Uran: kaj je, značilnosti in uporaba

Uran je kemični element v periodnem sistemu, ki ga predstavlja simbol U, katerega atomsko število je 92 in spada v družino aktinidov.

Je element z najtežjim atomskim jedrom v naravi.

Najbolj znani izotopi urana so: ²³⁴U, ²³⁵Huh ²³⁸U.

Zaradi radioaktivnosti te kovine je njena glavna uporaba v pridobivanju jedrske energije s cepitvijo jedra. Poleg tega se uran uporablja pri pridobivanju kamnin in jedrskem orožju.

Lokacija urana v periodnem sistemu

Značilnosti urana

• To je radioaktivni element.
• Gosta kovina visoke trdote.
• Gibka in voljna.
• Njegova barva je srebrno siva.
• V trdnem stanju ga najdemo v izobilju.
• Njegov atom je zelo nestabilen in 92 protonov v jedru lahko razpade in tvori druge kemične elemente.

Lastnosti urana

Fizične lastnosti

Gostota	18,95 g / cm^3
Fuzijska točka	1135 ° C
Vrelišče	4131 ° C
Žilavost	6,0 (Mohsova lestvica)

Kemijske lastnosti

Razvrstitev	Notranja prehodna kovina
elektronegativnost	1,7
Ionizacijska energija	6,194 eV
Oksidacijska stanja	+3, +4, +5 ,+6

Kje je uran?

V naravi najdemo uran predvsem v obliki rude. Za raziskovanje zalog te kovine se preučuje sedanja vsebnost elementa in razpoložljivost tehnologije za pridobivanje in izkoriščanje.

Uranove rude

Zaradi enostavnosti reakcije s kisikom v zraku se uran običajno nahaja v obliki oksidov.

Ore	Sestava
pitchblende	U3O8
Uraninit	ou2

urana na svetu

Uran najdemo v več delih sveta, saj ga označujemo kot običajno rudo, ki je prisotna v večini kamnin.

Največje zaloge urana najdemo v naslednjih državah: Avstralija, Kazahstan, Rusija, Južna Afrika, Kanada, ZDA in Brazilija.

Uran v Braziliji

Čeprav ni bilo raziskano vse brazilsko ozemlje, je Brazilija zasedla sedmo mesto na svetovni lestvici zalog urana.

Glavna rezervata sta Caetité (BA) in Santa Quitéria (CE).

Izotopi urana

Izotop	relativna številčnost	razpolovni čas	radioaktivne dejavnosti
Uran-238	99,27 %	4.510.000.000 let	12.455 Bq.g^-1
Uran-235	0,72 %	713.000.000 let	80,011 Bq.g^-1
Uran-234	0,006 %	247.000 let	231 x 10^6 Bq.g^-1

Ker gre za enak kemični element, imajo vsi izotopi v jedru 92 protonov in posledično enake kemijske lastnosti.

Čeprav imajo trije izotopi radioaktivnost, je radioaktivna aktivnost pri njih različna. Samo uran-235 je cepljiv material in je zato koristen pri proizvodnji jedrske energije.

Uranove radioaktivne serije

Izotopi urana lahko radioaktivno propadajo in ustvarjajo druge kemične elemente. Zgodi se verižna reakcija, dokler se ne tvori stabilen element in ne prenehajo preobrazbe.

V naslednjem primeru se radioaktivni razpad urana-235 konča s svincem-207, ki je zadnji element v nizu.

Ta postopek je pomemben pri določanju starosti Zemlje z merjenjem količine svinca, zadnjega elementa v radioaktivni seriji, v nekaterih kamninah, ki vsebujejo uran.

Zgodovina urana

Njeno odkritje je leta 1789 zgodil nemški kemik Martin Klaproth, ki mu je dal ime v čast planeta Urana, prav tako odkritega v tem obdobju.

Leta 1841 je francoski kemik Eugène-Melchior Péligot prvič izoliral uran z redukcijsko reakcijo uranovega tetraklorida (UCl).₄) z uporabo kalija.

Šele leta 1896 je francoski znanstvenik Henri Becquerel odkril, da ima ta element radioaktivnost pri izvajanju poskusov z uranovimi solmi.

Uporaba urana

Nuklearna energija

Shema obratovanja jedrske elektrarne

Uran je alternativni vir energije za obstoječa goriva.

Uporaba tega elementa za diverzifikacijo energetske matrike je poleg povišanja cen nafte in plina poleg okoljske skrbi s sproščanjem CO₂ v ozračju in učinek tople grede.

Proizvodnja energije poteka s cepitvijo jedra urana-235. Verižna reakcija nastaja nadzorovano in iz številnih transformacij, ki jih opravi atom, pride do sproščanja energije, ki premakne sistem za proizvodnjo pare.

Voda se ob prejemanju energije v obliki toplote pretvori v paro in povzroči, da se turbine sistema premikajo in proizvajajo električno energijo.

Preoblikovanje urana v energijo

Energija, ki jo sprosti uran, prihaja iz jedrske cepitve. Ko se večje jedro razbije, se pri tvorbi manjših jeder sprosti velika količina energije.

V tem procesu pride do verižne reakcije, ki se začne z nevtronom, ki zadene veliko jedro in ga razbije na dve manjši jedri. Nevtroni, sproščeni v tej reakciji, bodo povzročili cepitev drugih jeder.

Ko ga je udaril nevtron, se je uran-235 razdelil na dve manjši jedri in sprostil 3 nevtrone.

V tej reakciji se sprosti energija 2,10¹⁰ kJ / mol. Pri zgorevanju etanola je sproščena energija 98 kJ / mol. Glede na to lahko vidimo obseg tega procesa, katerega proizvedena energija je praktično bilijon krat večja od reakcije zgorevanja.

Jedrska energija v Braziliji

Brazilija ima dve jedrski elektrarni, ki uporabljata obogateni uran. Nahajajo se v občini Angra dos Reis (RJ).

Po navedbah podjetja Eletronuclear, ki v Braziliji upravlja termonuklearne elektrarne, ima Angra 1 zmogljivosti za proizvodnjo 657 megavatov električne energije, medtem ko lahko Angra 2 proizvede 1350 megavatov električni.

radiometrično datiranje

Izvor novih elementov iz radioaktivnega elementa

Pri radiometričnem datiranju se radioaktivne emisije merijo glede na element, ki nastane v radioaktivnem razpadu.

Če poznamo razpolovno dobo izotopa, je mogoče določiti starost materiala tako, da izračunamo, koliko časa je trajal, da je našel izdelek nastal.

Izotopi urana-238 in urana-235 se uporabljajo za oceno starosti magmatskih kamnin in drugih vrst radiometričnega datiranja.

Atomska bomba

Sproščanje energije v atomski bombi

Ob Druga svetovna vojna uporabljena je bila prva atomska bomba, ki je vsebovala element uran.

Z izotopom urana-235 se je od cepitve jedra začela verižna reakcija, ki je v delčku sekunde zaradi izredno močne količine sproščene energije povzročila eksplozijo.

Oglejte si več besedil na to temo:

• Manhattanski projekt
• Vodikova bomba
• Jedrska fuzija
• Jedrski odpadki