יש רדיואקטיביות בעת ביצוע ניסויים במלחי אורניום.

יישומי אורניום

אנרגיה גרעינית

תכנית הפעלה של תחנת כוח גרעינית

אורניום הוא מקור אנרגיה חלופי לדלקים קיימים.

השימוש באלמנט זה לגיוון מטריצת האנרגיה נובע מעליית מחיר הנפט והגז, בנוסף לדאגה הסביבתית עם שחרור CO₂ באווירה ובאפקט החממה.

ייצור אנרגיה מתרחש באמצעות ביקוע ליבת האורניום -235. תגובת שרשרת מיוצרת בצורה מבוקרת ומתוך התמורות הרבות שעובר האטום יש שחרור של אנרגיה שמניעה מערכת ייצור קיטור.

המים הופכים לאדים בעת קבלת אנרגיה בצורת חום וגורמים לטורבינות המערכת לנוע ולייצר אנרגיה חשמלית.

הפיכת אורניום לאנרגיה

האנרגיה שמשחררת אורניום מגיעה מביקוע גרעיני. כאשר נשבר גרעין גדול יותר, משתחררת כמות גדולה של אנרגיה ביצירת גרעינים קטנים יותר.

בתהליך זה ישנה תגובת שרשרת שמתחילה בנויטרון שפוגע בגרעין גדול ושובר אותו לשני גרעינים קטנים יותר. הנויטרונים שמשתחררים בתגובה זו יגרמו לביקוע של גרעינים אחרים.

כאשר נפגע על ידי נויטרון, האורניום -235 התפצל לשני גרעינים קטנים יותר ושחרר 3 נויטרונים.

האנרגיה המשתחררת בתגובה זו היא 2.10¹⁰ kJ / mol. בעירה באתנול האנרגיה המשתחררת היא 98 קילו-ברזל / מול. בהתחשב בכך, אנו יכולים לראות את גודל התהליך הזה, שהאנרגיה המופקת שלו גדולה כמעט פי טריליון מתגובת הבעירה.

אנרגיה גרעינית בברזיל

בברזיל יש שתי תחנות כוח גרעיניות המשתמשות באורניום מועשר. הם ממוקמים בעיריית אנגרה דוס רייס (RJ).

על פי חברת Eletronuclear, החברה המפעילה מפעלים תרמו-גרעיניים בברזיל, ל- Angra 1 יש יכולת לייצר 657 מגה-ואט חשמל ואילו אנגרה 2 יכולה לייצר 1,350 מגה-ואט חשמלי.

היכרויות רדיומטריות

מקורם של יסודות חדשים מיסוד רדיואקטיבי

בתארוך רדיומטרי נמדדים פליטות רדיואקטיביות על פי היסוד הנוצר בריקבון הרדיואקטיבי.

לדעת את מחצית החיים של האיזוטופ, ניתן לקבוע את גיל החומר על ידי חישוב כמה זמן לקח להיווצרות המוצר שנמצא.

באיזוטופים של אורניום -238 ואורניום -235 משתמשים בכדי להעריך את גילם של סלעים דומים וסוגים אחרים של תאריכים רדיומטריים.

פצצת אטום

שחרור אנרגיה בפצצה אטומית

בְּ מלחמת העולם השניה נעשה שימוש בפצצת האטום הראשונה שהכילה את יסוד האורניום.

עם איזוטופ האורניום -235 החלה תגובת שרשרת מבקיעת הגרעין, אשר בשבריר שנייה, יצר פיצוץ עקב כמות האנרגיה החזקה ביותר ששוחררה.

צפה בטקסטים נוספים בנושא:

• פרויקט מנהטן
• פצצת מימן
• היתוך גרעיני
• פסולת גרעינית