Uranyum doğada nasıl oluşur? Uranyum cevheri

Nükleer teknolojiler büyük ölçüde radyokimya yöntemlerinin kullanımına dayanmaktadır ve bu yöntemler de radyoaktif elementlerin nükleer fiziksel, fiziksel, kimyasal ve toksik özelliklerine dayanmaktadır.

Bu bölümde kendimizi ana bölünebilir izotopların (uranyum ve plütonyum) özelliklerinin kısa bir açıklamasıyla sınırlayacağız.

Uranüs

Uranüs ( uranyum) U - aktinit grubunun elementi, periyodik sistemin 7-0. periyodu, Z=92, atom kütlesi 238.029; doğada bulunan en ağır madde.

Uranyumun bilinen 25 izotopu vardır ve bunların hepsi radyoaktiftir. En kolayı 217U (Tj/ 2 =26 ms), en ağır 2 4 2 U (7 T J/2 =i6,8 dk). 6 nükleer izomer vardır. Doğal uranyum üç radyoaktif izotop içerir: 2 8 ve (%99, 2 739, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (%0,7205, G, / 2 = 7,04-109 yıl) ve 2 34 U (%0,0056, ti/ 2=2,48-yuz1). Doğal uranyumun spesifik radyoaktivitesi 2,48104 Bq olup, neredeyse yarısı 234 U ile 288 U arasında bölünmüştür; 2 35U küçük bir katkı sağlar (doğal uranyumdaki 2 zi izotopunun spesifik aktivitesi, 2 3 8 U'nun aktivitesinden 21 kat daha azdır). Termal nötron yakalama kesitleri 2 zzi, 2 35U ve 2 3 8 U için sırasıyla 46, 98 ve 2,7 barn'dır; bölme bölümü 527 ve 584 ahır için sırasıyla 2 zzi ve 2 z 8 ve; izotopların doğal karışımı (%0,7 235U) 4,2 ahır.

Masa 1. Nükleer fiziksel özellikler 2 sa9 Ri ve 2 35T.

Masa 2. Nötron yakalama 2 35T ve 2z8C.

Uranyumun altı izotopu kendiliğinden fisyon yeteneğine sahiptir: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i ve 2 z 8 i. Hem termal hem de hızlı nötronların etkisi altında doğal izotoplar 2 33 ve 2 35 U fisyonu ve 2 3 8 çekirdekler, yalnızca 1,1 MeV'den daha fazla enerjiye sahip nötronları yakaladıklarında fisyon yapabilirler. Daha düşük enerjiye sahip nötronları yakalarken, 288 U çekirdeği önce 2 -i9U çekirdeğine dönüşür, daha sonra p-bozunumuna uğrar ve önce 2 -"*9Np'ye, ardından 2 39Pu'ya dönüşür. Termal nötronların yakalanması için etkili kesitler 2 34U, 2 çekirdek 35U ve 2 x 8'lik nötronlar sırasıyla 98, 683 ve 2,7 barn'a eşittir. 2 35U'nun tam bölünmesi, 2-107 kWh/kg'lık bir “termal enerji eşdeğerine” yol açar. Nükleer yakıt olarak 2 35U ve 2 zi kullanılır.

Nükleer reaktörler kütle numaraları 227-^240 olan n adet yapay uranyum izotopu üretir; bunların en uzun ömürlü olanı 233U'dur (7 V2 =i.62 *io 5 yıl); toryumun nötron ışınlaması ile elde edilir. Termonükleer bir patlamanın süper güçlü nötron akışlarında kütle numarası 239^257 olan uranyum izotopları doğar.

Uran-232- teknojenik nüklid, a-yayıcı, T x / 2=68,9 yıl, ana izotoplar 2 saat 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) ve 23 2 Ra(p), yavru çekirdek 228 Th. Kendiliğinden fisyonun yoğunluğu 0,47 bölüm/s kg'dır.

Uranyum-232 aşağıdaki bozunmaların bir sonucu olarak oluşur:

Nüklit *3 a Np'nin P + - bozunması (Ti/ 2 =14,7 dk):

Nükleer endüstride, toryum yakıt döngüsünde bölünebilir (silah sınıfı) nüklid 2zi'nin sentezi sırasında bir yan ürün olarak 2 3 2 U üretilir. 2 3 2 Th nötronlarla ışınlandığında ana reaksiyon meydana gelir:

ve iki aşamalı bir yan reaksiyon:

Toryumdan 232 U üretimi yalnızca hızlı nötronlarla gerçekleşir (E">6 MeV). Başlangıç ​​maddesi 2 3°TH içeriyorsa, 2 3 2 U'nun oluşumu şu reaksiyonla tamamlanır: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Bu reaksiyon termal nötronlar kullanılarak gerçekleşir. 2 3 2 U'nun oluşturulması çeşitli nedenlerden dolayı istenmemektedir. Minimum 2 3°TH konsantrasyonuna sahip toryum kullanılarak bastırılır.

2 × 2'nin bozunumu aşağıdaki yönlerde gerçekleşir:

228 Th'deki bir bozunum (olasılık %10, bozunma enerjisi 5,414 MeV):

yayılan alfa parçacıklarının enerjisi 5,263 MeV (vakaların %31,6'sında) ve 5,320 MeV'dir (vakaların %68,2'sinde).

• - kendiliğinden bölünme (olasılık ~%12'den az);
• - 28 Mg nüklid oluşumu ile küme bozunması (bozunma olasılığı 5*10" %12'den az):

Nüklit 2 oluşumuyla küme bozulması

Uranyum-232, sert y-kuanta yayıcıları olan nüklitleri içeren uzun bir bozunma zincirinin kurucusudur:

^U-(3,64 gün, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 saat, p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (bıçak), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

Toryum enerji döngüsünde 2zi üretimi sırasında 2 3 2 U'nun birikmesi kaçınılmazdır. 2 3 2 U'nun bozunmasından kaynaklanan yoğun y-radyasyonu toryum enerjisinin gelişimini engellemektedir. Alışılmadık olan şey, 2 3 2 11 izotopunun, nötronların etkisi altında yüksek bir fisyon kesitine (termal nötronlar için 75 ahır) ve ayrıca yüksek bir nötron yakalama kesitine - 73 ahıra sahip olmasıdır. 2 3 2 U, kimyasal araştırmalarda radyoaktif izleyiciler yönteminde kullanılır.

2 saat 2 ve sert y-kuantanın nüklid yayıcılarını içeren uzun bir bozunma zincirinin kurucusudur (2 saat 2 T şemasına göre). Toryum enerji döngüsünde 2zi üretimi sırasında 2 3 2 U'nun birikmesi kaçınılmazdır. 232 U'nun bozunmasından kaynaklanan yoğun y-radyasyonu toryum enerjisinin gelişimini engellemektedir. Alışılmadık olan şey, 2 3 2 U izotopunun, nötronların etkisi altında yüksek bir fisyon kesitine (termal nötronlar için 75 ahır) ve ayrıca yüksek bir nötron yakalama kesitine - 73 ahıra sahip olmasıdır. 2 3 2 U, kimyasal ve fiziksel araştırmalarda radyoaktif izleyici yönteminde sıklıkla kullanılır.

Uran-233- insan yapımı radyonüklid, a-yayıcı (enerji 4,824 (%82,7) ve 4,783 MeV (%14,9), Tvi= 1,585105 yıl, ana çekirdekler 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), yavru çekirdek 22 9Th. Toryumdan nükleer reaktörlerde 2 zzi elde edilir: 2 z 2 Th bir nötron yakalar ve 2 zzT'ye dönüşür, bu da 2 zzRa'ya ve ardından 2 zzi'ye bozunur. 2zi'nin (tek izotop) çekirdekleri, herhangi bir enerjideki nötronların etkisi altında hem kendiliğinden fisyon hem de fisyon yeteneğine sahiptir, bu da onu hem atom silahlarının hem de reaktör yakıtının üretimi için uygun kılar. Etkili fisyon kesiti 533 ahırdır, yakalama kesiti 52 ahırdır, nötron verimi: fisyon olayı başına - 2,54, emilen nötron başına - 2,31. 2 zzi'nin kritik kütlesi, 2 35U'nun (-16 kg) kritik kütlesinden üç kat daha azdır. Kendiliğinden fisyonun yoğunluğu 720 bölüm/s kg'dır.

Uranyum-233 aşağıdaki bozunmaların bir sonucu olarak oluşur:

- (nüklid 2 33Np'nin 3 + - bozunması (7^=36,2 dk):

Endüstriyel ölçekte, 2 32Th'den nötronlarla ışınlama yoluyla 2 zi elde edilir:

Bir nötron emildiğinde, 2 zzi çekirdeği genellikle bölünür, ancak ara sıra bir nötron yakalayarak 2 34U'ya dönüşür. 2 zzi genellikle bir nötron emdikten sonra bölünse de bazen bir nötronu tutarak 2 34U'ya dönüşür. 2 zir üretimi hem hızlı hem de termal reaktörlerde gerçekleştirilmektedir.

Silah açısından bakıldığında 2 ZZI, 2 39Pu ile karşılaştırılabilir: radyoaktivitesi 2 39Pu'nun radyoaktivitesi 1/7'dir. (Ti/ 2 = 159200 litre, Pu için 24100 litre), 2zi'nin kritik kütlesi ^Pu'nunkinden %60 daha yüksektir (16 kg'a karşı 10 kg) ve kendiliğinden fisyon oranı 20 kat daha yüksektir (bth - ' 310 10'a karşı). 2 zzi'den gelen nötron akışı, 2 39Pi'den üç kat daha yüksektir. 2zi'ye dayalı bir nükleer yük oluşturmak ^Pi'ye göre daha fazla çaba gerektirir. Ana engel, 2ZZI'de 232 U safsızlığının varlığıdır; bozunma projelerinin y-radyasyonu, 2ZZI ile çalışmayı zorlaştırır ve bitmiş silahların tespit edilmesini kolaylaştırır. Ayrıca 2 3 2 U'nun kısa yarı ömrü onu aktif bir alfa parçacıkları kaynağı yapar. %1 232 içeren 2zi ve silah sınıfı plütonyumdan üç kat daha güçlü a-aktiviteye ve buna bağlı olarak daha fazla radyotoksisiteye sahiptir. Bu a-aktivite, silah yükünün hafif elementlerinde nötronların oluşmasına neden olur. Bu sorunu en aza indirmek için Be, B, F, Li gibi elementlerin varlığının minimum düzeyde olması gerekir. Nötron arka planının varlığı patlama sistemlerinin çalışmasını etkilemez, ancak top devreleri hafif elementler için yüksek düzeyde saflık gerektirir. Silah sınıfı 2 z'deki 23 2 U içeriği milyonda 5 parçayı (%0,0005) aşmamalıdır. ) Termik güç reaktörlerinin yakıtında, 2'nin varlığı zararlı değildir ve hatta arzu edilir, çünkü uranyumun silah amaçlı kullanılma olasılığını azaltır. Kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi ve yakıtın yeniden kullanılmasından sonra 232U içeriği yaklaşık olarak ulaşır. 1 + %0,2.

2zi'nin bozunumu aşağıdaki yönlerde gerçekleşir:

22 9Th'deki bir bozunma (%10 olasılık, bozunma enerjisi 4,909 MeV):

yayılan yahr parçacıklarının enerjisi 4,729 MeV (vakaların %1,61'inde), 4,784 MeV (vakaların %13,2'sinde) ve 4,824 MeV'dir (vakaların %84,4'ünde).

• - kendiliğinden bölünme (olasılık
• - 28 Mg nüklid oluşumu ile küme bozunması (bozunma olasılığı %1,3*10_13'ten az):

24 Ne nüklit oluşumu ile küme bozunması (bozunma olasılığı 7,3-10-“%):

2 zzi'nin bozunma zinciri neptunyum serisine aittir.

2zi'nin spesifik radyoaktivitesi 3.57-8 Bq/g'dir ve bu, plütonyumun -%15'lik a-aktivitesine (ve radyotoksisitesine) karşılık gelir. Sadece %1 2 3 2 U, radyoaktiviteyi 212 mCi/g'ye yükseltir.

Uran-234(Uranüs II, UIII) doğal uranyumun bir kısmı (%0,0055), 2,445105 yıl, a-yayıcı (a-parçacıklarının enerjisi 4,777 (%72) ve

4,723 (%28 MeV), ana radyonüklidler: 2 saat 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

2 z”deki yavru izotop.

Tipik olarak 234 U, 2 saat 8 u ile dengededir ve aynı oranda bozunur ve oluşur. Doğal uranyumun radyoaktivitesinin yaklaşık yarısı 234U'dan kaynaklanmaktadır. Tipik olarak 234U, saf 2x8 Pu'nun eski preparatlarının iyon değişim kromatografisi ile elde edilir. A-bozunması sırasında, *zRi 2 34U verir, dolayısıyla 2 saatlik 8 Ru'luk eski preparatlar iyi 2 34U kaynaklarıdır. yuo g 238Pi, bir yıl sonra 776 mg 2 34U, 3 yıl sonra içerir

2,2 gr 2 34U. Yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyumdaki 2 34U konsantrasyonu, hafif izotoplarla tercihli zenginleştirme nedeniyle oldukça yüksektir. 2 34u güçlü bir y yayıcı olduğundan, yakıt olarak işlenmesi amaçlanan uranyumdaki konsantrasyonu konusunda kısıtlamalar vardır. Reaktörler için artan 234i seviyeleri kabul edilebilir, ancak yeniden işlenmiş kullanılmış yakıt zaten bu izotopun kabul edilemez seviyelerini içermektedir.

234i'nin bozunması aşağıdaki yönlerde gerçekleşir:

2 3°Т'de A bozunması (olasılık %100, bozunma enerjisi 4,857 MeV):

yayılan alfa parçacıklarının enerjisi 4,722 MeV (vakaların %28,4'ünde) ve 4,775 MeV'dir (vakaların %71,4'ünde).

• - kendiliğinden bölünme (olasılık %1,73-10-9).
• - 28 Mg nüklid oluşumu ile küme bozunması (diğer verilere göre bozunma olasılığı %1,4-10, %3,9-10):

• - 2 4Ne ve 26 Ne nüklidlerinin oluşumu ile küme bozunması (bozunma olasılığı 9-10", %2, diğer verilere göre %2,3-10_11):

Bilinen tek izomer 2 34ti'dir (Tx/ 2 = 33,5 μs).

2 34U termal nötronun soğurma kesiti 100 barn'dır ve çeşitli ara nötronlar üzerinden ortalaması alınan rezonans integrali için 700 barn'dır. Bu nedenle, termal nötron reaktörlerinde, çok daha büyük miktardaki 238U'nun (2,7 barn kesitli) 2 39Ru'ya dönüştürülmesinden daha hızlı bir şekilde bölünebilir 235U'ya dönüştürülür. Sonuç olarak kullanılmış yakıt, taze yakıttan daha az 2 34U içerir.

Uran-235 4P+3 ailesine ait olup, fisyon zincirleme reaksiyonu üretebilmektedir. Bu, nötronların etkisi altında zorla nükleer fisyon reaksiyonunun keşfedildiği ilk izotoptur. Bir nötron emildiğinde, 235U iki parçaya bölünerek enerji açığa çıkaran ve birkaç nötron yayan 2 zbi haline gelir. Herhangi bir enerjideki nötronlar tarafından bölünebilen ve kendiliğinden bölünme yeteneğine sahip olan izotop 2 35U, doğal ufanın (%0,72) bir parçasıdır, bir a-yayıcıdır (enerjiler 4,397 (%57) ve 4,367 (%18 MeV), Ti/j=7,038-8 yıl, anne nüklidleri 2 35Pa, 2 35Np ve 2 39Pu, kız çocuğu - 23Th. Kendiliğinden fisyon hızı 2 3su 0,16 fisyon/s kg. Bir adet 2 adet 35U çekirdek fisyonunda 200 MeV enerji = 3,210 p J açığa çıkar; 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Termal nötronlar tarafından fisyonun kesiti 545 ahırdır ve hızlı nötronlar tarafından - 1,22 ahır, nötron verimi: fisyon eylemi başına - 2,5, emilen nötron başına - 2,08.

Yorum. İzotop 2 sii'yi (oo ahır) üretmek için yavaş nötron yakalamaya yönelik kesit, böylece toplam yavaş nötron absorpsiyon kesiti 645 ahırdır.

• - kendiliğinden bölünme (olasılık 7*10~%9);
• - 2 °Ne, 2 5Ne ve 28 Mg nüklitlerin oluşumuyla küme bozunması (olasılıklar sırasıyla %8-io_10, 8-kg %10, 8*10",%0'dır):

Pirinç. 1.

Bilinen tek izomer 2 35n»u'dur (7/ 2 = 2b dk).

Spesifik aktivite 2 35C 7.77-4 Bq/g. Reflektörlü bir top için silah kalitesinde uranyumun kritik kütlesi (%93,5 2 35U) 15-7-23 kg'dır.

2 » 5U fisyonu atom silahlarında, enerji üretiminde ve önemli aktinitlerin sentezinde kullanılmaktadır. Zincirleme reaksiyon, 2 35C'nin bölünmesi sırasında üretilen nötronların fazlalığı nedeniyle korunur.

Uran-236 Dünya'da doğal olarak eser miktarlarda bulunur (Ay'da daha fazlası vardır), a-yayıcı (?

Pirinç. 2. Radyoaktif aile 4/7+2 (-з 8 и dahil).

Bir atom reaktöründe, 2 sz termal bir nötronu emer, ardından% 82 olasılıkla fisyona girer ve% 18 olasılıkla bir y-kuantumu yayar ve 2 sb'ye dönüşür ve (100 fisyon çekirdeği için 2 35U var) 22 tane oluşturulmuş çekirdek 2 3 6 U) . Küçük miktarlarda taze yakıtın bir parçasıdır; Uranyum bir reaktörde nötronlarla ışınlandığında birikir ve bu nedenle kullanılmış nükleer yakıt için bir "sinyal cihazı" olarak kullanılır. 2 h b ve kullanılmış nükleer yakıtın rejenerasyonu sırasında izotopların gaz difüzyonu ile ayrılması sırasında bir yan ürün olarak oluşur. 236 U, bir güç reaktöründe oluşan bir nötron zehiridir; nükleer yakıttaki varlığı, yüksek düzeyde zenginleştirme 2 35 U ile telafi edilir.

2 z b ve okyanus sularının karışmasının izleyicisi olarak kullanılır.

Uranyum-237,T&= 6,75 gün, beta ve gama yayıcı, nükleer reaksiyonlardan elde edilebilir:

Tespit 287 ve aynı doğrultuda gerçekleştirildi Ey= o,ob MeV (%36), 0,114 MeV (%0,06), 0,165 MeV (%2,0), 0,208 MeV (%23)

237U, kimyasal araştırmalarda radyoaktif izleyici yönteminde kullanılır. Atom silah testlerinden kaynaklanan serpintideki konsantrasyonun (2-4°Am) ölçülmesi, şarjın türü ve kullanılan ekipman hakkında değerli bilgiler sağlar.

Uran-238- 4P+2 ailesine aittir, yüksek enerjili nötronlar (1,1 MeV'den fazla) tarafından bölünebilir, kendiliğinden bölünme yeteneğine sahiptir, doğal uranyumun (%99,27) temelini oluşturur, a-yayıcı, 7'; /2=4>468-109 yıl, doğrudan 2 34Th'ye bozunur, genetik olarak ilişkili bir dizi radyonüklit oluşturur ve 18 üründen sonra 206 Pb'ye dönüşür. Saf 2 3 8 U'nun spesifik radyoaktivitesi 1,22-104 Bq'dur. Yarı ömür çok uzundur - yaklaşık 10-16 yıl, dolayısıyla ana süreçle (bir alfa parçacığının emisyonu) ilişkili olarak fisyon olasılığı yalnızca 10" 7'dir. Bir kilogram uranyum, saniyede yalnızca 10 kendiliğinden fisyon sağlar, ve aynı zamanda alfa parçacıkları 20 milyon çekirdek yayar: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, yavru. T,/ 2 = 2 :Ben 4 Th.

Uranyum-238 aşağıdaki bozunmaların bir sonucu olarak oluşur:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. İkincil mineraller arasında hidratlı kalsiyum uranil fosfat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 yaygındır. Minerallerdeki uranyuma genellikle diğer faydalı elementler eşlik eder - titanyum, tantal, nadir topraklar. Bu nedenle uranyum içeren cevherlerin karmaşık işlenmesi için çabalamak doğaldır.

Uranyumun temel fiziksel özellikleri: atom kütlesi 238.0289 amu. (g/mol); atom yarıçapı 138 pm (1 pm = 12 m); iyonlaşma enerjisi (ilk elektron 7,11 eV; elektronik konfigürasyon -5f36d‘7s 2; oksidasyon durumları 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; yoğunluk 19.05; özgül ısı kapasitesi 0,115 JDKmol); gerilme mukavemeti 450 MPa, füzyon ısısı 12,6 kJ/mol, buharlaşma ısısı 417 kJ/mol, özgül ısı 0,115 J/(mol-K); molar hacim 12,5 cm3/mol; karakteristik Debye sıcaklığı © D =200K, süperiletken duruma geçiş sıcaklığı yaklaşık.68K.

Uranyum ağır, gümüşi beyaz, parlak bir metaldir. Çelikten biraz daha yumuşaktır, dövülebilir, esnektir, hafif paramanyetik özelliklere sahiptir ve toz halinde piroforiktir. Uranyumun üç allotropik formu vardır: alfa (ortorombik, a-U, kafes parametreleri 0=285, b= 587, c=49b pm, 667,7°'ye kadar kararlı), beta (dörtgen, p-U, 667,7'den 774,8°'ye kadar kararlı), gama (kübik gövde merkezli kafes ile, y-U, 774,8°'den erime noktalarına kadar mevcut, frm= ii34 0), burada uranyum en dövülebilir ve işlenmeye en uygun olanıdır.

Oda sıcaklığında ortorombik a-fazı stabildir; prizmatik yapı düzleme paralel dalgalı atomik katmanlardan oluşur; ABC, son derece asimetrik prizmatik bir kafes içinde. Katmanlar içinde atomlar sıkı bir şekilde bağlanırken, bitişik katmanlardaki atomlar arasındaki bağların gücü çok daha zayıftır (Şekil 4). Bu anizotropik yapı, uranyumun diğer metallerle alaşımlanmasını zorlaştırır. Yalnızca molibden ve niyobyum, uranyumla katı fazlı alaşımlar oluşturur. Ancak uranyum metali birçok alaşımla etkileşime girerek intermetalik bileşikler oluşturabilir.

668^775° aralığında (3-uranyum) bulunur. Dörtgen tip kafes, düzleme paralel katmanlardan oluşan katmanlı bir yapıya sahiptir. ab 1/4С, 1/2 konumlarında İle ve birim hücrenin 3/4C'si. 775°'nin üzerindeki sıcaklıklarda vücut merkezli kübik kafesli y-uranyum oluşur. Molibden ilavesi, y fazının oda sıcaklığında mevcut olmasını sağlar. Molibden, y-uranyum ile geniş bir yelpazede katı çözeltiler oluşturur ve y-fazını oda sıcaklığında stabilize eder. y-Uranyum, kırılgan a- ve (3-fazlarından) çok daha yumuşak ve daha dövülebilirdir.

Nötron ışınlaması, uranyumun fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir, numunenin boyutunda bir artışa, şekil değişikliğine ve ayrıca uranyum bloklarının mekanik özelliklerinde (sürünme, gevrekleşme) keskin bir bozulmaya neden olur. nükleer reaktörün işletilmesi. Hacimdeki artış, daha düşük yoğunluğa sahip elementlerin safsızlıklarının bölünmesi sırasında uranyumun birikmesinden kaynaklanmaktadır (çeviri). 1% Uranyumun parçalanma elemanlarına dönüştürülmesi hacmi %3,4 artırır.

Pirinç. 4. Uranyumun bazı kristal yapıları: a - a-uranyum, b - p-uranyum.

Uranyumun metalik halde elde edilmesinin en yaygın yöntemleri, florürlerinin alkali veya toprak alkali metallerle indirgenmesi veya erimiş tuzların elektrolizidir. Uranyum ayrıca tungsten veya tantal içeren karbürlerden metalotermik indirgeme yoluyla da elde edilebilir.

Elektronları kolayca verme yeteneği, uranyumun indirgeyici özelliklerini ve daha büyük kimyasal aktivitesini belirler. Uranyum, soy gazlar hariç hemen hemen tüm elementlerle etkileşime girebilir ve +2, +3, +4, +5, +6 oksidasyon durumlarını elde edebilir. Çözümde ana değer 6+'dır.

Havada hızla oksitlenen metalik uranyum, yanardöner bir oksit filmi ile kaplanır. İnce uranyum tozu havada (1504-175° sıcaklıklarda) kendiliğinden tutuşarak oluşur ve;) Ov. 1000°C'de uranyum nitrojenle birleşerek sarı uranyum nitrür oluşturur. Su, metalle düşük sıcaklıklarda yavaş, yüksek sıcaklıklarda hızlı bir şekilde reaksiyona girebilir. Uranyum, kaynar su ve buharla şiddetli reaksiyona girerek uranyumla bir hidrit oluşturan hidrojeni açığa çıkarır.

Bu reaksiyon uranyumun oksijende yanmasından daha enerjiktir. Uranyumun bu kimyasal aktivitesi, nükleer reaktörlerdeki uranyumun suyla temasından korunmasını gerekli kılmaktadır.

Uranyum hidroklorik, nitrik ve diğer asitlerde çözünerek U(IV) tuzlarını oluşturur, ancak alkalilerle etkileşime girmez. Uranyum, inorganik asitlerdeki hidrojeni ve cıva, gümüş, bakır, kalay, platin ve altın gibi metallerin tuz çözeltilerini uzaklaştırır. Kuvvetli bir şekilde sallandığında uranyumun metal parçacıkları parlamaya başlar.

Uranyum atomunun elektron kabuklarının yapısal özellikleri (^/-elektronların varlığı) ve bazı fizikokimyasal özellikleri, uranyumun aktinit serisinin bir üyesi olarak sınıflandırılmasının temelini oluşturur. Ancak uranyum ile Cr, Mo ve W arasında kimyasal bir benzerlik vardır. Uranyum oldukça reaktiftir ve soy gazlar dışındaki tüm elementlerle reaksiyona girer. Katı fazda U(VI) örnekleri, uranil trioksit U03 ve uranil klorür U02C12'dir. Uranyum tetraklorür UC1 4 ve uranyum dioksit U0 2

U(IV) örnekleri. U(IV) içeren maddeler genellikle kararsızdır ve uzun süre havaya maruz kaldığında altı değerlikli hale gelir.

Uranyum-oksijen sisteminde altı oksit bulunur: UO, U0 2, U 4 0 9 ve 3 Ov, U0 3. Geniş bir homojenlik yelpazesi ile karakterize edilirler. U0 2 bazik bir oksittir, U0 3 ise amfoteriktir. U0 3 - en önemlileri diuranik asit H 2 U 2 0 7 ve uranik asit H 2 1U 4 olan bir dizi hidrat oluşturmak üzere suyla etkileşime girer. Alkalilerle U0 3, bu asitlerin - uranatların tuzlarını oluşturur. U03 asitler içinde çözündüğünde çift yüklü uranil katyonu U02a+'nın tuzları oluşur.

Stokiyometrik bileşime sahip Uranyum dioksit, U0 2 kahverengidir. Oksitteki oksijen içeriği arttıkça renk koyu kahverengiden siyaha doğru değişir. CaF 2 tipinin kristal yapısı, A = 0,547 nm; yoğunluk 10,96 g/cm"* (uranyum oksitler arasında en yüksek yoğunluk). T , pl =2875 0 , Teşekkürler = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Uranyum dioksit, delik iletkenliğine ve güçlü bir paramıknatısa sahip bir yarı iletkendir. MPC = 0,015 mg/m3. Suda çözünmez. -200° sıcaklıkta oksijen ekleyerek U0 2>25 bileşimine ulaşır.

Uranyum (IV) oksit aşağıdaki reaksiyonlarla hazırlanabilir:

Uranyum dioksit yalnızca temel özellikler gösterir; daha sonra hidratlı hidroksit U0 2 H 2 0'ya dönüştürülen bazik hidroksit U(OH) 4'e karşılık gelir. Uranyum dioksit, atmosferik oksijenin yokluğunda güçlü oksitleyici olmayan asitlerde yavaş yavaş çözünür. III + iyonlarının oluşumu:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)

Konsantre asitlerde çözünür ve flor iyonu eklenerek çözünme hızı önemli ölçüde arttırılabilir.

Nitrik asit içinde çözündüğünde uranil iyonu 1O22+ oluşumu meydana gelir:

Triuranyum oktaoksit U 3 0s (uranyum oksit), rengi siyahtan koyu yeşile kadar değişen bir tozdur; kuvvetlice ezildiğinde zeytin yeşili rengine döner. Büyük siyah kristaller porselen üzerinde yeşil çizgiler bırakır. U 3 0'un üç kristal modifikasyonu bilinmektedir h: a-U3C>8 - eşkenar dörtgen kristal yapısı (uzay grubu C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = 0,83 nm; D =0,839 nm); p-U 3 0e - eşkenar dörtgen kristal yapısı (uzay grubu Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Ayrışmanın başlangıcı oooo°'dir (100 2'ye geçiş), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 aşağıdaki reaksiyonla elde edilebilir:

U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 veya (NH 4) 2 U 2 0 7'nin havada veya oksijen atmosferinde 750 0'de kalsinasyonuyla ( p = 150+750 mmHg) stokiyometrik olarak saf U 3 08 elde edilir.

U 3 0'lar T>oooo°'de kalsine edildiğinde 10 2'ye düşürülür, ancak havada soğutulduğunda U 3 0'lara geri döner. U 3 0e yalnızca konsantre güçlü asitlerde çözünür. Hidroklorik ve sülfürik asitlerde U(IV) ve U(VI) karışımı, nitrik asitte ise uranil nitrat oluşur. Seyreltik sülfürik ve hidroklorik asitler ısıtıldığında bile U3O'larla çok zayıf reaksiyona girer; oksitleyici maddelerin (nitrik asit, pirolusit) eklenmesi çözünme hızını keskin bir şekilde artırır. Konsantre H2S04, U3Os'u çözerek U(S04)2 ve U02S04'ü oluşturur. Nitrik asit U3Oe'yi çözerek uranil nitratı oluşturur.

Uranyum trioksit, U0 3 - parlak sarı renkte kristal veya amorf bir madde. Su ile reaksiyona girer. MPC = 0,075 mg/m3.

Amonyum poliuranatların, uranyum peroksitin, uranil oksalatın 300-500°'de ve uranil nitrat hekzahidratın kalsine edilmesiyle elde edilir. Bu, yoğunlukta amorf bir yapıya sahip turuncu bir toz üretir.

6,8 g/cm2. IU3'ün kristal formu, U308'in 450°saat-750° sıcaklıklarda bir oksijen akışında oksidasyonu yoluyla elde edilebilir. U0 3'ün altı kristal modifikasyonu vardır (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 higroskopiktir ve nemli havada uranil hidroksite dönüşür. 520°-^6oo°'de ısıtılması bileşimin bir bileşiğini verir. 1U 2>9, 6oo°'ye daha fazla ısıtmak U3Os elde edilmesini sağlar.

Hidrojen, amonyak, karbon, alkali ve alkalin toprak metalleri U0 3'ü U0 2'ye düşürür. HF ve NH3 gazlarının bir karışımını geçerken UF 4 oluşur. Daha yüksek değerlikte uranyum amfoterik özellikler sergiler. U0 3 asitlerine veya hidratlarına maruz kaldığında sarı-yeşil renkte uranil tuzları (U0 2 2+) oluşur:

Uranil tuzlarının çoğu suda oldukça çözünür.

Alkalilerle birleştirildiğinde U0 3, uranik asit tuzları oluşturur - MDKH uranatlar:

Alkali çözeltilerle uranyum trioksit, poliuranik asitlerin tuzlarını oluşturur - poliuranatlar DHM 2 Oy1U 3 pH^O.

Uranik asit tuzları suda pratik olarak çözünmez.

U(VI)'nın asidik özellikleri bazik olanlardan daha az belirgindir.

Uranyum oda sıcaklığında flor ile reaksiyona girer. Yüksek halojenürlerin stabilitesi florürlerden iyodürlere doğru azalır. UF 3, U4F17, U2F9 ve UF 4 florürleri uçucu değildir ve UFe uçucudur. En önemli florürler UF 4 ve UFe'dir.

Uygulamaya göre Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart:

Akışkan yataktaki reaksiyon aşağıdaki denkleme göre gerçekleştirilir:

Florlama maddelerinin kullanılması mümkündür: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) veya CC1 2 F2 (Freon-12):

Uranyum florür (1U) UF 4 (“yeşil tuz”) mavimsi-yeşilimsi ila zümrüt renginde bir tozdur. G11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Kristal yapısı monokliniktir (sp. gp. C2/s; 0=1.273 nm; 5=1.075 nm; 0=0.843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; yoğunluk 6,72 g/cm3. UF 4 kararlı, inaktif, uçucu olmayan bir bileşiktir, suda az çözünür. UF 4 için en iyi çözücü dumanlı perklorik asit HC10 4'tür. Oksitleyici asitlerde çözünerek oluşturmak üzere bir uranil tuzu; sıcak bir Al(N03)3 veya AlC13 çözeltisinin yanı sıra, H2S04, HC104 veya HC1 ile asitlendirilmiş bir borik asit çözeltisi içinde hızlı bir şekilde çözünür. örneğin Fe3 +, Al3 + veya borik asit de UF 4'ün çözünmesine katkıda bulunur. Diğer metallerin florürleri ile bir dizi zayıf çözünür çift tuz oluşturur (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, vb.). 4 UF 5 endüstriyel öneme sahiptir).

U(IV) florür preparasyonda bir ara üründür

hem UF6 hem de uranyum metali.

UF 4 reaksiyonlarla elde edilebilir:

veya uranil florürün elektrolitik indirgenmesi yoluyla.

Uranyum hekzaflorür UFe - oda sıcaklığında, yüksek kırılma indeksine sahip fildişi renkli kristaller. Yoğunluk

5,09 g/cm2, sıvı UFe'nin yoğunluğu - 3,63 g/cm2. Uçucu bileşik. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (basınç altında). Doymuş buhar basıncı atmosfere 560° sıcaklıkta ulaşır. Oluşum entalpisi AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Kristal yapısı ortorombiktir (uzay grubu. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o.5207 nm; D 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015 mg/m3. UF6, katı halden geniş bir basınç aralığında sıvı fazı atlayarak bir gaza süblimleşebilir (süblimleşebilir). 50 0 50 kJ/mg'de süblimleşme ısısı. Molekülün dipol momenti yoktur, dolayısıyla UF6 birleşmez. UFr buharı ideal bir gazdır.

Florun U bileşiği üzerindeki etkisi ile elde edilir:

Gaz fazı reaksiyonlarının yanı sıra sıvı faz reaksiyonları da vardır.

örneğin haloflorürler kullanarak UF6 üretmek

UF6'yı flor kullanmadan elde etmenin bir yolu vardır - UF4'ün oksidasyonu ile:

UFe kuru hava, oksijen, nitrojen ve C0 2 ile reaksiyona girmez, ancak su ile temas ettiğinde, hatta izleri bile hidrolize uğrar:

Çoğu metalle etkileşime girerek florürlerini oluşturur ve bu da depolama yöntemlerini zorlaştırır. UF6 ile çalışmak için uygun kap malzemeleri şunlardır: ısıtıldığında Ni, Monel ve Pt, soğukta - ayrıca Teflon, kesinlikle kuru kuvars ve cam, bakır ve alüminyum. 25-0°C sıcaklıklarda alkali metallerin florürleri ve 3NaFUFr>, 3KF2UF6 tipi gümüş ile kompleks bileşikler oluşturur.

Çeşitli organik sıvılarda, inorganik asitlerde ve tüm haloflorürlerde iyi çözünür. Kurumaya karşı inert 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr, çoğu saf metalle indirgeme reaksiyonları ile karakterize edilir. UF6, hidrokarbonlar ve diğer organik maddelerle güçlü bir şekilde reaksiyona girer, bu nedenle UFe içeren kapalı kaplar patlayabilir. 25 -r100° aralığındaki UF6, alkali ve diğer metallerin florürleri ile kompleks tuzlar oluşturur. Bu özellik, UF'nin seçici ekstraksiyonu teknolojisinde kullanılır.

Uranyum hidritler UH2 ve UH3, tuz benzeri hidritler ile metaldeki katı hidrojen çözeltileri tipindeki hidritler arasında bir ara pozisyonda bulunur.

Uranyum nitrojenle reaksiyona girdiğinde nitrürler oluşur. U-N sisteminde bilinen dört faz vardır: UN (uranyum nitrür), a-U 2 N 3 (seskuinitrid), p- U 2 N 3 ve BM If90. UN 2 (dinitrid) bileşimine ulaşmak mümkün değildir. Uranyum mononitrür UN sentezleri güvenilirdir ve iyi kontrol edilir; bunlar en iyi şekilde doğrudan elementlerden gerçekleştirilir. Uranyum nitrürler, rengi koyu griden griye değişen toz halindeki maddelerdir; metale benziyor. UN, NaCl (0 = 4,8892 A) gibi kübik yüzey merkezli bir kristal yapıya sahiptir; (/=14.324, 7^=2855°, vakumda 1700 0'a kadar stabildir. U veya U hidrürün N2 ile reaksiyona sokulmasıyla hazırlanır. veya NH3, daha yüksek U nitrürlerin 1300°'de ayrışması veya bunların uranyum metali ile indirgenmesi. U2N3'ün iki polimorfik modifikasyonu bilinmektedir: kübik a ve altıgen p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), 800°'nin üzerindeki bir vakumda N2'yi serbest bırakır. UN 2'nin hidrojen ile indirgenmesiyle elde edilir. UN2 dinitrid, U'nun yüksek N2 basıncı altında N2 ile reaksiyona sokulmasıyla sentezlenir. Uranyum nitrürler asitlerde ve alkali çözeltilerde kolayca çözünür, ancak erimiş alkaliler tarafından ayrıştırılır.

Uranyum nitrür, uranyum oksidin iki aşamalı karbotermik indirgenmesiyle elde edilir:

Argonda 7M450 0'da 10*20 saat ısıtma

UN 2 dinitride yakın bir bileşime sahip uranyum nitrür, UF 4'ün yüksek sıcaklık ve basınçta amonyağa maruz bırakılmasıyla elde edilebilir.

Uranyum dinitrür ısıtıldığında ayrışır:

2 35 U'da zenginleştirilmiş uranyum nitrür, modern güç reaktörlerinin geleneksel yakıtı olan uranyum oksitlerden daha yüksek bir fisyon yoğunluğuna, termal iletkenliğe ve erime noktasına sahiptir. Aynı zamanda geleneksel yakıtlara göre üstün mekanik özelliklere ve stabiliteye sahiptir. Bu nedenle, bu bileşiğin hızlı nötron reaktörlerinde (IV. nesil nükleer reaktörler) nükleer yakıt için umut verici bir temel olduğu düşünülmektedir.

Yorum. BM’yi ‘5N’ ile zenginleştirmek çok faydalı çünkü .4 N, (n,p) reaksiyonu yoluyla radyoaktif izotop 14 C'yi üreterek nötronları yakalama eğilimindedir.

Uranyum karbür UC 2 (?-fazı), metalik parlaklığa sahip açık gri kristalli bir maddedir. U-C sisteminde (uranyum karbürler), UC2 (?-fazı), UC2 (b 2-fazı), U2C3 (e-fazı), UC (b 2-fazı) - uranyum karbürleri vardır. Uranyum dikarbür UC 2 aşağıdaki reaksiyonlarla elde edilebilir:

U + 2C^UC 2 (54v)

Uranyum karbürler nükleer reaktörler için yakıt olarak kullanılıyor; uzay roketi motorları için umut verici yakıt olarak kullanılıyorlar.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Bu tuzdaki metalin rolü, uranil 2+ katyonu tarafından oynanır. Yeşilimsi bir renk tonuna sahip sarı kristaller, suda kolayca çözünür. Sulu bir çözelti asidiktir. Etanol, aseton ve eterde çözünür, benzen, toluen ve kloroformda çözünmez. Isıtıldığında kristaller erir ve HN03 ve H20 açığa çıkar. Kristalin hidrat havada kolayca buharlaşır. Karakteristik bir reaksiyon, NH3'ün etkisi altında sarı bir amonyum uranyum çökeltisinin oluşmasıdır.

Uranyum metal-organik bileşikler oluşturma yeteneğine sahiptir. Örnekler U(C5H5)4 bileşiminin siklopentadienil türevleri ve bunların halojenle ikame edilmiş u(C5H5)3G veya u(C5H5)2G2'dir.

Sulu çözeltilerde uranyum, U0 2 2+ uranil iyonu formundaki U(VI)'nın oksidasyon durumunda en kararlıdır. Daha az bir ölçüde U(IV) durumuyla karakterize edilir, ancak U(III) formunda da oluşabilir. U(V)'nin oksidasyon durumu IO2+ iyonu olarak mevcut olabilir, ancak bu durum orantısızlığa ve hidrolize eğilimi nedeniyle nadiren gözlemlenir.

Nötr ve asidik çözeltilerde U(VI), sarı bir uranil iyonu olan U0 2 2+ formunda bulunur. İyi çözünür uranil tuzları arasında nitrat U0 2 (N0 3) 2, sülfat U0 2 S0 4, klorür U0 2 C1 2, florür U0 2 F2, asetat U0 2 (CH3 C00) 2 bulunur. Bu tuzlar, farklı sayıda su molekülüne sahip kristalin hidratlar formundaki çözeltilerden salınır. Hafifçe çözünür uranil tuzları şunlardır: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfatlar U0 2 HP0 ve UO2P2O4, amonyum uranil fosfat UO2NH4PO4, sodyum uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferrosiyanür (U0 2) 2. Uranil iyonu, karmaşık bileşikler oluşturma eğilimi ile karakterize edilir. Böylece -, 4- tipi flor iyonlarına sahip kompleksler bilinmektedir; nitrat kompleksleri ' ve 2*; sülfürik asit kompleksleri 2 " ve 4-; karbonat kompleksleri 4 " ve 2 ", vb. Alkaliler, uranil tuzlarının çözeltileri üzerinde etkili olduğunda, Me 2 U 2 0 7 tipi diuranatların az çözünür çökeltileri açığa çıkar (monouranatlar Me 2 U0 4) çözeltilerden izole edilmezler, uranyum oksitlerin alkalilerle füzyonu yoluyla elde edilirler (örneğin, Na 2 U60i 9).

U(VI), asidik çözeltilerde demir, çinko, alüminyum, sodyum hidrosülfit ve sodyum amalgam ile U(IV)'e indirgenir. Çözümler yeşil renktedir. Alkaliler bunlardan çökelir: hidroksit U0 2 (0H) 2, hidroflorik asit - florür UF 4 -2.5H 2 0, oksalik asit - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. U 4+ iyonunun eğilimi vardır: uranil iyonlarından daha az kompleks oluşturur.

Çözeltideki Uranyum (IV), yüksek oranda hidrolize ve hidratlanmış U 4+ iyonları formundadır:

Asidik çözeltilerde hidroliz baskılanır.

Çözeltideki Uranyum (VI), uranil oksokasyonu oluşturur - U0 2 2+ Çok sayıda uranil bileşiği bilinmektedir, bunların örnekleri şunlardır: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH4) ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, vb.

Uranil iyonunun hidrolizi üzerine bir dizi çok çekirdekli kompleks oluşur:

Daha fazla hidroliz ile U3 0s(0H)2 ve ardından U3 0 8 (0H)4 2 - ortaya çıkar.

Uranyumun niteliksel tespiti için kimyasal, ışıldayan, radyometrik ve spektral analiz yöntemleri kullanılır. Kimyasal yöntemler ağırlıklı olarak renkli bileşiklerin oluşumuna dayanmaktadır (örneğin, ferrosiyanürlü bir bileşiğin kırmızı-kahverengi rengi, hidrojen peroksitli sarı, arsenazo reaktifi ile mavi). Lüminesans yöntemi, birçok uranyum bileşiğinin UV ışınlarına maruz kaldığında sarımsı-yeşilimsi bir parıltı üretme yeteneğine dayanmaktadır.

Uranyumun kantitatif tespiti çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Bunlardan en önemlileri şunlardır: U(VI)'nın U(IV)'e indirgenmesini ve ardından oksitleyici ajanların çözeltileriyle titrasyonunu içeren hacimsel yöntemler; gravimetrik yöntemler - uranatların, peroksitin, U(IV) cupferranatların, hidroksikinolat, oksalatın vb. çökeltilmesi. ardından 00°'de kalsinasyon ve U30s tartımı; nitrat çözeltisindeki polarografik yöntemler, 10*7-g10-9 g uranyumun belirlenmesini mümkün kılar; çok sayıda kolorimetrik yöntem (örneğin, bir alkalin ortamda H202 ile, EDTA varlığında arsenazo reaktifi ile, dibenzoilmetan ile, bir tiyosiyanat kompleksi formunda vb.); NaF ile ne zaman kaynaştığını belirlemeyi mümkün kılan ışıldayan yöntem Yu 11 g uranyum.

235U, radyasyon tehlikesi grubu A'ya aittir, minimum anlamlı aktivite MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8'dir ve - grup D'ye göre MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

URANÜS (adını kısa bir süre önce keşfedilen Uranüs gezegeninden almıştır; enlem. uranyum * a. uranyum; n. Uran; f. uranyum; i. uranio), U, Mendeleev periyodik sisteminin III. grubuna ait radyoaktif bir kimyasal elementtir, atom numarası 92, atom kütlesi 238.0289, aktinitlere aittir. Doğal uranyum üç izotopun karışımından oluşur: 238 U (%99,282, T 1/2 4,468,10 9 yıl), 235 U (%0,712, T 1/2 0,704,10 9 yıl), 234 U (%0,006, T 1) /2 0.244.10 6 yıl). Ayrıca kütle sayıları 227'den 240'a kadar olan 11 adet bilinen yapay radyoaktif uranyum izotopu vardır. 238 U ve 235 U, iki doğal bozunma serisinin kurucularıdır ve bunun sonucunda sırasıyla 206 Pb ve 207 Pb kararlı izotoplarına dönüşürler.

Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager M. G. Klaproth tarafından UO 2 formunda keşfedildi. Uranyum metali 1841 yılında Fransız kimyager E. Peligot tarafından elde edildi. Uzun bir süre boyunca uranyumun kullanımı çok sınırlıydı ve ancak 1896'da radyoaktivitenin keşfedilmesiyle üzerinde çalışılması ve kullanılması başladı.

Uranyumun özellikleri

Serbest haldeki uranyum açık gri bir metaldir; 667,7°C'nin altında ortorombik (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kristal kafes (a-modifikasyonu) ile karakterize edilir, 667,7-774°C sıcaklık aralığında - tetragonal (a = 1,0759 nm) , c = 0,5656 nm; G-modifikasyonu), daha yüksek bir sıcaklıkta - vücut merkezli kübik kafes (a = 0,3538 nm, g-modifikasyonu). Yoğunluk 18700 kg/m3, erime noktası 1135°C, kaynama noktası yaklaşık 3818°C, molar ısı kapasitesi 27,66 J/(mol.K), elektriksel direnç 29,0,10 -4 (Ohm.m), termal iletkenlik 22, 5 W/(m.K), doğrusal genleşmenin sıcaklık katsayısı 10.7.10 -6 K -1. Uranyumun süperiletken duruma geçiş sıcaklığı 0,68 K'dir; zayıf paramanyetik, spesifik manyetik duyarlılık 1.72.10 -6. 235 U ve 233 U çekirdekleri kendiliğinden fisyona uğradığı gibi, yavaş ve hızlı nötronların yakalanması üzerine, 238 U fisyonu yalnızca hızlı (1 MeV'den fazla) nötronların yakalanması üzerine gerçekleşir. Yavaş nötronlar yakalandığında 238 U, 239 Pu'ya dönüşür. Sulu çözeltilerdeki kritik uranyum kütlesi (%93,5 235U) 1 kg'dan azdır, açık bir top için yaklaşık 50 kg'dır; 233 U için kritik kütle, 235 U'nun kritik kütlesinin yaklaşık 1/3'üdür.

Doğada eğitim ve bakım

Uranyumun ana tüketicisi nükleer enerjidir (nükleer reaktörler, nükleer santraller). Ayrıca uranyum nükleer silah üretiminde de kullanılıyor. Uranyum kullanımının diğer tüm alanları kesinlikle ikinci derecede öneme sahiptir.

Makalenin içeriği

URANÜS, U (uranyum), Ac, Th, Pa, U ve transuranyum elementlerini (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) içeren aktinit ailesinden bir metal kimyasal element. Uranyum, nükleer silahlarda ve nükleer enerjide kullanılması nedeniyle önem kazanmıştır. Uranyum oksitler ayrıca cam ve seramiklerin renklendirilmesinde de kullanılır.

Doğada olmak.

Yerkabuğundaki uranyum içeriği %0,003 olup, yer kabuğunda dört tip çökelti halinde bulunur. Birincisi, bunlar uranyum açısından çok zengin, ancak nadir olan uraninit veya uranyum zifti (uranyum dioksit UO 2) damarlarıdır. Radyum, uranyumun izotop bozunmasının doğrudan bir ürünü olduğundan, bunlara radyum birikintileri eşlik eder. Bu tür damarlar Zaire, Kanada (Büyük Ayı Gölü), Çek Cumhuriyeti ve Fransa'da bulunur. Uranyumun ikinci kaynağı toryum ve uranyum cevherleri ile diğer önemli minerallerin cevherlerinden oluşan konglomeralardır. Konglomeralar genellikle geri kazanılacak yeterli miktarda altın ve gümüş içerir; uranyum ve toryum da ilişkili elementlerdir. Bu cevherlerin büyük yatakları Kanada, Güney Afrika, Rusya ve Avustralya'da bulunmaktadır. Uranyumun üçüncü kaynağı, uranyumun yanı sıra önemli miktarda vanadyum ve diğer elementleri içeren karnotit (potasyum uranil vanadat) minerali bakımından zengin tortul kayaçlar ve kumtaşlarıdır. Bu tür cevherler Amerika Birleşik Devletleri'nin batı eyaletlerinde bulunur. Demir-uranyum şistleri ve fosfat cevherleri dördüncü tortu kaynağını oluşturur. İsveç şeyllerinde zengin yataklar bulunur. Fas ve ABD'deki bazı fosfat cevherleri önemli miktarda uranyum içeriyor; Angola ve Orta Afrika Cumhuriyeti'ndeki fosfat yatakları ise uranyum açısından daha da zengin. Çoğu linyit ve bazı kömürler genellikle uranyum safsızlıkları içerir. Uranyum açısından zengin linyit yatakları Kuzey ve Güney Dakota'da (ABD) ve bitümlü kömürler İspanya ve Çek Cumhuriyeti'nde bulunmuştur.

Açılış.

Uranüs, 1789 yılında, elemente 8 yıl önce Uranüs gezegeninin keşfinin onuruna isim veren Alman kimyager M. Klaproth tarafından keşfedildi. (Klaproth zamanının önde gelen kimyageriydi; ayrıca Ce, Ti ve Zr dahil diğer elementleri de keşfetti.) Aslında Klaproth'un elde ettiği madde elementel uranyum değil, onun oksitlenmiş haliydi ve elemental uranyum ilk kez Fransız kimyager E. .Peligo, 1841'de. Keşfedildiği andan 20. yüzyıla kadar. Uranyumun birçok fiziksel özelliğinin yanı sıra atomik kütlesi ve yoğunluğu belirlenmiş olmasına rağmen, bugün sahip olduğu öneme sahip değildi. 1896 yılında A. Becquerel, uranyum tuzlarının karanlıkta bir fotoğraf plakasını aydınlatan radyasyona sahip olduğunu tespit etti. Bu keşif kimyagerleri radyoaktivite alanında araştırmaya yöneltti ve 1898'de Fransız fizikçilerin eşleri P. Curie ve M. Sklodowska-Curie radyoaktif elementler polonyum ve radyumun tuzlarını izole ettiler ve E. Rutherford, F. Soddy, K. Fayans ve diğer bilim adamları, modern nükleer kimyanın ve nükleer enerjinin temellerini atan radyoaktif bozunma teorisini geliştirdiler.

Uranyumun ilk kullanımları.

Uranyum tuzlarının radyoaktivitesi bilinmesine rağmen, bu yüzyılın ilk üçte birindeki cevherleri yalnızca beraberindeki radyumu elde etmek için kullanıldı ve uranyum, istenmeyen bir yan ürün olarak kabul edildi. Kullanımı esas olarak seramik teknolojisi ve metalurjide yoğunlaşmıştı; Uranyum oksitler camları soluk sarıdan koyu yeşile kadar renklendirmek için yaygın olarak kullanıldı ve bu da ucuz cam üretiminin geliştirilmesine katkıda bulundu. Günümüzde bu endüstrilerden elde edilen ürünlerin ultraviyole ışınlar altında floresan olduğu tanımlanmaktadır. Birinci Dünya Savaşı sırasında ve kısa bir süre sonra, Mo ve W'ye benzer şekilde takım çeliklerinin üretiminde karbür formundaki uranyum kullanıldı; O zamanlar üretimi sınırlı olan tungstenin yerini %4-8 oranında uranyum aldı. 1914-1926'da takım çelikleri elde etmek için yılda %30'a kadar U içeren birkaç ton ferroranyum üretildi. Ancak uranyumun bu kullanımı uzun sürmedi.

Uranyumun modern kullanımları.

Uranyum endüstrisi, 1939 yılında uranyum izotopu 235 U'nun fisyonunun gerçekleştirilmesiyle şekillenmeye başladı ve bu, Aralık 1942'de uranyum fisyonunun kontrollü zincirleme reaksiyonlarının teknik olarak uygulanmasına yol açtı. Bu, atom çağının doğuşuydu. Uranyumun önemsiz bir elementten yaşam toplumundaki en önemli unsurlardan birine dönüştüğü zaman. Uranyumun atom bombasının üretimindeki askeri önemi ve nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılması, uranyuma olan talebin astronomik düzeyde artmasına neden oldu. Büyük Ayı Gölü'ndeki (Kanada) çökeltilerin geçmişine dayanan uranyum talebindeki artışın kronolojisi ilginçtir. 1930 yılında bu gölde uranyum oksit karışımı olan katran blende keşfedilmiş ve 1932 yılında bu alanda radyum saflaştırma teknolojisi kurulmuştur. Her ton cevherden (reçine blende) 1 g radyum ve yaklaşık yarım ton yan ürün olan uranyum konsantresi elde edildi. Ancak çok az radyum vardı ve madenciliği durduruldu. 1940'tan 1942'ye kadar geliştirme yeniden başlatıldı ve uranyum cevheri Amerika Birleşik Devletleri'ne gönderilmeye başlandı. 1949'da, bazı iyileştirmelerle birlikte benzer uranyum saflaştırması, saf UO2 üretmek için kullanıldı. Bu üretim büyümüş ve şu anda en büyük uranyum üretim tesislerinden biri haline gelmiştir.

Özellikler.

Uranyum doğada bulunan en ağır elementlerden biridir. Saf metal çok yoğun, sünek, elektropozitif, düşük elektrik iletkenliğine sahip ve oldukça reaktiftir.

Uranyumun üç allotropik modifikasyonu vardır: A-uranyum (ortorombik kristal kafes), oda sıcaklığı ile 668 ° C arasında bulunur; B-uranyum (tetragonal tipte karmaşık kristal kafes), 668–774° C aralığında kararlı; G-uranyum (cisim merkezli kübik kristal kafes), 774° C'den erime noktasına (1132° C) kadar stabildir. Uranyumun tüm izotopları kararsız olduğundan tüm bileşikleri radyoaktivite gösterir.

Uranyum izotopları

238 U, 235 U, 234 U doğada 99.3:0.7:0.0058 oranında, 236 U ise eser miktarda bulunur. Uranyumun 226 U'dan 242 U'ya kadar diğer tüm izotopları yapay olarak elde edilir. İzotop 235 U özellikle önemlidir. Yavaş (termal) nötronların etkisi altında bölünerek muazzam bir enerji açığa çıkarır. 235 U'nun tam bölünmesi, 2H 10 7 kWh h/kg'lık bir “termal enerji eşdeğerinin” salınmasına yol açar. 235 U'nun bölünmesi yalnızca büyük miktarlarda enerji üretmek için değil aynı zamanda diğer önemli aktinit elementlerini sentezlemek için de kullanılabilir. Doğal izotop uranyum, nükleer reaktörlerde 235 U'luk fisyonla üretilen nötronları üretmek için kullanılabilirken, zincir reaksiyonunun gerektirmediği fazla nötronlar başka bir doğal izotop tarafından yakalanarak plütonyum üretimiyle sonuçlanabilir:

238 U hızlı nötronlarla bombardıman edildiğinde aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir:

Bu şemaya göre, en yaygın izotop 238 U, 235 U gibi yavaş nötronların etkisi altında da fisyon yapabilen plütonyum-239'a dönüştürülebilir.

Şu anda çok sayıda yapay uranyum izotopu elde edilmiştir. Bunların arasında 233 U özellikle dikkat çekicidir çünkü yavaş nötronlarla etkileşime girdiğinde de fisyona uğrar.

Uranyumun diğer bazı yapay izotopları, kimyasal ve fiziksel araştırmalarda sıklıkla radyoaktif izleyiciler olarak kullanılır; bu her şeyden önce B- verici 237 U ve A- verici 232 U.

Bağlantılar.

Oldukça reaktif bir metal olan Uranyum, +3'ten +6'ya kadar oksidasyon durumlarına sahiptir, aktivite serisinde berilyuma yakındır, tüm metal olmayanlarla etkileşime girer ve Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg ile intermetalik bileşikler oluşturur , Mg, Ni, Pb, Sn ve Zn. İnce ezilmiş uranyum özellikle reaktiftir ve 500 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıklıkla uranyum hidrürün karakteristik reaksiyonlarına girer. Parça halindeki uranyum veya talaşlar 700–1000° C'de parlak bir şekilde yanar ve uranyum buharı zaten 150–250° C'de yanar; uranyum 200–400° C'de HF ile reaksiyona girerek UF4 ve H2 oluşturur. Uranyum, konsantre HF veya H2S04 ve %85 H3P04'te 90 ° C'de bile yavaş yavaş çözünür, ancak kons. ile kolayca reaksiyona girer. HCl ve HBr veya HI ile daha az aktif. Uranyumun seyreltik ve konsantre HNO3 ile en aktif ve hızlı reaksiyonları, uranil nitratın oluşumuyla meydana gelir ( aşağıya bakın). HCl varlığında uranyum organik asitlerde hızla çözünür ve organik U4+ tuzları oluşturur. Oksidasyon derecesine bağlı olarak uranyum birkaç tür tuz oluşturur (bunlardan en önemlileri U 4+'dır, bunlardan biri UCl 4 kolayca oksitlenen yeşil tuzdur); UO 2 (NO 3) 2 tipi uranil tuzları (radikal UO 2 2+) sarı renkte ve floresan yeşildir. Uranil tuzları, amfoterik oksit UO3'ün (sarı renkli) asidik bir ortamda çözülmesiyle oluşturulur. Alkali bir ortamda UO3, Na2UO4 veya Na2U207 gibi uranatlar oluşturur. İkinci bileşik (“sarı uranil”) porselen sırların ve floresan camların üretiminde kullanılır.

Uranyum halojenürler, atom bombası veya nükleer reaktör için uranyum izotoplarını ayırmaya yönelik yöntemler geliştirmek için kullanıldıkları için 1940-1950'de geniş çapta araştırıldı. Uranyum triflorür UF3, UF4'ün hidrojen ile indirgenmesiyle elde edildi ve uranyum tetraflorür UF4, HF'nin UO3 veya U308 gibi oksitlerle reaksiyona sokulması veya uranil bileşiklerinin elektrolitik indirgenmesi yoluyla çeşitli yollarla elde edildi. Uranyum hekzaflorür UF6, U veya UF4'ün elementel flor ile florlanması veya oksijenin UF4 üzerindeki etkisi yoluyla elde edilir. Heksaflorür, 64 ° C'de (1137 mm Hg) yüksek kırılma indeksine sahip şeffaf kristaller oluşturur; bileşik uçucudur (normal basınç altında 56.54 ° C'de süblimleşir). Uranyum oksohalojenürler, örneğin oksoflorürler, UO2F2 (uranil florür), UOF2 (uranyum oksit diflorür) bileşimine sahiptir.

Son yıllarda nükleer enerji konusu giderek daha önemli hale geldi. Nükleer enerji üretmek için uranyum gibi bir malzemenin kullanılması yaygındır. Aktinit ailesine ait kimyasal bir elementtir.

Bu elementin kimyasal aktivitesi, serbest formda bulunmadığını belirler. Üretimi için uranyum cevherleri adı verilen mineral oluşumları kullanılır. Bu kimyasal elementin çıkarılmasının ekonomik olarak rasyonel ve karlı olarak değerlendirilmesine olanak tanıyan miktarda yakıtı yoğunlaştırıyorlar. Şu anda gezegenimizin bağırsaklarında bu metalin içeriği altın rezervlerini aşıyor. 1000 kez(santimetre. ). Genel olarak bu kimyasal elementin toprakta, su ortamında ve kayalarda birikintilerinin 200.000'den fazla olduğu tahmin edilmektedir. 5 milyon ton.

Serbest durumda uranyum, 3 allotropik modifikasyonla karakterize edilen gri-beyaz bir metaldir: eşkenar dörtgen kristal, dörtgen ve vücut merkezli kübik kafesler. Bu kimyasal elementin kaynama noktası 4200°C.

Uranyum kimyasal olarak aktif bir maddedir. Havada bu element yavaş yavaş oksitlenir, asitlerde kolayca çözünür, suyla reaksiyona girer, ancak alkalilerle etkileşime girmez.

Rusya'daki uranyum cevherleri genellikle çeşitli kriterlere göre sınıflandırılmaktadır. Çoğu zaman eğitim açısından farklılık gösterirler. Evet var endojen, ekzojen ve metamorfojenik cevherler. İlk durumda yüksek sıcaklık, nem ve pegmatit erimelerinin etkisi altında oluşan mineral oluşumlarıdır. Dışsal uranyum mineral oluşumları yüzey koşullarında meydana gelir. Doğrudan dünyanın yüzeyinde oluşabilirler. Bu, yeraltı suyunun dolaşımı ve çökeltilerin birikmesi nedeniyle oluşur. Metamorfojenik mineral oluşumları, başlangıçta dağılmış uranyumun yeniden dağıtımının bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Uranyum içeriğinin düzeyine göre bu doğal oluşumlar şunlar olabilir:

• süper zengin (%0,3'ün üzerinde);
• zengin (%0,1 ila %0,3);
• özel kişiler (%0,05'ten %0,1'e);
• zayıf (%0,03'ten %0,05'e);
• bilanço dışı (%0,01'den %0,03'e).

Uranyumun modern kullanımları

Günümüzde uranyum çoğunlukla roket motorları ve nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılıyor. Bu malzemenin özellikleri dikkate alındığında nükleer silahın gücünün arttırılması da amaçlanıyor. Bu kimyasal element resimde de kullanım alanı bulmuştur. Sarı, yeşil, kahverengi ve siyah pigmentler olarak aktif olarak kullanılmaktadır. Uranyum ayrıca zırh delici mermiler için çekirdek yapımında da kullanılıyor.

Rusya'da uranyum cevheri madenciliği: bunun için neye ihtiyaç var?

Radyoaktif cevherlerin çıkarılması üç ana teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir. Cevher yatakları mümkün olduğu kadar yeryüzüne yakın yoğunlaşmışsa, bunların çıkarılması için açık ocak teknolojisinin kullanılması gelenekseldir. Bu, büyük çukurlar kazan ve ortaya çıkan mineralleri damperli kamyonlara yükleyen buldozerlerin ve ekskavatörlerin kullanımını içerir. Daha sonra işleme kompleksine gönderilir.

Bu mineral oluşumu derinde yer aldığında, 2 kilometre derinliğe kadar maden oluşturmayı içeren yeraltı madencilik teknolojisinin kullanılması gelenekseldir. Üçüncü teknoloji öncekilerden önemli ölçüde farklıdır. Uranyum yataklarını geliştirmek için yer altı liçi, sülfürik asidin yataklara pompalandığı kuyuların açılmasını içerir. Daha sonra, elde edilen çözeltinin dünya yüzeyine pompalanması için gerekli olan başka bir kuyu açılır. Daha sonra bu metalin tuzlarının özel bir reçine üzerinde toplanmasını sağlayan bir sorpsiyon sürecinden geçer. SPV teknolojisinin son aşaması reçinenin sülfürik asitle döngüsel olarak işlenmesidir. Bu teknoloji sayesinde bu metalin konsantrasyonu maksimum seviyeye ulaşır.

Rusya'daki uranyum cevheri yatakları

Rusya, uranyum cevheri madenciliğinde dünya liderlerinden biri olarak kabul ediliyor. Geçtiğimiz birkaç on yılda, Rusya bu göstergede sürekli olarak ilk 7 lider ülke arasında yer aldı.

Bu doğal mineral oluşumlarının en büyük yatakları şunlardır:

Dünyanın en büyük uranyum madenciliği yatakları - önde gelen ülkeler

Avustralya, uranyum madenciliğinde dünya lideri olarak kabul ediliyor. Tüm dünya rezervlerinin %30'undan fazlası bu eyalette yoğunlaşmıştır. Avustralya'daki en büyük yataklar Olimpiyat Barajı, Beverly, Ranger ve Honemoon'dur.

Avustralya'nın ana rakibi, dünya yakıt rezervlerinin neredeyse %12'sini barındıran Kazakistan'dır. Kanada ve Güney Afrika, dünya uranyum rezervlerinin %11'ini, Namibya'da %8'ini, Brezilya'da ise %7'sini barındırmaktadır. Rusya %5 ile ilk yediyi kapattı. Liderler listesinde Namibya, Ukrayna ve Çin gibi ülkeler de yer alıyor.

Dünyanın en büyük uranyum yatakları:

Rusya'da uranyum cevheri rezervleri ve üretim hacimleri

Ülkemizde keşfedilen uranyum rezervinin 400 bin tonun üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. Aynı zamanda öngörülen kaynak miktarı da 830 bin tonun üzerindedir. 2017 yılı itibarıyla Rusya'da 16 uranyum yatağı bulunmaktadır. Üstelik bunların 15'i Transbaikalia'da yoğunlaşıyor. Uranyum cevherinin ana yatağının Streltsovskoe cevher sahası olduğu düşünülmektedir. Yurt içi yatakların çoğunda üretim şaft yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

• Uranyum 18. yüzyılda keşfedildi. 1789 yılında Alman bilim adamı Martin Klaproth cevherden metal benzeri uranyum üretmeyi başardı. İlginç bir şekilde bu bilim adamı aynı zamanda titanyum ve zirkonyumun da kaşifidir.
• Uranyum bileşikleri fotoğrafçılık alanında aktif olarak kullanılmaktadır. Bu öğe pozitifleri renklendirmek ve negatifleri geliştirmek için kullanılır.
• Uranyum ile diğer kimyasal elementler arasındaki temel fark, doğal radyoaktivitesidir. Uranyum atomları zamanla bağımsız olarak değişme eğilimindedir. Aynı zamanda insan gözünün göremeyeceği ışınlar yayarlar. Bu ışınlar 3 türe ayrılır - gama, beta ve alfa radyasyonu (bkz.).

; atom numarası 92, atom kütlesi 238.029; metal. Doğal Uranyum üç izotopun karışımından oluşur: yarılanma ömrü T ½ = 4,51 10 9 yıl olan 238 U - %99,2739, 235 U - %0,7024 (T ½ = 7,13 10 8 yıl) ve 234 U - %0,0057 (T ½ = 2,48·10 5 yıl).

Kütle numaraları 227'den 240'a kadar olan 11 yapay radyoaktif izotoptan uzun ömürlü olanı 233 U'dur (T ½ = 1,62·10 5 yıl); toryumun nötron ışınlaması ile elde edilir. 238 U ve 235 U, iki radyoaktif serinin atalarıdır.

Tarihsel bilgi. Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager M. G. Klaproth tarafından keşfedildi ve 1781'de W. Herschel tarafından keşfedilen Uranüs gezegeninin onuruna onun tarafından adlandırıldı. Metalik durumdaki Uranyum, 1841 yılında Fransız kimyager E. Peligo tarafından indirgeme sırasında elde edildi. UCl4'ün potasyum metali ile karıştırılması. Başlangıçta Uranüs'e 120'lik bir atom kütlesi atandı ve ancak 1871'de D.I. Mendeleev bu değerin iki katına çıkarılması gerektiği sonucuna vardı.

Uzun bir süre, uranyum yalnızca dar bir kimyager çevresinin ilgisini çekmişti ve boya ve cam üretiminde sınırlı bir kullanım alanı buldu. 1896'da uranyumda ve 1898'de radyumda radyoaktivite olgusunun keşfedilmesiyle, radyumun bilimsel araştırma ve tıpta çıkarılması ve kullanılması amacıyla uranyum cevherlerinin endüstriyel olarak işlenmesi başladı. 1939'da nükleer fisyonun keşfedilmesinden sonra 1942'den beri uranyum ana nükleer yakıt haline geldi.

Uranüs'ün doğadaki dağılımı. Uranyum, yer kabuğunun granit tabakası ve tortul kabuğu için karakteristik bir elementtir. Yer kabuğundaki (clarke) ortalama Uranyum içeriği kütlece %2,5 ila %10 -4, asidik magmatik kayaçlarda %3,5 ila %10 -4, kil ve şeyllerde %3,2 ila %10 -4, temel kayalarda %5 ila %10 -5'tir. , mantonun ultrabazik kayalarında %3·10-7. Uranyum, soğuk ve sıcak, nötr ve alkali sularda basit ve kompleks iyonlar halinde, özellikle karbonat kompleksleri halinde kuvvetli bir şekilde göç eder. Redoks reaksiyonları Uranyumun jeokimyasında önemli bir rol oynar, çünkü Uranyum bileşikleri kural olarak oksitleyici bir ortama sahip sularda yüksek oranda çözünür ve indirgeyici bir ortama (örneğin hidrojen sülfür) sahip sularda az çözünür.

Yaklaşık 100 Uranyum minerali bilinmektedir; Bunlardan 12 tanesi endüstriyel öneme sahiptir. Jeolojik tarih boyunca, radyoaktif bozunma nedeniyle yer kabuğundaki Uranyum içeriği azalmıştır; Bu süreç Pb ve He atomlarının yer kabuğunda birikmesiyle ilişkilidir. Uranyumun radyoaktif bozunması, önemli bir derin ısı kaynağı olarak yer kabuğunun enerjisinde önemli bir rol oynar.

Uranyumun fiziksel özellikleri. Uranyumun rengi çeliğe benzer ve işlenmesi kolaydır. Üç allotropik modifikasyonu vardır - faz dönüşüm sıcaklıklarına sahip α, β ve γ: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-formu ortorombik bir kafese sahiptir (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), β-formu dörtgen bir kafese sahiptir (720 °C'de a = 10,759Å, b = 5,656Å), γ-formu - vücut merkezli kübik kafes (850 °C'de a = 3,538 Å). Uranyumun a-formundaki (25 °C) yoğunluğu 19,05 g/cm3'tür; t pl 1132 °C; kaynama noktası 3818 °C; termal iletkenlik (100-200 °C), 28,05 W/(m·K), (200-400 °C) 29,72 W/(m·K); özgül ısı kapasitesi (25 °C) 27,67 kJ/(kg·K); oda sıcaklığında özgül elektriksel direnç yaklaşık 3·10 -7 ohm·cm, 600 °C'de 5,5·10 -7 ohm·cm'dir; 0,68 K'de süperiletkenliğe sahiptir; zayıf paramanyetik, oda sıcaklığında spesifik manyetik duyarlılık 1,72·10 -6.

Uranyumun mekanik özellikleri, saflığına ve mekanik ve ısıl işlem modlarına bağlıdır. Dökme Uranyum için elastik modülün ortalama değeri 20,5·10-2 Mn/m2'dir; oda sıcaklığında çekme mukavemeti 372-470 Mn/m2; β- ve γ-fazlarından sertleştikten sonra mukavemet artar; ortalama Brinell sertliği 19,6-21,6·10 2 MN/m2 .

Bir nötron akışıyla (bir nükleer reaktörde meydana gelen) ışınlama, Uranyumun fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirir: sürünme gelişir ve kırılganlık artar, ürünlerin deformasyonu gözlenir, bu da Uranyumun nükleer reaktörlerde çeşitli uranyum formunda kullanılmasını zorlar. alaşımlar.

Uranyum radyoaktif bir elementtir. Çekirdekler 235 U ve 233 U kendiliğinden ve ayrıca 508 · 10 -24 cm2 (508 ahır) ve 533 · 10 -24 cm2 (508 ahır) etkili fisyon kesitine sahip hem yavaş (termal) hem de hızlı nötronların yakalanması sırasında ( 533 ahır) sırasıyla. Yalnızca en az 1 MeV enerjiye sahip hızlı nötronların yakalanması üzerine 238 U çekirdeği fisyonu; yavaş nötronları yakalarken, 238 U, nükleer özellikleri 235 U'ya yakın olan 239 Pu'ya dönüşür. Sulu çözeltilerdeki kritik Uranyum kütlesi (% 93,5 235 U), açık bir top için 1 kg'dan azdır - yaklaşık 50 kg, reflektörlü bir top için - 15-23 kg; kritik kütle 233 U, kritik kütle 235 U'nun yaklaşık 1/3'üdür.

Uranyumun kimyasal özellikleri. Uranyum atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 7s 2 6d l 5f 3'tür. Uranyum reaktif bir metaldir; bileşiklerde +3, +4, +5, +6, bazen +2 oksidasyon durumları sergiler; en kararlı bileşikler U (IV) ve U (VI)'dır. Havada, yüzeyde metali daha fazla oksidasyondan korumayan bir oksit (IV) filminin oluşmasıyla yavaşça oksitlenir. Toz halindeki Uranyum piroforiktir ve parlak bir alevle yanar. Oksijenle birlikte oksit (IV) UO 2, oksit (VI) UO 3 ve en önemlileri U 3 O 8 olan çok sayıda ara oksit oluşturur. Bu ara oksitler UO2 ve UO3'e benzer özelliklere sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda UO 2, UO 1,60'dan UO 2,27'ye kadar geniş bir homojenlik aralığına sahiptir. 500-600°C'de flor ile UF 4 tetraflorür (yeşil iğne şeklinde kristaller, suda ve asitlerde az çözünür) ve UF 6 heksaflorür (56,4°C'de erimeden süblimleşen beyaz kristalli bir madde) oluşturur; kükürtlü - ABD'nin (nükleer yakıt) en önemlisi olduğu bir dizi bileşik. Uranyum 220 °C'de hidrojenle reaksiyona girdiğinde hidrit UH3 elde edilir; 450 ila 700 ° C arasındaki sıcaklıklarda nitrojen ve atmosferik basınç - U 4 N 7 nitrür ile; daha yüksek nitrojen basıncında ve aynı sıcaklıkta UN, U 2 N 3 ve UN 2 elde edilebilir; 750-800 °C'de karbonlu - monokarbür UC, dikarbür UC2 ve ayrıca U2C3; metallerle çeşitli türlerde alaşımlar oluşturur. Uranyum, 150-250 ° C sıcaklık aralığında su buharı ile UO 2 nH2 oluşturmak üzere kaynar su ile yavaş yavaş reaksiyona girer; hidroklorik ve nitrik asitlerde çözünür, konsantre hidroflorik asitte az çözünür. U(VI), UO22+ uranil iyonunun oluşumuyla karakterize edilir; uranil tuzlarının rengi sarıdır ve su ve mineral asitlerde yüksek oranda çözünür; U(IV) tuzları yeşildir ve daha az çözünür; uranil iyonu, sulu çözeltilerde hem inorganik hem de organik maddelerle kompleks oluşturma konusunda son derece yeteneklidir; Teknoloji açısından en önemlileri karbonat, sülfat, florür, fosfat ve diğer komplekslerdir. Bileşimi üretim koşullarına bağlı olarak değişen çok sayıda uranat (saf formda izole edilmemiş uranik asit tuzları) bilinmektedir; Tüm uranatların suda çözünürlüğü düşüktür.

Uranyum ve bileşikleri radyasyondur ve kimyasal olarak toksiktir. Mesleki maruziyet için izin verilen maksimum doz (MAD) yılda 5 rem'dir.

Uranüs'ü alıyorum. Uranyum, %0,05-0,5 U içeren uranyum cevherlerinden elde edilir. Her zaman uranyuma eşlik eden radyumun γ-radyasyonuna dayanan sınırlı bir radyometrik sınıflandırma yöntemi dışında, cevherler pratik olarak zenginleştirilmemiştir. Temel olarak cevherler, Uranyumun UO2S04 veya kompleks anyonlar 4- formunda asidik bir çözeltiye ve 4 formunda bir soda çözeltisine aktarılmasıyla sülfürik, bazen nitrik asitler veya soda çözeltileri çözeltileriyle liçlenir. -. Uranyumun çözeltilerden ve hamurlardan ekstrakte edilmesi ve konsantre edilmesi, ayrıca safsızlıklardan arındırılması, iyon değişim reçineleri üzerinde sorpsiyon ve organik çözücüler (tribütil fosfat, alkilfosforik asitler, aminler) ile ekstraksiyon kullanılır. Daha sonra alkali eklenerek çözeltilerden amonyum veya sodyum uranatlar veya U(OH)4 hidroksit çökeltilir. Yüksek saflıkta bileşikler elde etmek için, teknik ürünler nitrik asit içinde eritilir ve nihai ürünleri UO3 veya U3O8 olan rafinaj saflaştırma işlemlerine tabi tutulur; bu oksitler 650-800 °C'de hidrojen veya ayrışmış amonyak ile UO2'ye indirgenir, ardından 500-600 °C'de hidrojen florür gazıyla işlenerek UF4'e dönüştürülür. UF4 aynı zamanda kristalli hidrat UF4nH20'nun hidroflorik asit ile çözeltilerden çökeltilmesi ve ardından ürünün bir hidrojen akışı içinde 450 °C'de dehidrasyonu yoluyla da elde edilebilir. Endüstride UF4'ten Uranyum elde etmenin ana yöntemi, Uranyumun 1,5 tona kadar külçeler halinde salınmasıyla kalsiyum-termal veya magnezyum-termal indirgenmesidir. Külçeler vakumlu fırınlarda rafine edilir.

Uranyum teknolojisinde çok önemli bir süreç, 235 U izotopunun cevherlerdeki doğal içeriğin üzerinde zenginleştirilmesi veya bu izotopun saf formunda izole edilmesidir, çünkü 235 U ana nükleer yakıttır; Bu, 238 U ve 235 U kütleleri arasındaki farka dayalı olarak gaz termal difüzyonu, santrifüj ve diğer yöntemlerle yapılır; Ayırma işlemlerinde uranyum, uçucu heksaflorür UF 6 formunda kullanılır. Yüksek derecede zenginleştirilmiş Uranyum veya izotoplar elde edilirken kritik kütleleri dikkate alınır; bu durumda en uygun yöntem uranyum oksitlerin kalsiyum ile indirgenmesidir; ortaya çıkan CaO cürufu, asitlerde çözündürülerek Uranyumdan kolaylıkla ayrılır. Toz halinde uranyum, oksit (IV), karbürler, nitrürler ve diğer refrakter bileşikleri elde etmek için toz metalurjisi yöntemleri kullanılır.

Uranüs'ün uygulanması. Uranyum metali veya bileşikleri öncelikle nükleer reaktörlerde nükleer yakıt olarak kullanılır. Nükleer santrallerin sabit reaktörlerinde doğal veya az zenginleştirilmiş bir Uranyum izotop karışımı kullanılır, nükleer santrallerde veya hızlı nötronlarla çalışan reaktörlerde yüksek derecede zenginleştirilmiş bir ürün kullanılır. 235 U, nükleer silahlardaki nükleer enerji kaynağıdır. 238 U, ikincil nükleer yakıt - plütonyum kaynağı olarak hizmet eder.

Vücuttaki Uranyum. Bitki, hayvan ve insan dokularında mikro miktarlarda (%10 -5 -10 -8) bulunur. Bitki külünde (toprakta yaklaşık %10-4 Uranyum içeriğine sahip) konsantrasyonu %1,5·10-5'tir. Uranyum büyük ölçüde bazı mantarlar ve algler tarafından biriktirilir (ikincisi, Uranyumun su - su bitkileri - balık - insanlar zinciri boyunca biyojenik göçüne aktif olarak katılır). Uranyum, hayvanların ve insanların vücuduna, mide-bağırsak kanalındaki yiyecek ve suyla, solunum yollarındaki havayla, ayrıca deri ve mukoza zarlarından girer. Uranyum bileşikleri gastrointestinal kanalda emilir - gelen çözünebilir bileşik miktarının yaklaşık% 1'i ve az çözünenlerin% 0,1'inden fazlası değil; Sırasıyla %50 ve %20'si akciğerlerde emilir. Uranyum vücutta eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Ana depo (birikim ve birikim yerleri) dalak, böbrekler, iskelet, karaciğer ve az çözünen bileşikler solunduğunda akciğerler ve bronkopulmoner lenf düğümleridir. Uranyum (karbonatlar ve proteinli kompleksler halinde) kanda uzun süre dolaşmaz. Hayvanların ve insanların organ ve dokularındaki uranyum içeriği 10-7 g/g'ı geçmez. Buna göre sığır kanında 1·10 -8 g/ml, karaciğerde 8·10 -8 g/g, kaslarda 4·10 -11 g/g, dalakta 9·10 -8 g/g bulunur. İnsan organlarındaki Uranyum içeriği şu şekildedir: karaciğerde 6·10 -9 g/g, akciğerlerde 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, dalakta 4,7·10 -7 g/g , kanda 4-10 -10 g/ml, böbreklerde 5,3·10 -9 (kortikal tabaka) ve 1,3·10 -8 g/g (medüller tabaka), kemiklerde 1·10 -9 g/g , kemik iliğinde 1 -10 -8 g/g, saçta 1,3·10 -7 g/g. Kemik dokusunda bulunan Uranyum, sürekli ışınlanmasına neden olur (Uranyumun iskeletten yarı ömrü yaklaşık 300 gündür). Uranyumun en düşük konsantrasyonları beyinde ve kalptedir (10-10 g/g). Uranyumun yiyecek ve sıvılarla günlük alımı 1,9·10 -6 g, havayla - 7·10 -9 g'dır. Uranyumun insan vücudundan günlük atılımı: idrarla 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, dışkıyla birlikte - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, saçlı - 2·10 -8 g.

Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu'na göre insan vücudundaki ortalama Uranyum içeriği 9·10 -5 gr'dır. Bu değer bölgelere göre değişiklik gösterebilir. Hayvanların ve bitkilerin normal işleyişi için Uranyumun gerekli olduğuna inanılmaktadır.

Uranyumun toksik etkisi kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır ve çözünürlüğe bağlıdır: uranil ve diğer çözünür uranyum bileşikleri daha toksiktir. Uranyum hammaddelerinin çıkarılması ve işlenmesi için işletmelerde ve teknolojik süreçte kullanıldığı diğer endüstriyel tesislerde uranyum ve bileşikleri ile zehirlenme mümkündür. Uranyum vücuda girdiğinde genel bir hücresel zehir olarak tüm organ ve dokuları etkiler. Zehirlenme belirtileri böbreklerdeki birincil hasardan kaynaklanır (idrarda protein ve şekerin ortaya çıkması, ardından oligüri); karaciğer ve gastrointestinal sistem de etkilenir. Akut ve kronik zehirlenmeler vardır; ikincisi, kademeli gelişim ve daha az şiddetli semptomlarla karakterize edilir. Kronik zehirlenme ile hematopoez, sinir sistemi vb. bozuklukları mümkündür. Uranyumun moleküler etki mekanizmasının, enzimlerin aktivitesini baskılama yeteneği ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır.