Уран (U), радиоактивен химичен елемент от актиноидната серия на периодичната таблица, атомен номер 92. Той е важно ядрено гориво.
актиноиден елемент
членовете на групата, включително уран (най-познатите), се срещат естествено, повечето са създадени от човека. Използвани са както уран, така и плутоний
Уранът представлява около две части на милион от земната кора. Някои важни минерали на уран са катранде (нечист U 3 O 8), уранинит (UO 2), карнотит (калиев уранов ванадат), автонит (калциев уранов фосфат) и торбернит (меден уранов фосфат). Тези и други възобновяеми уранови руди, като източници на ядрени горива, съдържат многократно повече енергия от всички известни възстановими находища на изкопаеми горива. Един килограм уран дава толкова енергия, колкото 1,4 милиона килограма (3 милиона паунда) въглища.
За допълнителна информация относно находищата на уранова руда, както и покритието на техники за добив, рафиниране и възстановяване, вижте обработката на уран. За сравнителни статистически данни за производството на уран вижте таблицата.
уран
| страна | производство на мина 2013 г. (метрични тонове) | % от световното производство на мина |
|---|---|---|
| * Прогноза. | ||
| Източник: Световна ядрена асоциация, Световно производство на добив на уран (2014). | ||
| Казахстан | 22574 | 37.9 |
| Канада | 9332 | 15.6 |
| Австралия | 6350 | 10.6 |
| Нигер * | 4528 | 7.6 |
| Намибия | 4315 | 7.2 |
| Русия | 3135 | 5.3 |
| Узбекистан * | 2400 | 4.0 |
| Съединени щати | 1835 | 3.1 |
| Китай * | 1450 | 2.4 |
| Малави | 1132 | 1.9 |
| Украйна | 1075 | 1.9 |
| Южна Африка | 540 | 0.9 |
| Индия * | 400 | 0.7 |
| Чехия | 225 | 0.4 |
| Бразилия | 198 | 0.3 |
| Румъния * | 80 | 0.1 |
| Пакистан * | 41 | 0.1 |
| Германия | 27 | 0.0 |
| свят общо | 59637 | 100 |
Уранът е плътен, твърд метален елемент, който е сребристо бял на цвят. Той е пластичен, ковък и способен да поеме високо лак. Във въздуха металът оцветява и когато фино разделен се разпада на пламъци. Той е сравнително лош проводник на електричество. Въпреки че е открит (1789 г.) от немския химик Мартин Хайнрих Клапрот, който го кръщава на тогава откритата наскоро планета Уран, самият метал е изолиран за първи път (1841 г.) от френския химик Ейген-Мелхиор Пелигот чрез редукцията на тетрахлорид на уран (UCl 4) с калий.
Формулирането на периодичната система от руския химик Дмитрий Менделеев през 1869 г. фокусира вниманието върху урана като най-тежкия химичен елемент - позиция, която заема до откриването на първия трансуранов елемент нептуний през 1940 г. През 1896 г. френският физик Анри Бекерел открива в уран феноменът на радиоактивността, термин, използван за първи път през 1898 г. от френските физици Мари и Пиер Кюри. По-късно това свойство е намерено в много други елементи. Вече е известно, че уранът, радиоактивен във всичките си изотопи, се състои по естествен начин от смес от уран-238 (99,27 процента, 4,510 000 000 години полуразпад), уран-235 (0,72 процента, период на полуразпад 713 000 000 години) и уран-234 (0,006 процента, период на полуразпад 247 000 години). Тези дълги полуживоти правят възможно определянето на възрастта на Земята чрез измерване на количествата олово, краен продукт на разпада на уран в определени скали, съдържащи уран. Уран-238 е родител, а уран-234 - една от дъщерите в серията на разпадане на радиоактивен уран; уран-235 е родител на серията на гниене на актиния. Вижте също актиноиден елемент.
Елементът уран стана обект на интензивно проучване и широк интерес, след като немските химици Ото Хан и Фриц Страсман откриха в края на 1938 г. явлението ядрено делене на уран, бомбардиран от бавни неутрони. Роденият в Италия американски физик Енрико Ферми предположи (в началото на 1939 г.), че неутроните могат да бъдат сред продуктите на делене и по този начин могат да продължат деленето като верижна реакция. Роденият в Унгария американски физик Лео Шилард, американският физик Хърбърт Л. Андерсън, френският химик Фредерик Жолио-Кюри и техните колеги потвърдиха (1939 г.) това предсказание; по-късно изследване показа, че средно от 2 1 / 2 неутрони на атом се освобождава по време на делене. Тези открития доведоха до първата самоподдържаща се ядрена верижна реакция (2 декември 1942 г.), първия тест на атомната бомба (16 юли 1945 г.), първата атомна бомба, паднала при война (6 август 1945 г.), първата атомно захранвана подводница (1955 г.) и първият пълномощен ядрен електрически генератор (1957 г.).
Деленето се осъществява с бавни неутрони в сравнително рядко изотопния уран-235 (единственият естествено срещащ се делящ се материал), който трябва да бъде отделен от изолирания изотоп уран-238 за различните му приложения. Уран-238 обаче, след като абсорбира неутроните и се подлага на отрицателен бета-разпад, се трансмутира в синтетичния елемент плутоний, който се дели с бавни неутрони. Следователно естественият уран може да се използва в конверторни и развъдни реактори, в които деленето се поддържа от редкия уран-235, а плутоният се произвежда едновременно чрез трансмутация на уран-238. Делящият се уран-233 може да бъде синтезиран за използване като ядрено гориво от нефиксирания торий изотоп торий-232, който има изобилен характер. Уранът също е важен като основен материал, от който са получени синтетичните трансуранови елементи чрез реакции на трансмутация.
Уран, който е силно електропозитивен, реагира с вода; разтваря се в киселини, но не и в алкали. Важните окислителни състояния са +4 (както в оксид UO 2, тетрахалиди като UCl 4, и зеленият воден йон U 4 +) и +6 (както в оксида UO 3, хексафлуорида UF 6 и жълтия уранил йон UO 2 2+). Във воден разтвор уранът е най-стабилен като ураниловият йон, който има линейна структура [O = U = O] 2+. Уранът също показва състояние +3 и +5, но съответните йони са нестабилни. Червеният U 3+ йон се окислява бавно дори във вода, която не съдържа разтворен кислород. Цветът на UO 2 + йона е неизвестен, тъй като той претърпява непропорционалност (UO 2 + се редуцира едновременно до U 4 + и се окислява до UO 2 2+) дори в много разредени разтвори.
Урановите съединения са използвани като оцветители за керамика. Уран хексафлуорид (UF 6) е твърдо вещество с необичайно високо налягане на парата (115 тора = 0,15 атм = 15 300 Па) при 25 ° С (77 ° F). UF 6 е химически много реактивен, но въпреки корозивния си характер в състояние на пара, UF 6 е широко използван в методите за дифузия на газ и газоцентрифуга за отделяне на уран-235 от уран-238.
Органометалните съединения са интересна и важна група съединения, в които има метало-въглеродни връзки, свързващи метал с органични групи. Uranocene е organouranium съединение U (С 8 H 8) 2, в която уран атом е поставен между два органични слоеве пръстена, свързани с cyclooctatetraene С 8 Н 8. Откриването му през 1968 г. отвори нова област на металоорганичната химия.
Свойства на елемента
| атомно число | 92 |
|---|---|
| атомно тегло | 238,03 |
| точка на топене | 1,132,3 ° C (2070,1 ° F) |
| точка на кипене | 3,818 ° C (6 904 ° F) |
| специфична гравитация | 19.05 |
| окислителни състояния | +3, +4, +5, +6 |
| електронна конфигурация на газообразно атомно състояние | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
