Уран: що це таке, характеристики та застосування

Уран - хімічний елемент у Періодичній системі, представлений символом U, атомний номер якого 92 і належить до сімейства актинідів.

Це елемент з найважчим атомним ядром у природі.

Найвідоміші ізотопи урану: ²³⁴U, ²³⁵Га ²³⁸У.

Завдяки радіоактивності цього металу, його основне застосування полягає у виробленні ядерної енергії шляхом поділу його серцевини. Крім того, уран використовується в датуванні порід та ядерній зброї.

Розташування урану в Періодичній системі

Характеристики урану

• Це радіоактивний елемент.
• Щільний метал високої твердості.
• Ковкий і пластичний.
• Його забарвлення сріблясто-сірий.
• У великій кількості він міститься у твердому стані.
• Його атом вкрай нестійкий, і 92 протони в ядрі можуть розпадатися і утворювати інші хімічні елементи.

Властивості урану

Фізичні властивості

Щільність	18,95 г / см^3
Точка плавлення	1135 ° С
Точка кипіння	4131 ° С
Жорсткість	6,0 (шкала Мооса)

Хімічні властивості

Класифікація	Внутрішній перехідний метал
електронегативність	1,7
Енергія іонізації	6,194 еВ
Стани окислення	+3, +4, +5 ,+6

Де знаходиться уран?

У природі уран зустрічається переважно у вигляді руд. Для вивчення запасів цього металу вивчається сучасний вміст елемента та наявність технології для видобутку та експлуатації.

Уранові руди

Завдяки легкості реакції з киснем у повітрі, уран зазвичай міститься у формі оксидів.

Руда	Склад
смола	U3О8
Ураниніт	оу2

урану у світі

Уран можна знайти в декількох частинах світу, характеризуючи його як звичайну руду, яка присутня в більшості гірських порід.

Найбільші запаси урану виявлені в таких країнах: Австралія, Казахстан, Росія, ПАР, Канада, США та Бразилія.

Уран в Бразилії

Хоча далеко не всю територію Бразилії розвідували, Бразилія посіла сьоме місце у світовому рейтингу запасів урану.

Два основні заповідники - це Кетіте (BA) та Санта-Кітерія (CE).

Ізотопи урану

Ізотоп	відносна достатність	час напіввиведення	радіоактивна активність
Уран-238	99,27 %	4 510 000 000 років	12455 Бк.г^-1
Уран-235	0,72 %	713 000 000 років	80,011 Бк.г^-1
Уран-234	0,006 %	247 000 років	231 х 10^6 Bq.g^-1

Оскільки це один і той самий хімічний елемент, усі ізотопи мають 92 протони в ядрі і, отже, однакові хімічні властивості.

Хоча три ізотопи мають радіоактивність, радіоактивна активність у кожного з них різна. Тільки уран-235 є матеріалом, що розщеплюється, і, отже, корисним для виробництва ядерної енергії.

Уран-радіоактивний ряд

Ізотопи урану можуть зазнати радіоактивного розпаду та генерувати інші хімічні елементи. Що відбувається, це ланцюгова реакція, поки не утворюється стійкий елемент і не припиняються перетворення.

У наступному прикладі радіоактивний розпад урану-235 закінчується тим, що свинець-207 є останнім елементом у серії.

Цей процес важливий при визначенні віку Землі шляхом вимірювання кількості свинцю, останнього елемента радіоактивного ряду, в певних урановмісних породах.

Історія урану

Його відкриття відбулося в 1789 році німецьким хіміком Мартіном Клапротом, який дав йому свою назву на честь планети Уран, також виявленої приблизно в цей період.

У 1841 р. Уран вперше був виділений французьким хіміком Еженом-Мельхіором Пеліго за допомогою реакції відновлення тетрахлориду урану (UCl).₄) з використанням калію.

Лише в 1896 р. Французький вчений Анрі Беккерель виявив, що цей елемент мав радіоактивність при проведенні експериментів із солями урану.

Застосування урану

Атомна енергія

Схема роботи атомної електростанції

Уран є альтернативним джерелом енергії для існуючих видів палива.

Використання цього елемента для диверсифікації енергетичної матриці зумовлене зростанням ціни на нафту та газ, на додаток до екологічних проблем із викидом₂ в атмосфері і парниковий ефект.

Виробництво енергії відбувається за рахунок поділу ядра урану-235. Ланцюгова реакція виробляється в контрольованому порядку, і з численних перетворень, які зазнає атом, відбувається виділення енергії, яка рухає систему генерації пари.

Вода перетворюється в пару при отриманні енергії у вигляді тепла і змушує турбіни системи рухатися і виробляти електричну енергію.

Перетворення урану в енергію

Енергія, що виділяється ураном, походить від ядерного поділу. При розриві більшого ядра виділяється велика кількість енергії при утворенні менших ядер.

У цьому процесі відбувається ланцюгова реакція, яка починається з удару нейтрона у велике ядро ​​і розбиває його на два менших ядра. Нейтрони, що виділяються в цій реакції, спричинять поділ інших ядер.

При ураженні нейтроном уран-235 розпадається на два менші ядра і виділяє 3 нейтрони.

Енергія, що виділяється в цій реакції, дорівнює 2,10¹⁰ кДж / моль При згорянні етанолу енергія, що виділяється, становить 98 кДж / моль. Враховуючи це, ми можемо бачити величину цього процесу, енергія якого виробляється практично в трильйон разів більше, ніж реакція горіння.

Ядерна енергетика в Бразилії

Бразилія має дві атомні електростанції, які використовують збагачений уран. Вони розташовані в муніципалітеті Ангра-дус-Рейс (РЖ).

За даними Eletronuclear, компанії, яка експлуатує термоядерні установки в Бразилії, Angra 1 має потужність для виробництва 657 мегават електроенергії, тоді як Angra 2 може виробляти 1350 мегават електричний.

радіометричне датування

Походження нових елементів з радіоактивного елемента

При радіометричному датуванні радіоактивні викиди вимірюються відповідно до елемента, що утворюється при радіоактивному розпаді.

Знаючи період напіввиведення ізотопу, можна визначити вік матеріалу, підрахувавши, скільки часу знадобилося для утворення знайденого продукту.

Ізотопи урану-238 та урану-235 використовуються для оцінки віку магматичних порід та інших типів радіометричного датування.

Атомна бомба

Виділення енергії в атомній бомбі

В Друга світова війна була використана перша атомна бомба, яка містила елемент уран.

З ізотопом урану-235 ланцюгова реакція розпочалася від поділу ядра, яке за частку секунди спричинило вибух через надзвичайно потужну кількість виділеної енергії.

Перегляньте більше текстів на цю тему:

• Манхеттенський проект
• Воднева бомба
• Ядерний синтез
• Ядерні відходи