Uran jest pierwiastkiem chemicznym w układzie okresowym, reprezentowanym przez symbol U, którego liczba atomowa wynosi 92 i należy do rodziny aktynowców.
Jest to pierwiastek o najcięższym jądrze atomowym w przyrodzie.
Najbardziej znane izotopy uranu to: 234U, 235Huhu 238U.
Ze względu na radioaktywność tego metalu, jego głównym zastosowaniem jest wytwarzanie energii jądrowej poprzez rozszczepienie jego rdzenia. Ponadto uran jest używany do datowania skał i broni jądrowej.
Charakterystyka uranu
- To pierwiastek radioaktywny.
- Gęsty metal o wysokiej twardości.
- Ciągliwe i plastyczne.
- Jego kolor jest srebrzystoszary.
- Występuje obficie w stanie stałym.
- Jego atom jest bardzo niestabilny, a 92 protony w jądrze mogą ulec rozpadowi i utworzyć inne pierwiastki chemiczne.
Właściwości uranu
Właściwości fizyczne
| Gęstość | 18,95 g/cm3 |
|---|---|
| Punkt fuzji | 1135 °C |
| Temperatura wrzenia | 4131°C |
| Wytrzymałość | 6,0 (skala Mohsa) |
Właściwości chemiczne
| Klasyfikacja | Wewnętrzny metal przejściowy |
|---|---|
| elektroujemność | 1,7 |
| Energia jonizacji | 6.194 eV |
| Stany Utleniania | +3, +4, +5 ,+6 |
Gdzie znajduje się uran?
W naturze uran występuje głównie w postaci rud. W celu zbadania zasobów tego metalu bada się obecną zawartość pierwiastka oraz dostępność technologii do prowadzenia wydobycia i eksploatacji.
Rudy uranu
Ze względu na łatwość reakcji z tlenem w powietrzu uran występuje zwykle w postaci tlenków.
| Ruda | Kompozycja |
|---|---|
| blenda uranowa | U3O8 |
| Uraninit | my2 |
uran na świecie
Uran można znaleźć w kilku częściach świata i charakteryzuje się go jako pospolita ruda, ponieważ występuje w większości skał.
Największe zasoby uranu znajdują się w następujących krajach: Australia, Kazachstan, Rosja, RPA, Kanada, Stany Zjednoczone i Brazylia.
Uran w Brazylii
Chociaż nie zbadano całego terytorium Brazylii, Brazylia zajęła siódme miejsce w światowym rankingu rezerw uranu.
Dwa główne rezerwaty to Caetité (BA) i Santa Quitéria (CE).
Izotopy uranu
| Izotop | względna obfitość | czas półtrwania | aktywność radioaktywna |
|---|---|---|---|
| Uran-238 | 99,27 % | 4,51000,000 lat | 12 455 Bq.g-1 |
| Uran-235 | 0,72 % | 713 000 000 lat | 80.011 Bq.g-1 |
| Uran-234 | 0,006 % | 247 000 lat | 231x106 Bq.g-1 |
Ponieważ jest to ten sam pierwiastek chemiczny, wszystkie izotopy mają w jądrze 92 protony, a co za tym idzie, te same właściwości chemiczne.
Chociaż te trzy izotopy mają radioaktywność, radioaktywność każdego z nich jest inna. Tylko uran-235 jest materiałem rozszczepialnym, a zatem przydatnym w produkcji energii jądrowej.
Seria radioaktywna uranu
Izotopy uranu mogą ulegać rozpadowi radioaktywnemu i generować inne pierwiastki chemiczne. To, co się dzieje, to reakcja łańcuchowa, aż utworzy się stabilny element i ustaną przemiany.
W poniższym przykładzie radioaktywny rozpad uranu-235 kończy się, gdy ołów-207 jest ostatnim pierwiastkiem w serii.
Proces ten jest ważny przy określaniu wieku Ziemi poprzez pomiar ilości ołowiu, ostatniego pierwiastka w szeregu radioaktywnym, w niektórych skałach zawierających uran.
Historia uranu
Jego odkrycia dokonał w 1789 roku niemiecki chemik Martin Klaproth, który nadał jej nazwę na cześć odkrytej w tym okresie planety Uran.
W 1841 r. uran został po raz pierwszy wyizolowany przez francuskiego chemika Eugène-Melchiora Péligota poprzez reakcję redukcji czterochlorku uranu (UCl).4) przy użyciu potasu.
Dopiero w 1896 roku francuski naukowiec Henri Becquerel odkrył, że pierwiastek ten ma radioaktywność podczas przeprowadzania eksperymentów z solami uranu.
Zastosowania uranu
Energia nuklearna
Uran jest alternatywnym źródłem energii dla istniejących paliw.
Wykorzystanie tego pierwiastka do dywersyfikacji matrycy energetycznej wynika ze wzrostu cen ropy i gazu, oprócz troski o środowisko z uwolnieniem CO2 w atmosferze i efekt cieplarniany.
Produkcja energii odbywa się poprzez rozszczepienie rdzenia uranu-235. Reakcja łańcuchowa jest wytwarzana w sposób kontrolowany, a z licznych przemian, którym przechodzi atom, następuje uwolnienie energii, która porusza system wytwarzania pary.
Po otrzymaniu energii w postaci ciepła woda zamienia się w parę i powoduje, że turbiny systemu poruszają się i wytwarzają energię elektryczną.
Przekształcenie uranu w energię
Energia uwalniana przez uran pochodzi z rozszczepienia jądrowego. Kiedy pęka większe jądro, uwalniana jest duża ilość energii w formowaniu mniejszych jąder.
W tym procesie zachodzi reakcja łańcuchowa, która zaczyna się od uderzenia neutronu w duże jądro i rozbicia go na dwa mniejsze jądra. Neutrony uwolnione w tej reakcji spowodują rozszczepienie innych jąder.
Uderzony neutronem uran-235 rozszczepił się na dwa mniejsze jądra i uwolnił 3 neutrony.
Energia uwalniana w tej reakcji wynosi 2,1010 kJ/mol. W spalaniu etanolu uwalniana energia wynosi 98 kJ/mol. Biorąc to pod uwagę, możemy zobaczyć ogrom tego procesu, którego wytworzona energia jest praktycznie bilion razy większa niż reakcja spalania.
Energia jądrowa w Brazylii
Brazylia posiada dwie elektrownie jądrowe, które wykorzystują wzbogacony uran. Znajdują się one w gminie Angra dos Reis (RJ).
Według Eletronuclear, firmy obsługującej elektrownie termojądrowe w Brazylii, Angra 1 ma zdolność do wytwarzania 657 megawatów energii elektrycznej, podczas gdy Angra 2 może generować 1350 megawatów elektryczny.
datowanie radiometryczne
W datowaniu radiometrycznym emisje radioaktywne są mierzone według pierwiastka wytworzonego w rozpadzie radioaktywnym.
Znając okres półtrwania izotopu, można określić wiek materiału, obliczając, ile czasu zajęło wytworzenie znalezionego produktu.
Izotopy uranu-238 i uranu-235 są wykorzystywane do szacowania wieku skał magmowych i innych rodzajów datowania radiometrycznego.
Bomba atomowa
W Druga wojna światowa użyto pierwszej bomby atomowej, która zawierała pierwiastek uran.
Z izotopem uranu-235 rozpoczęła się reakcja łańcuchowa od rozszczepienia jądra, które w ułamku sekundy wywołało eksplozję z powodu niezwykle silnej ilości uwolnionej energii.
Sprawdź więcej tekstów na ten temat:
- Projekt Manhattan
- Bomba wodorowa
- Fuzja nuklearna
- Odpady nuklearne
