Urāns: kas tas ir, īpašības un pielietojums

Urāns ir ķīmiskais elements periodiskajā tabulā, ko apzīmē ar simbolu U, kura atomu skaitlis ir 92 un pieder pie aktinīdu saimes.

Tas ir elements ar smagāko atoma kodolu dabā.

Vispazīstamākie urāna izotopi ir: ²³⁴U, ²³⁵Huh ²³⁸U.

Sakarā ar šī metāla radioaktivitāti tā galvenais pielietojums ir kodolenerģijas ražošana, sadalot tā kodolu. Turklāt urānu izmanto iežu datēšanā un kodolieročos.

Urāna atrašanās vieta periodiskajā tabulā

Urāna raksturojums

• Tas ir radioaktīvs elements.
• Blīvs augstas cietības metāls.
• Plastisks un kaļams.
• Tās krāsa ir sudrabaini pelēka.
• Cietā stāvoklī tas ir atrodams pārpilnībā.
• Tā atoms ir ļoti nestabils, un kodolā esošie 92 protoni var sadalīties un veidot citus ķīmiskos elementus.

Urāna īpašības

Fizikālās īpašības

Blīvums	18,95 g / cm^3
Kodolsintēzes punkts	1135 ° C
Vārīšanās punkts	4131 ° C
Stingrība	6,0 (Mosa skala)

Ķīmiskās īpašības

Klasifikācija	Iekšējais pārejas metāls
elektronegativitāte	1,7
Jonizācijas enerģija	6.194 eV
Oksidācijas stāvokļi	+3, +4, +5 ,+6

Kur atrodams urāns?

Dabā urāns galvenokārt atrodas rūdu formā. Lai izpētītu šī metāla rezerves, tiek pētīts pašreizējais elementa saturs un tehnoloģiju pieejamība, lai veiktu ieguvi un izmantošanu.

Urāna rūdas

Tā kā urāns viegli reaģē ar skābekli gaisā, urāns parasti ir oksīdu formā.

Rūdas	Sastāvs
piķis	U3O8
Uraninīts	ou2

urāns pasaulē

Urānu var atrast vairākās pasaules daļās, un to raksturo kā parastu rūdu, kas ir sastopama lielākajā daļā iežu.

Vislielākās urāna rezerves ir šādās valstīs: Austrālijā, Kazahstānā, Krievijā, Dienvidāfrikā, Kanādā, Amerikas Savienotajās Valstīs un Brazīlijā.

Urāns Brazīlijā

Lai gan nav izpētīta visa Brazīlijas teritorija, Brazīlija pasaules urāna rezervju rangā ieņēma septīto pozīciju.

Divas galvenās rezerves ir Caetité (BA) un Santa Quitéria (CE).

Urāna izotopi

Izotops	relatīvā pārpilnība	pussabrukšanas laiks	radioaktīvā darbība
Urāns-238	99,27 %	4 510 000 000 gadu	12 455 Bq.g^-1
Urāns-235	0,72 %	713 000 000 gadu	80.011 Bq.g^-1
Urāns-234	0,006 %	247 000 gadu	231 x 10^6 Bq.g^-1

Tā kā tas ir viens un tas pats ķīmiskais elements, visu izotopu kodolā ir 92 protoni un līdz ar to arī tās pašas ķīmiskās īpašības.

Lai arī šiem trim izotopiem ir radioaktivitāte, radioaktīvā aktivitāte katram no tiem ir atšķirīga. Tikai urāns-235 ir skaldāms materiāls, un tāpēc tas ir noderīgs kodolenerģijas ražošanā.

Urāna radioaktīvā sērija

Urāna izotopi var iziet radioaktīvā sabrukšanā un radīt citus ķīmiskos elementus. Notiek ķēdes reakcija, līdz veidojas stabils elements un pārtrauc transformācijas.

Šajā piemērā urāna-235 radioaktīvā sabrukšana beidzas ar svinu-207, kas ir pēdējais sērijas elements.

Šis process ir svarīgs, nosakot Zemes vecumu, mērot svina daudzumu, kas ir pēdējais radioaktīvo virkņu elements, noteiktos urānu saturošos iežos.

Urāna vēsture

Tā atklāšana notika 1789. gadā, ap šo periodu atklāja arī vācu ķīmiķis Martins Klaprots, kurš deva tam savu vārdu par godu Urāna planētai.

1841. gadā urānu pirmo reizi izolēja franču ķīmiķis Eižens-Melhjors Peligots, veicot urāna tetrahlorīda (UCl) reducēšanas reakciju.₄), izmantojot kāliju.

Tikai 1896. gadā franču zinātnieks Anrī Bekerels atklāja, ka šim elementam ir radioaktivitāte, veicot eksperimentus ar urāna sāļiem.

Urāna lietojumi

Atomenerģija

Kodolspēkstacijas darbības shēma

Urāns ir alternatīvs enerģijas avots esošajām degvielām.

Šī elementa izmantošana enerģijas matricas dažādošanai ir saistīta arī ar naftas un gāzes cenu pieaugumu, papildus vides problēmām ar CO izdalīšanos₂ atmosfērā un siltumnīcas efektā.

Enerģijas ražošana notiek, sadaloties urāna-235 kodolam. Ķēdes reakcija tiek radīta kontrolētā veidā, un no daudzajām transformācijām, kuras notiek atoms, rodas enerģijas izdalīšanās, kas pārvieto tvaika ģenerēšanas sistēmu.

Saņemot enerģiju siltuma veidā, ūdens tiek pārveidots par tvaiku, un tas liek sistēmas turbīnām kustēties un radīt elektrisko enerģiju.

Urāna pārveidošana enerģijā

Urāna izdalītā enerģija nāk no kodola skaldīšanas. Laužot lielāku kodolu, mazāku kodolu veidošanās laikā tiek atbrīvots liels enerģijas daudzums.

Šajā procesā notiek ķēdes reakcija, kas sākas ar neitrona sitienu uz lielu kodolu un sadalīšanu divos mazākos kodolos. Šajā reakcijā izdalītie neitroni izraisīs citu kodolu šķelšanos.

Sasitot ar neitronu, urāns-235 sadalījās divos mazākos kodolos un atbrīvoja 3 neitronus.

Šajā reakcijā izdalītā enerģija ir 2,10¹⁰ kJ / mol. Dedzinot etanolā, izdalītā enerģija ir 98 kJ / mol. Ņemot to vērā, mēs varam redzēt šī procesa lielumu, kura saražotā enerģija praktiski ir triljonus reižu lielāka nekā sadegšanas reakcija.

Kodolenerģija Brazīlijā

Brazīlijā ir divas atomelektrostacijas, kurās izmanto bagātinātu urānu. Tie atrodas Angra dos Reis (RJ) pašvaldībā.

Kā ziņo uzņēmums Eletronuclear, kas ekspluatē termoelektrostacijas Brazīlijā, Angra 1 ir jauda 657 megavatu elektroenerģijas ražošanai, savukārt Angra 2 var radīt 1350 megavatus elektrisks.

radiometriskā datēšana

Jauno elementu izcelsme no radioaktīvā elementa

Radiometriskajā datēšanā radioaktīvās emisijas mēra saskaņā ar elementu, kas radies radioaktīvajā sabrukumā.

Zinot izotopa pussabrukšanas periodu, ir iespējams noteikt materiāla vecumu, aprēķinot, cik daudz laika bija nepieciešams atrastā produkta veidošanai.

Urāna-238 un urāna-235 izotopus izmanto, lai novērtētu magmatisko iežu vecumu un cita veida radiometrisko datēšanu.

Atombumba

Enerģijas izdalīšanās atombumbā

Plkst Otrais pasaules karš tika izmantota pirmā atombumba, kurā atradās urāna elements.

Ar urāna-235 izotopu no kodola sašķelšanās sākās ķēdes reakcija, kas sekundes laikā radīja sprādzienu ārkārtīgi spēcīgā izdalītā enerģijas daudzuma dēļ.

Pārbaudiet vairāk tekstu par šo tēmu:

• Manhetenas projekts
• Ūdeņraža bumba
• Kodolsintēze
• Radioaktīvie atkritumi