Ураниум

Ураниум или уран — хемиски елемент со симбол U и атомски број 92. Тој е сребрено-бел метал во актинoидите во периодниот систем. Во составот на атомот на ураниумот има 92 протони и 92 електрони , од кои 6 се валентни електрони. Ураниумот е слабо радиоактивен затоа што сите негови изотопи се нестабилни. Најчестите изотопи во природниот ураниум се ураниум-238 (кој има 146 неутрони) и ураниум-235 (кој има 143 неутрони). Ураниумот има втора највисока атомска маса од првобитните нуклиди кои се јавувачки елементи, полесни само од плутониум. Неговата густина е отприлика 70 % повисока од густината на оловото, и малку пониска од густината на златото или волфрамот. Се појавува во ниски концентрации во почвата, камењата и водата и е извлечен од ураниумски минерали како што е уранитот.

Во природата, ураниумот се пронаоѓа како ураниум-238 (99,2739–99,2752 %), ураниум-235 (0,7198–0,7202 %), и мала количина од ураниум-234 (0,0050–0,0059 %). Ураниумот се распаѓа полека со испуштање алфа-честички. Полураспадот на ураниум-238 е скоро 4,47 милијарди години а на ураниум-235 е 704 милиони години, што ги прави корисни за да се дознае староста на Земјата.

Во 1789 откривањето на ураниумот во минералот уранинит се препишува на Мартин Хајнрих Клапрот, кој новиот елемент го нарекол по планетата Уран. Ежен-Мелшиор Пелиго е првиот човек кој изолирал металот и неговите радиоактивни особини се откриени во 1896 од страна на Анри Бекерел. Истражувањето на Ото Хан, Лиза Мајтнер, Енрико Ферми и останати научници, како Роберт Опенхајмер започнато во 1934 довело до примената на неговото гориво во јадрената индустрија а воедно и во Little Boy, првата атомска бомба искористена за воени цели.

Особености

Кога е рафиниран, ураниумот е сребрено бел, слабо радиоактивен метал. Има Мосова тврдост од 6, доволно да скрши стакло и приближно еднаква цврстина со цврстината на титаниумот, родиумот, манганот и ниобиумот. Тој е податлив, дуктилен и малку парамагнетичен, силно електропозитивен и слаб електричен спроводник. Ураниум металот има многу висока густина од 19,1 g/cm3, погуст од оловото (11,3 g/cm3), но со помала густина од волфрамот и златото (19,3 g/cm3).

Ураниум металот стапува во реакција со речиси сите неметални елементи (со исклучок на благородните гасови и нивните соединенија, со реактивност која се зголемува со температура. Хлороводородната и азотната киселина го раствораат ураниумот, но неоксидираните киселини освен хлороводородните киселини го напаѓаат елементот многу споро. Кога се ситно поделени, може да реагираат со ладна вода; во вода, ураниум металот е обложен со темен слој од ураниум оксид. Ураниум рудата е извлечена хемиски и претворена во ураниум диоксид или други хемиски форми корисни во индустријата.

Ураниум-235 е првиот изотоп кој бил пронајден како фисил. Други природни изотопи се фисионарни, но не фисилни. Со бомбардирање со спори неутрони, неговите ураниум-235 изотопи во поголемиот дел од времето ќе се поделат во две мали јадра, испуштајќи јадрена сврзувачка енергија и повеќе неутрони. Ако премногу од овие неутрони се апсорбираат од друг ураниум-235 јадра, на јадрената верижна реакција се случува дека резултатите се во излив на топлина или (во специјални околности) доаѓа до експлозија. Во јадрен реактор, верижната реакција е успорена и контролирана од страна на неутронски отров, одбивајќи некои од слободните неутрони. Таквите неутронски апсорбни материјали се често дел од контролните печки на реакторите.

Со само 15 lb (7 кг) ураниум-235 може да се создаде атомска бомба. Првата јадрена бомба искористена во војна е Little Boy (Малото момче), која е направена од ураниумска цепење, но првиот јадрен експлозив (Gadget), употребен во Тринити) и бомбата што го уништила Нагасаки (Fat Man) биле плутониумски бомби.

Ураниум металот има три алотропски форми : α (орторомбиска) стабилна до 668 °C. Орторомбиска, просторна група бр. 63, Cmcm, параметар со решетки a = 285.4 pm, b = 587 pm, c = 495.5 pm. β (четириаголна) стабилна од 668 °C до 775 °C. Четириаголна, просторна група P42/mnm, P42nm, or P4n2, параметар со решетки a = 565.6 pm, b = c = 1075.9 pm. γ (телесно-центрирана коцка) од 775 °C до точка на топење. Телесно-центрирана коцка, има параметар со решетки a = 352.4 pm.

Примена

Воена примена

Главната примена на ураниумот во воениот сектор е во високогустинскиот пенетратор. Оваа муниција се состои од осиромашен ураниум легирани со 1–2 % други елементи, како што се титаниумот или молибденот. Со големо влијание на брзината, густината, цврстината, и пирофорност на проектилот, се овозможува уништување на тешки оклопни цели. Тенковските оклопи и други остранливи оклопи на возила можат исто така да бидат зацврстени со осиромашени ураниумски таблици. Користењето на осиромашен ураниум стана политички и еколошки спорно после користењето на таа муниција од страна на САД, Велика Британија и други земји за време на војната во Персискиот Залив и на Балканот било поткренато прашање во врска со ураниумските соединенија што останале во почвата.

Осиромашениот ураниум исто така се користи како заштитен материјал за контејнери кои се користат за чување и транспорт на радиоактивни материјали. Додека самиот метал е радиоактивен, неговата висока цврстина го прави поефективен од оловото во справување со зрачењето од силни извори како радиумот Другите примени на ураниумот вклучуваат нагодување тежина во авионите, пригушување на различни проектили, заштита на разни материјали. Поради големата густина се применува во навигациските уреди и гироскопските компаси. Осиромашениот ураниум има предност над другите материјали со подеднаква густина поради лесната обработка и можноста за леење, како и поради неговата релативно ниска цена.. Спротивно со раширеното мислење, поголема опасност на користењето ураниум претставува хемиското труење со ураниумски оксид отколку неговата радиоактивност бидејќи тој слабо испушта алфа зрачење.

На крајот на Втората светска војна, за време на Студената војна, па и потоа, ураниумот поради експлозивото цепење се користел за производство на јадрено оружје. Направени се два типа цепни бомби, релативно едноставна направа која користи ураниум-235 и со многу посложен механизам со плутониум-239 произлезен од ураниум-238. Подоцна, многу покомплициран и далеку помоќен тип на фисиска/фузиска бомба (термојадрена бомба) која користи плутониумски направи за да создаде мешавина од трициум и деутериј (тежок водород со хемисли симбол 2H или D) за добивање јадрено соединување.

Цивилна примена

Ураниумот во општеството и воцивилниот сектор главно се користи како гориво за атомски централи. Еден килограм ураниум-235 теоретски може да произведе околу 20 тераџули енергија (2 џули), колку што дава енергија 1500 тони јаглен.

Комерцијалните атомски централи користат гориво кое обично е збогатено со околу 3 % ураниум-235.. CANDU и Magnox реакторите се единствените комерцијални реактори кои можат да користат незбогатено ураниумско гориво. Горивата кои се користат во САД се високо збогатени со ураниум-235 (точните вредности се државна тајна). Во брз оплоден реактор, ураниумот-238 може да биде претворен во плутониум преку следниве реакции:

+ n +

Пред (и повремено потоа) откривањето на радиоактивноста, ураниумот главно се користел во мали количини за жолто стакло и глазури за керамика, како ураниумско стакло."Statement regarding the Good Morning America broadcast," The Homer Laughlin China Co., 16 March 2011, accessed 25 March 2012. Еден од главните проблеми поврзани со јадреното гориво е јадрениот отпад. Во традиционалните јадрени реактори се гори само 1-2 % гориво додека јадрените реактори кои користат алтернативни, течни горива во реакторите со течна сол произведуваат краткотраен јадрен отпад.

Откако Марија Кири го открила радиумот во ураниумска руда, истиот се користел потоа за часовници и авионски броила кои светат во темно. Процесот на издвојување радиум од ураниум оставал голема количина на ураниум како отпаден производ, со обзир на тоа дека е потребно 3 тона ураниум за да се добие 1 грам радиум. Овој отпаден производ бил насочен кон производство на керамички глазури и ураниумски плочки со широка примена, вклучително и како санитарна и кујнска керамика, во разни бои. Ураниумот бил исто така користен и во хемикалиите за фотографија (посебно ураниум нитрат како тонер, во кожната и дрвната индустрија во боите и пигментите (ураниумски соли се боја за свила и волна). Со откривањето на радиоактивноста на ураниумот проширени се неговите научни и практични примени. Долгиот полувек на изотопи U-238 (4,51 × 109 godina), го прави погоден за проценка на староста на најраните магматски карпи,како и кај останатите техники на радиометриско датирање (ураниумско-ториумска метода, ураниумско-олово метода). Ураниум металот се користи како метална мета за електрони кои произведуваат силни рендгенски зраци.

Историјат

Пред откривањето

Користењето на ураниум во неговиот природен оксид датира најмалку од 79 година од нашата ера, кога бил користен да се додаде жолта боја на керамичка глазура. Жолто стакло со 1 % ураниумски оксид во една римска вила во Неаполскиот Залив, во Италија, пронашол Р.Т Гунтер од Универзитетот Оксфорд во 1912.. Во доцниот Среден век бил ископуван од хабсбуршките рудници за сребро во денешна Чешка, и се користел за боење стакло во стакларската индустрија. На почетокот на 19 век, единствен познат извор за ураниум биле само овие рудници.

Откривањето

Откривањето на елементот му се припишува на германскиот хемичар Мартин Хајнрих Клапрот. Додека работел во неговата експериментална лабораторија во Берлин во 1789, Клапрот добил жолт талог (најверојатно натриум диуранат) така што уранинитот го растворил во азотна киселина а потоа растворот го неутрализирал со натриум хидроксид .. Клапрот мислел дека жолтата супстанција е оксид на некој сè уште неоткриен елемент и го загреал со јаглен за да добие црн прав, за кој мислел дека е новооткриен метал (впрочем тој прав бил оксид на ураниумот). Новооткриениот елемент го именувал по планетата Уран, откриена осум години претходно од Вилијам Хершел.

Во 1841, Ежен-Мелшиор Пелиго, професор по аналитичка хемија на Националната конзерваторија за уметност и занаети, во Париз, го изолирал првиот примерок на металот ураниум со загревање на ураниум тетрахлорид со калиум.

Анри Бекерел ја открил радиоактивноста користејќи ураниум 1896. Тој ја открил случајно проучувајќи ја фосфоресценцијата на ураниумските соли, истражувајќи ја работата на Вилхелм Рендген.

Цепење