Uran(lat. uranium), u, radioaktivni hemijski element grupe III periodnog sistema Mendeljejeva, pripada porodici aktinidi, atomski broj 92, atomska masa 238.029; metal. Prirodni U. sastoji se od mješavine tri izotopa: 238 u - 99,2739% sa poluživotom t 1 / 2 = 4,51 10 9 godina, 235 u - 0,7024% (t 1 / 2 = 7,13 10 8 godina) i 234 u – 0,0057% (t 1 / 2 = 2,48 10 5 godina). Od 11 umjetnih radioaktivnih izotopa s masenim brojevima od 227 do 240, dugovječni je 233 u (t 1 / 2 = 1,62 10 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torijuma. 238 u i 235 u su preci dvije radioaktivne serije.

Istorijska referenca. U. otvoren 1789. hemičara M. G. Klaprotha i nazvao ga u čast planete Uran, koju je otkrio V. Herschel 1781. U metalnom stanju, U. su 1841. dobili Francuzi. hemičar E. Peligo tokom redukcije ucl 4 metalnim kalijumom. U početku je U. dodijeljena atomska masa od 120, a tek 1871. D.I. Mendeljejev Došao sam do zaključka da ovu vrijednost treba udvostručiti.

Dugo je vremena uranijum bio interesantan samo uskom krugu hemičara i našao je ograničenu upotrebu u proizvodnji boja i stakla. Sa otkrićem fenomena radioaktivnost U. 1896. godine i radijum 1898. godine počela je industrijska prerada ruda uranijuma u cilju vađenja i upotrebe radijuma u naučnim istraživanjima i medicini. Od 1942., nakon otkrića 1939. fenomena nuklearne fisije , U. je postao glavno nuklearno gorivo.

Rasprostranjenost u prirodi. U. je karakterističan element za granitni sloj i sedimentni omotač zemljine kore. Prosečan sadržaj uranijuma u zemljinoj kori (klarka) je 2,5 10 -4% po masi, u kiselim magmatskim stenama 3,5 10 -4%, u glinama i škriljcima 3,2 10 -4%, u bazičnim stenama 5 · 10 -5% , u ultrabazičnim stijenama plašta 3 · 10 -7%. U. snažno migrira u hladnim i toplim, neutralnim i alkalnim vodama u obliku jednostavnih i složenih jona, posebno u obliku karbonatnih kompleksa. Redoks reakcije igraju važnu ulogu u geohemiji uranijuma, budući da su spojevi uranijuma, u pravilu, vrlo topljivi u vodama s oksidirajućim okruženjem i slabo topljivi u vodama sa redukcijskim okruženjem (na primjer, sumporovodik).

Poznato je oko 100 minerala uranijuma; Njih 12 su od industrijskog značaja . Tokom geološke istorije, sadržaj ugljika u zemljinoj kori smanjio se zbog radioaktivnog raspada; Ovaj proces je povezan sa akumulacijom atoma Pb i He u zemljinoj kori. Radioaktivni raspad ugljenika igra važnu ulogu u energetici zemljine kore, budući da je značajan izvor duboke toplote.

Fizička svojstva. U. je po boji slična čeliku i lako se obrađuje. Ima tri alotropske modifikacije - a, b i g sa temperaturama fazne transformacije: a ® b 668,8 ± 0,4 °C, b® g 772,2 ± 0,4 °C; a-oblik ima rombičnu rešetku a= 2.8538 å, b= 5.8662 å, With= 4,9557 å), b-oblik – tetragonalna rešetka (na 720 °C A = 10,759 , b= 5.656 å), g-oblik – kubična rešetka centrirana na tijelo (na 850°c a = 3.538 godina). Gustina U. u a-obliku (25°c) 19,05 ± 0,2 g/cm 3 ,t pl 1132 ± 1°S; t kip 3818 °C; toplotna provodljivost (100–200°c), 28.05 uto/(m· TO) , (200–400 °c) 29,72 uto/(m· TO) ; specifični toplotni kapacitet (25°c) 27,67 kJ/(kg· TO) ; električna otpornost na sobnoj temperaturi je oko 3 10 -7 ohm· cm, na 600°c 5,5 10 -7 ohm· cm; ima supravodljivost na 0,68 ± 0.02K; slab paramagnetski, specifična magnetna osetljivost na sobnoj temperaturi 1,72 · 10 -6.

Mehanička svojstva ugljika zavise od njegove čistoće i od načina mehaničke i termičke obrade. Prosječna vrijednost modula elastičnosti za livene U. 20,5 10 -2 Mn/m 2 zatezna čvrstoća na sobnoj temperaturi 372–470 Mn/m 2 , čvrstoća se povećava nakon stvrdnjavanja iz b - i g -faze; prosječna tvrdoća po Brinellu 19,6–21,6 10 2 Mn/m 2 .

Zračenje neutronskim fluksom (koje se događa u nuklearni reaktor) mijenja fizička i mehanička svojstva uranijuma: razvija se puzanje i povećava se krhkost, uočava se deformacija proizvoda, što prisiljava upotrebu uranijuma u nuklearnim reaktorima u obliku raznih legura uranijuma.

U. – radioaktivni element. Jezgra 235 u i 233 u se cijepaju spontano, kao i nakon hvatanja i sporih (termalnih) i brzih neutrona sa efektivnim poprečnim presjekom fisije od 508 10 -24 cm 2 (508 štala) i 533 10 -24 cm 2 (533 štala) respektivno. Fisija jezgara 238u nakon hvatanja samo brzih neutrona sa energijom od najmanje 1 Mev; nakon hvatanja sporih neutrona, 238 u se pretvara u 239 pu , čija su nuklearna svojstva blizu 235 u. Kritično masa U. (93,5% 235 u) u vodenim rastvorima je manja od 1 kg, za otvorenu loptu - oko 50 kg, za loptu sa reflektorom - 15 - 23 kg; kritična masa 233 u – otprilike 1/3 kritične mase 235 u.

Hemijska svojstva. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma U. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . U. je reaktivan metal, u jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja od + 3, + 4, + 5, + 6, ponekad + 2; najstabilnija jedinjenja su u (iv) i u (vi). Na zraku polako oksidira sa stvaranjem filma dioksida na površini, koji ne štiti metal od daljnje oksidacije. U praškastom stanju, U. je piroforan i gori jakim plamenom. Sa kiseonikom stvara dioksid uo 2, trioksid uo 3 i veliki broj intermedijarnih oksida od kojih je najvažniji u 3 o 8. Ovi međuoksidi imaju svojstva bliska uo 2 i uo 3. Pri visokim temperaturama uo 2 ima širok raspon homogenosti od uo 1,60 do uo 2,27. Sa fluorom na 500–600°c formira tetrafluorid (zeleni igličasti kristali, slabo rastvorljivi u vodi i kiselinama) i heksafluorid uf 6 (bela kristalna supstanca koja sublimira bez topljenja na 56,4°c); sa sumporom - nizom jedinjenja, od kojih je mi (nuklearno gorivo) najvažniji. Kada uranijum reaguje sa vodonikom na 220°C, dobija se hidrid uh 3; sa azotom na temperaturama od 450 do 700 °C i atmosferskom pritisku - nitrid u 4 n 7, pri većem pritisku azota i istoj temperaturi možete dobiti un, u 2 n 3 i un 2; sa ugljenikom na 750–800°c – uc monokarbid, uc 2 dikarbid, a takođe i u 2 c 3; formira legure raznih vrsta sa metalima . U. polako reaguje sa kipućom vodom da formira uo 2 i h 2, sa vodenom parom - u temperaturnom opsegu 150–250 ° C; rastvorljiv u hlorovodoničkoj i azotnoj kiselini, slabo rastvorljiv u koncentrovanoj fluorovodoničnoj kiselini. U (vi) karakterizira stvaranje uranil jona uo 2 2 + ; uranilne soli su žute boje i vrlo su topljive u vodi i mineralnim kiselinama; soli u (iv) su zelene i manje rastvorljive; uranil jon je izuzetno sposoban za formiranje kompleksa u vodenim rastvorima i sa neorganskim i organskim supstancama; Najvažniji za tehnologiju su karbonatni, sulfatni, fluoridni, fosfatni i drugi kompleksi. Poznat je veliki broj uranata (soli uranske kiseline koje nisu izolovane u čistom obliku), čiji sastav varira u zavisnosti od uslova proizvodnje; Svi uranati su slabo rastvorljivi u vodi.

U. i njegovi spojevi su radijacijski i hemijski toksični. Maksimalna dozvoljena doza (MAD) za profesionalnu izloženost 5 rem u godini.

Potvrda. U. se dobija iz ruda uranijuma koje sadrže 0,05–0,5% u. Rude praktički nisu obogaćene, s izuzetkom ograničene metode radiometrijskog sortiranja zasnovanog na zračenju radijuma, koje uvijek prati uran. U osnovi, rude se ispiraju rastvorima sumporne, ponekad azotne kiseline ili rastvora sode uz prelazak uranijuma u kiseli rastvor u obliku uo 2 so 4 ili kompleksnih aniona 4-, i u rastvor sode - u obliku 4 -. Za ekstrakciju i koncentrisanje uranijuma iz rastvora i pulpe, kao i za njegovo prečišćavanje od nečistoća, koriste se sorpcija na jonoizmjenjivačkim smolama i ekstrakcija organskim rastvaračima (tributil fosfat, alkilfosforne kiseline, amini). Zatim se amonijum ili natrijum uranati ili u(oh)4 hidroksid talože iz rastvora dodavanjem lužine. Da bi se dobila jedinjenja visoke čistoće, tehnički proizvodi se rastvore u azotnoj kiselini i podvrgnu operacijama prečišćavanja, čiji su konačni proizvodi uo 3 ili u 3 o 8; ovi oksidi se reduciraju na 650-800°c vodonikom ili disociranim amonijakom u uo 2, nakon čega slijedi njegova konverzija u uf 4 obradom s plinovitim fluorovodonikom na 500-600°c. uf 4 se takođe može dobiti taloženjem kristalnog hidrata uf 4 · nh 2 o sa fluorovodoničnom kiselinom iz rastvora, nakon čega sledi dehidratacija proizvoda na 450°C u struji vodonika. U industriji, glavni način dobijanja uranijuma iz uf 4 je njegova kalcijum-termalna ili magnezijum-termalna redukcija sa prinosom uranijuma u obliku ingota težine do 1,5 tona.Ingoti se rafiniraju u vakuumskim pećima.

Vrlo važan proces u tehnologiji urana je obogaćivanje njegovog izotopa 235 u iznad prirodnog sadržaja u rudama ili izolacija ovog izotopa u njegovom čistom obliku. , budući da je 235 u glavno nuklearno gorivo; To se radi gasnom termičkom difuzijom, centrifugalnim i drugim metodama zasnovanim na razlici masa 235 u i 238 u; u procesima separacije uran se koristi u obliku hlapljivog heksafluorida uf 6. Prilikom dobivanja visoko obogaćenog ugljika ili izotopa uzimaju se u obzir njihove kritične mase; najpogodnija metoda u ovom slučaju je redukcija uranovih oksida kalcijem; Nastala šljaka, cao, lako se odvaja od ugljika otapanjem u kiselinama.

Metode metalurgije praha koriste se za proizvodnju ugljičnog dioksida u prahu, karbida, nitrida i drugih vatrostalnih spojeva.

Aplikacija. Metal U. ili njegovi spojevi koriste se uglavnom kao nuklearno gorivo u nuklearnih reaktora. Prirodna ili nisko obogaćena mješavina izotopa ugljika koristi se u stacionarnim reaktorima nuklearnih elektrana, a visoko obogaćeni proizvod koristi se u nuklearne elektrane ili u reaktorima na brzim neutronima. 235 u je izvor nuklearne energije u nuklearno oružje. 238 u služi kao izvor sekundarnog nuklearnog goriva - plutonijuma.

V. M. Kulifeev.

Uranijum u telu. U količinama u tragovima (10 -5 -10 -5%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U biljnom pepelu (sa sadržajem U u tlu od oko · 10 -4) njegova koncentracija je 1,5 · 10 -5%. U najvećoj mjeri uranijum akumuliraju neke gljive i alge (potonje aktivno sudjeluju u biogenoj migraciji uranijuma duž lanca voda – vodene biljke – ribe – čovjek). U. ulazi u organizam životinja i ljudi sa hranom i vodom u gastrointestinalni trakt, sa vazduhom u respiratorni trakt, a takođe i preko kože i sluzokože. U. jedinjenja se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu - oko 1% ulazne količine rastvorljivih jedinjenja i ne više od 0,1% teško rastvorljivih; 50% odnosno 20% apsorbira se u plućima. U. je neravnomjerno raspoređena u tijelu. Glavni depoi (mesta taloženja i akumulacije) su slezina, bubrezi, skelet, jetra i, kod udisanja slabo rastvorljivih jedinjenja, pluća i bronhopulmonalni limfni čvorovi. U. (u obliku karbonata i kompleksa sa proteinima) ne cirkuliše u krvi dugo vremena. Sadržaj U u organima i tkivima životinja i ljudi ne prelazi 10 -7 g/g. Dakle, krv goveda sadrži 1 10 -8 g/ml, jetra 8 10 -8 g/g, mišići 4 10 -8 g/g, slezena 9 10 -8 g/g. Sadržaj U u ljudskim organima je: u jetri 6 10 -9 g/g, u plućima 6 10 -9 –9 10 -9 g/g, u slezeni 4,7 10 -9 g/g, u krvi 4 10 -9 g/ml, u bubrezima 5,3 10 -9 (kortikalni sloj) i 1,3 10 -9 g/g(medularni sloj), u kostima 1 10 -9 g/g, u koštanoj srži 1 10 -9 g/g, u kosi 1,3 10 -7 g/g. U. sadržan u koštanom tkivu uzrokuje njegovo stalno zračenje (poluživot U. iz skeleta je oko 300 dana) . Najniže koncentracije U su u mozgu i srcu (10-10 g/g). Dnevni unos U. iz hrane i tečnosti – 1,9 10 -6 g, s vazduh – 7 10 -9 G. Dnevno izlučivanje U iz ljudskog organizma je: sa urinom 0,5 · 10 -7 –5 · 10 -7, sa izmetom – 1,4 · 10 -6 –1,8 · 10 -6 g, s kosa – 2 10 -8 g.

Prema Međunarodnoj komisiji za zaštitu od zračenja, prosječni sadržaj U u ljudskom tijelu je 9,10 -8 g. Ova vrijednost može varirati za različite regije. Vjeruje se da je U neophodan za normalan život životinja i biljaka, ali njegove fiziološke funkcije nisu razjašnjene.

G. P. Galibin.

Toksičan efekat Uran je zbog svojih hemijskih svojstava i zavisi od rastvorljivosti: uranil i druga rastvorljiva jedinjenja uranijuma su toksičniji.Otrovanja uranijumom i njegovim jedinjenjima moguća su u preduzećima za ekstrakciju i preradu uranijumskih sirovina i drugim industrijskim objektima gde se koristi u tehnološki proces. Kada uđe u organizam, utiče na sve organe i tkiva, kao opšti ćelijski otrov. Znaci trovanja su prvenstveno posljedica oštećenje bubrega (pojava proteina i šećera u urinu, naknadno oligurija) , jetra i gastrointestinalni trakt su također zahvaćeni. Postoje akutna i hronična trovanja; ove posljednje karakterizira postepeni razvoj i manje izraženi simptomi. Kod hronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze, nervnog sistema itd. Smatra se da je molekularni mehanizam delovanja U. povezan sa njegovom sposobnošću da potisne aktivnost enzima.

Prevencija trovanja: kontinuitet tehnoloških procesa, korišćenje zatvorene opreme, sprečavanje zagađenja vazduha, tretman otpadnih voda pre ispuštanja u vodotoke, med. praćenje zdravstvenog stanja radnika i poštovanje higijenskih standarda za dozvoljeni sadržaj U i njegovih jedinjenja u životnoj sredini.

V. F. Kirillov.

Lit.: Doktrina radioaktivnosti. Istorija i modernost, ur. B. M. Kedrova, M., 1973; Petrosyants A.M., Od naučnog istraživanja do nuklearne industrije, M., 1970; Emelyanov V.S., Evstyukhin A.I., Metalurgija nuklearnog goriva, M., 1964; Sokursky Yu. N., Sterlin Ya. M., Fedorchenko V. A., Uranijum i njegove legure, M., 1971; Evseeva L. S., Perelman A. I., Ivanov K. E., Geohemija uranijuma u hipergenetskoj zoni, 2. izdanje, M., 1974; Farmakologija i toksikologija spojeva uranijuma, [trans. s engleskog], tom 2, M., 1951; Guskova V.N., Uran. Radijacijsko-higijenske karakteristike, M., 1972; Andreeva O. S., Higijena rada pri radu sa uranijumom i njegovim jedinjenjima, M., 1960; Novikov Yu. V., Higijenska pitanja proučavanja sadržaja uranijuma u spoljašnjoj sredini i njegovog uticaja na organizam, M., 1974.

Uran je jedan od teških metalnih elemenata periodnog sistema. Uranijum se široko koristi u energetskoj i vojnoj industriji. U periodnom sistemu može se naći na broju 92 i označen je latiničnim slovom U sa masenim brojem 238.

Kako je otkriven Uran

Općenito, takav hemijski element kao što je uranijum poznat je jako dugo. Poznato je da je i prije naše ere prirodni uran oksid korišten za pravljenje žute glazure za keramiku. Otkriće ovog elementa može se pratiti do 1789. godine, kada je njemački hemičar po imenu Martin Heinrich Klaproth iz rude izvukao materijal nalik crnom metalu. Martin je odlučio nazvati ovaj materijal Uran kako bi podržao ime novootkrivene planete istog imena (planeta Uran je otkrivena iste godine). Godine 1840. otkriveno je da se ovaj materijal, koji je otkrio Klaproth, pokazao kao uranijum oksid, uprkos karakterističnom metalnom sjaju. Eugene Melchior Peligot je sintetizirao atomski uranijum iz oksida i odredio njegovu atomsku težinu na 120 AJ, a 1874. Mendeljejev je udvostručio ovu vrijednost, smjestivši je u najudaljeniju ćeliju svoje tablice. Samo 12 godina kasnije, Mendeljejevljevu odluku da udvostruči masu potvrdili su eksperimenti njemačkog hemičara Zimmermanna.

Gdje i kako se kopa uranijum?

Uranijum je prilično čest element, ali je uobičajen u obliku rude uranijuma. Da biste razumjeli, njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,00027% ukupne mase Zemlje. Uranijumska ruda se obično nalazi u kiselim mineralnim stijenama s visokim sadržajem silicija. Glavne vrste uranijumskih ruda su smola, karnotit, kazolit i samarskit. Najveće rezerve ruda uranijuma, uzimajući u obzir rezervna ležišta, nalaze se u zemljama poput Australije, Rusije i Kazahstana, a od svih njih Kazahstan zauzima vodeću poziciju. Vađenje uranijuma je veoma težak i skup postupak. Ne mogu si sve zemlje priuštiti rudarenje i sintetizaciju čistog uranijuma. Tehnologija proizvodnje je sljedeća: ruda ili minerali se kopaju u rudnicima, uporedivi sa zlatom ili dragim kamenjem. Iskopane stijene se drobe i miješaju s vodom kako bi se uranijska prašina odvojila od ostatka. Uranijumska prašina je veoma teška i stoga se taloži brže od drugih. Sljedeći korak je pročišćavanje uranijumske prašine iz drugih stijena kiselim ili alkalnim ispiranjem. Procedura izgleda otprilike ovako: smjesa uranijuma se zagrijava na 150 °C i pod pritiskom se dovodi čisti kisik. Kao rezultat, nastaje sumporna kiselina, koja pročišćava uranijum od drugih nečistoća. Pa, u završnoj fazi se biraju čestice čistog uranijuma. Osim uranijumske prašine, tu su i drugi korisni minerali.

Opasnost od radioaktivnog zračenja uranijuma

Svima je poznat pojam radioaktivnog zračenja i činjenica da ono uzrokuje nepopravljivu štetu zdravlju, što dovodi do smrti. Uranijum je jedan od takvih elemenata koji, pod određenim uslovima, može osloboditi radioaktivno zračenje. U slobodnom obliku, ovisno o svojoj raznolikosti, može emitovati alfa i beta zrake. Alfa zraci ne predstavljaju veliku opasnost za ljude ako je zračenje vanjsko, jer ovo zračenje ima malu prodornu sposobnost, ali kada uđu u tijelo nanose nepopravljivu štetu. Čak je i list papira dovoljan da sadrži vanjske alfa zrake. Sa beta zračenjem stvari su ozbiljnije, ali ne mnogo. Prodorna moć beta zračenja je veća od one alfa zračenja, ali će biti potrebno 3-5 mm tkiva da sadrži beta zračenje. Možete li mi reći kako je ovo? Uranijum je radioaktivni element koji se koristi u nuklearnom oružju! Tako je, koristi se u nuklearnom oružju koje nanosi ogromnu štetu svim živim bićima. Jednostavno, kada nuklearna bojeva glava detonira, glavnu štetu živim organizmima uzrokuje gama zračenje i tok neutrona. Ove vrste zračenja nastaju kao rezultat termonuklearne reakcije prilikom eksplozije bojeve glave, koja uklanja čestice uranijuma iz stabilnog stanja i uništava sav život na zemlji.

Sorte uranijuma

Kao što je gore spomenuto, uranijum ima nekoliko varijanti. Raznolikosti podrazumijevaju prisustvo izotopa, tako da razumijete, izotopi podrazumijevaju iste elemente, ali s različitim masenim brojevima.

Dakle, postoje dvije vrste:

1. Prirodno;
2. Artificial;

Kao što ste možda pretpostavili, prirodni je onaj koji se kopa iz zemlje, a vještački stvaraju ljudi sami. Prirodni izotopi uključuju izotope uranijuma sa masenim brojevima 238, 235 i 234. Štaviše, U-234 je kćerka U-238, odnosno prvi se dobija raspadom drugog u prirodnim uslovima. Druga grupa izotopa, koji su stvoreni veštački, imaju masene brojeve od 217 do 242. Svaki od izotopa ima različita svojstva i karakteriše ga različito ponašanje u određenim uslovima. U zavisnosti od potreba, nuklearni znanstvenici pokušavaju pronaći sve vrste rješenja problema, jer svaki izotop ima različitu energetsku vrijednost.

Poluživot

Kao što je već spomenuto, svaki od izotopa uranijuma ima različitu energetsku vrijednost i različita svojstva, od kojih je jedno vrijeme poluraspada. Da biste razumjeli šta je to, morate početi sa definicijom. Vrijeme poluraspada je vrijeme tokom kojeg se broj radioaktivnih atoma smanji za polovicu. Poluživot utiče na mnoge faktore, na primjer na njegovu energetsku vrijednost ili potpuno pročišćavanje. Ako uzmemo ovo posljednje kao primjer, možemo izračunati koliko će vremena biti potrebno da se potpuno očisti radioaktivna kontaminacija zemlje. Poluživot izotopa uranijuma:

Kao što se može vidjeti iz tabele, vrijeme poluraspada izotopa varira od minuta do stotina miliona godina. Svaki od njih nalazi primjenu u različitim područjima života ljudi.

Upotreba uranijuma je veoma rasprostranjena u mnogim oblastima delatnosti, ali je od najveće vrednosti u energetskom i vojnom sektoru. Izotop U-235 je od najvećeg interesa. Njegova prednost je u tome što je sposoban samostalno održavati nuklearnu lančanu reakciju, koja se široko koristi u vojnim poslovima za proizvodnju nuklearnog oružja i kao gorivo u nuklearnim reaktorima. Osim toga, uranijum se široko koristi u geologiji za određivanje starosti minerala i stijena, kao i za određivanje toka geoloških procesa. U automobilskoj i avionskoj industriji, osiromašeni uranijum se koristi kao protivteg i element za centriranje. Primjena je pronađena i u slikarstvu, tačnije kao boja za porculan i za proizvodnju keramičkih glazura i emajla. Još jedna zanimljiva točka može se smatrati korištenjem osiromašenog uranijuma za zaštitu od radioaktivnog zračenja, koliko god to čudno zvučalo.

URAN (od imena planete Uran), U - radioaktivna hemikalija. element III grupe periodnog sistema elemenata; at. n. 92, at. m. 238.029; pripada aktinidima. Srebrno bijeli sjajni metal. U jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja od +2 do +6, a najkarakterističnije su +4 i +6.

Prirodni uranijum se sastoji od izotopa 238U (99,282%), 235U (0,712%) i 234U (0,006%). Među umjetnim izotopima, izotop 233U je od praktične važnosti. U. u obliku oksida U02 otkrio je (1789.) German. hemičar M.-G. Klaproth. Metalni uranijum su primili (1841) Francuzi. hemičar E.-M. Peligo. Od 40-ih godina 20ti vijek U. je stekao značaj kao izvor nuklearne energije koja se oslobađa tokom fisije njegovih atoma tokom hvatanja neutrona; 235U i 233U imaju ovo svojstvo. Izotop 238U, kada hvata neutrone, pretvara se u (239Pu), koji je također nuklearno gorivo. Sadržaj uranijuma u zemljinoj kori je 0,3-0,0004%. Njegov glavni mineral je vrsta uranita - smola (uranijumska smola) (40-76% U). Uranijum se nalazi u malim količinama u granitima (0,0004%), zemljištu (0,0001 -0,00004%) i vodama (~10 -8%).

Poznate su tri njegove alotropske modifikacije: alfa-uranijum sa ortorombskom kristalnom rešetkom i sa periodima a = 2,8541 A, b = 5,8692 A i c = 4,9563 A (temperatura 25 °C), koji se transformiše pri t-re 667,7 °C u beta-uranijum sa tetragonalnom kristalnom rešetkom i periodima a = 10,759 A i c = 5,656 A (t-ra 720 °C); iznad temperature od 774,8°C gama-uranijum je stabilan sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo i sa periodom a = 3,524 A (temperatura 805°C).

Gustina alfa-uranija na sobnoj temperaturi je 19,05 g/cm3; tačka topljenja 1132°C; tačka ključanja 3820° C (pritisak 1 at). Toplina transformacija alfa⇄ beta, beta ⇄ gama, topljenje i isparavanje uranijuma, respektivno ~ 0,70; 1.15; 4,75 i 107-117 kcal/mol. Toplotni kapacitet c = 6,4 cal/mol (temperatura 25° C). Prosječni koeficijent termička ekspanzija alfa uranijuma duž a, b i c osi u temperaturnom opsegu 20-500°C, odnosno 32,9; -6,3 i 27,6 10-6 stepeni-1. Koeficijent toplotne provodljivosti uranijuma na sobnoj temperaturi je ~ 0,06 cal/cm sec deg i raste sa porastom temperature. Električna otpornost alfa uranijuma ovisi o kristalografskom smjeru; njegova prosječna vrijednost za uranijum polikristalnog uzorka visoke čistoće je ~ 30 μΩ x cm na sobnoj temperaturi i raste na ~ 54 μΩ x cm na 600 ° C. Anizotropija Youngovog modula je također uočena kod alfa uranijuma. Polikristalni alfa uranijum ima Youngov modul od 2,09 x 10 4 kgf/mm2; modul smicanja 0,85 x 10 4 kgf/mm2; koeficijent Poisson 0,23. Tvrdoća alfa-uranija na sobnoj temperaturi je HV = 200, ali se smanjuje na 12 na temperaturi od 600°C.

Prilikom prelaska sa alfa na beta uranijum, tvrdoća se povećava sa ~ 10 na ~ 30. Vlačna čvrstoća žarenog alfa uranijuma (0,02% C) na temperaturi od 20 °C je ~ 42 kgf/mm2, povećava se na 49 kgf/ mm2 na temperaturi od 100 9 C, a zatim skoro linearno opada na ~ 11 kgf/mm2 sa porastom temperature na 600° C. Na temperaturi od 20° C, granica tečenja, relativno izduženje i relativna kontrakcija su, respektivno. 26 kgf/mm2, 8 i 11%, a na temperaturi od 600°C - 9 kgf/mm2, 26 i 65%. Povećanje sadržaja ugljika sa 0,01 na 0,20% povećava snagu i granice popuštanjaσ 0,2, respektivno, od 37 i 24 do 52 i 32 kgf/mm2. Sve mehaničke karakteristike uranijuma značajno zavise od prisustva nečistoća i prethodnog tretmana.

Puzanje uranijuma posebno ovisi o cikličnim promjenama temperature, što je povezano s dodatnim toplinskim naprezanjima koja nastaju zbog velike razlike u koeficijentu. termička ekspanzija duž različitih kristalografskih pravaca alfa-uranija. Čvrstoća na udar alfa uranijuma (0,03% C), niska na temperaturama od 20 i 100 °C (1,4 i 2,3 kgf-m/cm2, respektivno), raste skoro linearno na 11,7 kgf-m/cm2 na temperaturi od 500° C. Karakteristična karakteristika je izduženje polikristalnih alfa-uranijumskih šipki sa teksturom duž ose pod uticajem stalnog zagrijavanja i hlađenja.

Prilikom fisije atoma uranijuma nastaju i nerastvorljivi u uranijumu, što dovodi do bubrenja metala (vrlo nepoželjno za nuklearno gorivo). Čak i na sobnoj temperaturi, uran oksidira na suhom zraku sa stvaranjem tankog oksidnog filma; kada se zagrije na temperaturu od 200°C, formira se dioksid kamenca U02, na temperaturi od 200-400°C - U308, na višoj temperatura - U308 U03 (tačnije, čvrsti rastvori na bazi ovih oksida). Brzina oksidacije je niska na temperaturi od 50°C i veoma visoka na temperaturi od 300°C. Uranijum reaguje sporo sa azotom ispod temperature od 400°C, ali prilično brzo na temperaturi od 750-800°C. sa vodonikom nastaje već na sobnoj temperaturi sa stvaranjem hidrida UH3.

U vodi na temperaturi do 70°C na uranijumu se formira film dioksida koji ima zaštitni efekat; na temperaturi od 100°C interakcija se značajno ubrzava. Da bi se dobio U., njegove rude se obogaćuju vlažnim hemikalijama. metodom, ispiranjem sumpornom kiselinom u prisustvu oksidacionog sredstva - mangan dioksida. Uran se ekstrahuje iz rastvora sulfata sa organskim rastvaračima ili izoluje fenolnim smolama. Dobiveni koncentrat se otopi u otopini dušika. Rezultirajući uranil nitrat U02 (N03)2 ekstrahira se, na primjer, butil fosfatom i, nakon oslobađanja od potonjeg, jedinjenja U se razlažu na temperaturi od 500-700 °C. Rezultirajući U308 i U03 visoke čistoće su redukuju se vodonikom na temperaturi od 600-800°C u dioksid U02.

Metalni uran se dobija metalotermičnom redukcijom (kalcijumom ili magnezijumom) uran-dioksida UO2 ili uran-tetrafluorida UF4, prethodno dobijenog iz dioksida dejstvom bezvodnog fluorovodonika na temperaturi od 500°C. Potonji metod je češći i omogućava jedan za dobijanje ingota visoke čistoće (0,0045% Fe, 0,001% Si, 0,003% C) i težine više od tone. Metalni uran se takođe dobija elektrolizom u slanim kupkama koje sadrže UF4 na temperaturi od 800-1200°C. Sirovi uranijum se obično podvrgava rafinacionom topljenju (temperatura 1450-1600°C) u grafitnim loncima, u visokofrekventnim vakuumskim pećima sa livenjem. u grafitne kalupe.

Mali prototipovi se deformišu kovanjem u alfa stanju, koje se takođe koristi, zajedno sa presovanjem u alfa ili gama stanju, za deformisanje velikih ingota. Hladno valjanje povećava karakteristike čvrstoće uranijuma, tvrdoću pri kompresiji za 40%, povećava HV sa 235 na 325. Uklanjanje stvrdnjavanja se dešava uglavnom na temperaturi od 350-450°C u metalu tehničke čistoće i praćeno je rekristalizacijom u ovim uslovima ; sekundarna, kolektivna rekristalizacija se razvija na temperaturi od 600-650°C. Hlađenje uranijuma u vodi ili ulju iz beta ili gama stanja ne potiskuje stvaranje alfa faze, već rafinira zrno alfa uranijuma, posebno u prisustvu nečistoće. Metal U.,

; atomski broj 92, atomska masa 238.029; metal. Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopa: 238 U - 99,2739% sa vremenom poluraspada T ½ = 4,51 10 9 godina, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 godina) i 234 U - 0 (T ½ - 0. ½ = 2,48·10 5 godina).

Od 11 vještačkih radioaktivnih izotopa sa masenim brojevima od 227 do 240, dugovječni je 233 U (T ½ = 1,62·10 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torijuma. 238 U i 235 U su preci dvije radioaktivne serije.

Istorijska referenca. Uranijum je 1789. otkrio nemački hemičar M. G. Klaproth i nazvao ga u čast planete Uran, koju je otkrio W. Herschel 1781. U metalnom stanju, uranijum je 1841. dobio francuski hemičar E. Peligo tokom redukcije UCl 4 sa metalnim kalijumom. U početku je Uranu dodijeljena atomska masa od 120, a tek 1871. D.I. Mendelejev je došao do zaključka da tu vrijednost treba udvostručiti.

Dugo je vremena uranijum bio interesantan samo uskom krugu hemičara i našao je ograničenu upotrebu u proizvodnji boja i stakla. Sa otkrićem fenomena radioaktivnosti u uranijumu 1896. godine i radijumu 1898. godine, počela je industrijska prerada uranijumskih ruda u cilju ekstrakcije i upotrebe radijuma u naučnim istraživanjima i medicini. Od 1942. godine, nakon otkrića nuklearne fisije 1939. godine, uranijum je postao glavno nuklearno gorivo.

Rasprostranjenost Urana u prirodi. Uranijum je karakterističan element za granitni sloj i sedimentnu ljusku zemljine kore. Prosečan sadržaj uranijuma u zemljinoj kori (klarka) iznosi 2,5 10 -4% mase, u kiselim magmatskim stenama 3,5 10 -4%, u glinama i škriljcima 3,2 10 -4%, u bazičnim stenama 5·10 -5% , u ultrabazičnim stijenama plašta 3·10 -7%. Uranijum snažno migrira u hladnim i toplim, neutralnim i alkalnim vodama u obliku jednostavnih i složenih jona, posebno u obliku karbonatnih kompleksa. Redoks reakcije igraju važnu ulogu u geohemiji urana, budući da su spojevi urana, po pravilu, vrlo topljivi u vodama s oksidirajućim okruženjem i slabo topljivi u vodama sa redukcijskim okruženjem (na primjer, sumporovodik).

Poznato je oko 100 minerala uranijuma; Njih 12 su od industrijskog značaja. Tokom geološke istorije, sadržaj uranijuma u zemljinoj kori smanjio se zbog radioaktivnog raspada; Ovaj proces je povezan sa akumulacijom atoma Pb i He u zemljinoj kori. Radioaktivni raspad uranijuma igra važnu ulogu u energiji zemljine kore, budući da je značajan izvor duboke toplote.

Fizička svojstva uranijuma. Uran je po boji sličan čeliku i lako se obrađuje. Ima tri alotropske modifikacije - α, β i γ sa temperaturama fazne transformacije: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-forma ima rombičnu rešetku (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), β-forma ima tetragonalnu rešetku (na 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), γ-forma - kubična rešetka u centru tijela (na 850 °C a = 3,538 Å). Gustina uranijuma u α-oblici (25 °C) je 19,05 g/cm 3 ; t pl 1132 °C; tačka ključanja 3818 °C; toplotna provodljivost (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); specifični toplotni kapacitet (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); specifična električna otpornost na sobnoj temperaturi je oko 3·10 -7 ohm·cm, na 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm; ima supravodljivost na 0,68 K; slab paramagnetski, specifična magnetna osetljivost na sobnoj temperaturi 1,72·10 -6.

Mehanička svojstva uranijuma zavise od njegove čistoće i od načina mehaničke i termičke obrade. Prosječna vrijednost modula elastičnosti za liveni uran je 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; vlačna čvrstoća na sobnoj temperaturi 372-470 Mn/m2; čvrstoća se povećava nakon stvrdnjavanja iz β- i γ-faze; prosječna tvrdoća po Brinellu 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .

Zračenje neutronskim tokom (koje se odvija u nuklearnom reaktoru) mijenja fizička i mehanička svojstva urana: razvija se puzanje i povećava se krhkost, uočava se deformacija proizvoda, što prisiljava upotrebu urana u nuklearnim reaktorima u obliku različitog urana. legure.

Uranijum je radioaktivni element. Jezgra 235 U i 233 U se cijepaju spontano, kao i nakon hvatanja i sporih (termalnih) i brzih neutrona sa efektivnim poprečnim presjekom fisije od 508 10 -24 cm 2 (508 barn) i 533 10 -24 cm 2 (533 barn ) respektivno. 238 Fisija jezgara U nakon hvatanja samo brzih neutrona sa energijom od najmanje 1 MeV; pri hvatanju sporih neutrona, 238 U se pretvara u 239 Pu, čija su nuklearna svojstva blizu 235 U. Kritična masa uranijuma (93,5% 235 U) u vodenim rastvorima je manja od 1 kg, za otvorenu loptu - oko 50 kg, za loptu sa reflektorom - 15-23 kg; kritična masa 233 U je otprilike 1/3 kritične mase 235 U.

Hemijska svojstva uranijuma. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma urana je 7s 2 6d l 5f 3. Uranijum je reaktivan metal, u jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja od +3, +4, +5, +6, ponekad +2; najstabilnija jedinjenja su U (IV) i U (VI). Na zraku polako oksidira sa stvaranjem oksidnog (IV) filma na površini, koji ne štiti metal od dalje oksidacije. U praškastom stanju, uranijum je piroforan i gori jakim plamenom. Sa kiseonikom stvara oksid (IV) UO 2, oksid (VI) UO 3 i veliki broj intermedijarnih oksida od kojih je najvažniji U 3 O 8. Ovi međuoksidi imaju svojstva slična UO 2 i UO 3 . Na visokim temperaturama, UO 2 ima širok raspon homogenosti od UO 1,60 do UO 2,27. Sa fluorom na 500-600 °C formira UF 4 tetrafluorid (zeleni igličasti kristali, slabo rastvorljivi u vodi i kiselinama) i UF 6 heksafluorid (bela kristalna supstanca koja sublimira bez topljenja na 56,4 ° C); sa sumporom - niz jedinjenja, od kojih je US (nuklearno gorivo) najvažniji. Kada uranijum interaguje sa vodonikom na 220 °C, dobija se hidrid UH 3; sa azotom na temperaturama od 450 do 700°C i atmosferskom pritisku - U 4 N 7 nitrid, pri većem pritisku azota i istoj temperaturi mogu se dobiti UN, U 2 N 3 i UN 2; sa ugljenikom na 750-800 °C - monokarbid UC, dikarbid UC 2, kao i U 2 C 3; sa metalima formira legure raznih vrsta. Uranijum polako reaguje sa kipućom vodom da formira UO 2 nH 2, sa vodenom parom - u temperaturnom opsegu 150-250 ° C; rastvorljiv u hlorovodoničkoj i azotnoj kiselini, slabo rastvorljiv u koncentrovanoj fluorovodoničnoj kiselini. U(VI) karakteriše formiranje uranil jona UO 2 2+; uranilne soli su žute boje i vrlo su topljive u vodi i mineralnim kiselinama; U(IV) soli su zelene i manje rastvorljive; uranil jon je izuzetno sposoban za formiranje kompleksa u vodenim rastvorima i sa neorganskim i organskim supstancama; Najvažniji za tehnologiju su karbonatni, sulfatni, fluoridni, fosfatni i drugi kompleksi. Poznat je veliki broj uranata (soli uranske kiseline koje nisu izolovane u čistom obliku), čiji sastav varira u zavisnosti od uslova proizvodnje; Svi uranati su slabo rastvorljivi u vodi.

Uranijum i njegova jedinjenja su radijacioni i hemijski toksični. Maksimalna dozvoljena doza (MAD) za profesionalnu izloženost je 5 rem godišnje.

Primanje Urana. Uranijum se dobija iz ruda uranijuma koje sadrže 0,05-0,5% U. Rude praktično nisu obogaćene, sa izuzetkom ograničene metode radiometrijskog sortiranja zasnovanog na γ-zračenju radijuma, koje uvek prati uranijum. U osnovi, rude se ispiraju otopinama sumporne, ponekad dušične kiseline ili otopinama sode uz prijenos urana u kiseli rastvor u obliku UO 2 SO 4 ili kompleksnih aniona 4-, te u rastvor sode - u obliku 4 -. Za ekstrakciju i koncentrisanje uranijuma iz rastvora i pulpe, kao i za njegovo prečišćavanje od nečistoća, koriste se sorpcija na smolama za izmjenu jona i ekstrakcija organskim rastvaračima (tributil fosfat, alkilfosforne kiseline, amini). Zatim se amonijum ili natrijum uranati ili U(OH) 4 hidroksid precipitiraju iz rastvora dodavanjem lužine. Da bi se dobila jedinjenja visoke čistoće, tehnički proizvodi se rastvaraju u azotnoj kiselini i podvrgavaju operacijama prečišćavanja, čiji su konačni proizvodi UO 3 ili U 3 O 8; ovi oksidi se redukuju na 650-800 °C vodonikom ili disociranim amonijakom u UO 2, nakon čega slijedi njegova konverzija u UF 4 obradom s plinovitom fluorovodikom na 500-600 °C. UF 4 se takođe može dobiti taloženjem kristalnog hidrata UF 4 nH 2 O sa fluorovodoničnom kiselinom iz rastvora, nakon čega sledi dehidratacija proizvoda na 450 °C u struji vodonika. U industriji, glavni način dobijanja uranijuma iz UF 4 je njegova kalcijum-termalna ili magnezijum-termalna redukcija sa oslobađanjem uranijuma u obliku ingota težine do 1,5 tona.Ingoti se rafiniraju u vakuumskim pećima.

Vrlo važan proces u tehnologiji urana je obogaćivanje njegovog izotopa 235 U iznad prirodnog sadržaja u rudama ili izolacija ovog izotopa u čistom obliku, budući da je 235 U glavno nuklearno gorivo; To se radi gasnom termičkom difuzijom, centrifugalnim i drugim metodama zasnovanim na razlici u masama od 238 U i 235 U; u procesima separacije uran se koristi u obliku hlapljivog heksafluorida UF 6. Prilikom dobijanja visoko obogaćenog uranijuma ili izotopa, uzimaju se u obzir njihove kritične mase; najpogodnija metoda u ovom slučaju je redukcija uranovih oksida kalcijem; nastala CaO troska se lako odvaja od urana rastvaranjem u kiselinama. Za dobijanje uranijuma u prahu, oksida (IV), karbida, nitrida i drugih vatrostalnih jedinjenja koriste se metode metalurgije praha.

Primjena Urana. Metalni uran ili njegova jedinjenja se prvenstveno koriste kao nuklearno gorivo u nuklearnim reaktorima. Prirodna ili nisko obogaćena mješavina izotopa urana koristi se u stacionarnim reaktorima nuklearnih elektrana, visoko obogaćeni proizvod koristi se u nuklearnim elektranama ili u reaktorima koji rade na brzim neutronima. 235 U je izvor nuklearne energije u nuklearnom oružju. 238 U služi kao izvor sekundarnog nuklearnog goriva - plutonijuma.

Uranijum u telu. Nalazi se u mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U biljnom pepelu (sa sadržajem uranijuma od oko 10-4% u tlu) njegova koncentracija je 1,5·10-5%. Uranijum u najvećoj meri akumuliraju neke gljive i alge (potonje aktivno učestvuju u biogenoj migraciji urana duž lanca voda - vodene biljke - ribe - ljudi). Uranijum ulazi u organizam životinja i ljudi sa hranom i vodom u gastrointestinalnom traktu, sa vazduhom u respiratornom traktu, kao i preko kože i sluzokože. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu - oko 1% ulazne količine rastvorljivih jedinjenja i ne više od 0,1% teško rastvorljivih; 50% odnosno 20% apsorbira se u plućima. Uranijum je neravnomjerno raspoređen u tijelu. Glavni depo (mesta taloženja i akumulacije) su slezina, bubrezi, skelet, jetra i, pri udisanju slabo rastvorljivih jedinjenja, pluća i bronhopulmonalni limfni čvorovi. Uranijum (u obliku karbonata i kompleksa sa proteinima) ne cirkuliše u krvi dugo vremena. Sadržaj uranijuma u organima i tkivima životinja i ljudi ne prelazi 10 -7 g/g. Tako krv goveda sadrži 1·10 -8 g/ml, jetra 8·10 -8 g/g, mišići 4·10 -11 g/g, slezina 9·10 8-8 g/g. Sadržaj uranijuma u ljudskim organima je: u jetri 6·10 -9 g/g, u plućima 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, u slezeni 4,7·10 -7 g/g , u krvi 4-10 -10 g/ml, u bubrezima 5,3·10 -9 (kortikalni sloj) i 1,3·10 -8 g/g (medularni sloj), u kostima 1·10 -9 g/g , u koštanoj srži 1-10 -8 g/g, u kosi 1,3·10 -7 g/g. Uran koji se nalazi u koštanom tkivu uzrokuje njegovo stalno zračenje (poluživot uranijuma iz skeleta je oko 300 dana). Najniže koncentracije uranijuma su u mozgu i srcu (10 -10 g/g). Dnevni unos uranijuma hranom i tečnostima iznosi 1,9·10 -6 g, vazduhom 7·10 -9 g. Dnevno izlučivanje uranijuma iz ljudskog organizma je: sa urinom 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, sa izmetom - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, sa dlakom - 2·10 -8 g.

Prema Međunarodnoj komisiji za zaštitu od zračenja, prosječan sadržaj uranijuma u ljudskom tijelu je 9,10 -5 g. Ova vrijednost može varirati za različite regije. Vjeruje se da je uran neophodan za normalno funkcioniranje životinja i biljaka.

Toksični učinak uranijuma određen je njegovim kemijskim svojstvima i ovisi o rastvorljivosti: uranil i druga rastvorljiva jedinjenja uranijuma su toksičniji. Trovanje uranijumom i njegovim jedinjenjima moguće je u preduzećima za vađenje i preradu uranijumskih sirovina i drugim industrijskim objektima u kojima se koristi u tehnološkom procesu. Kada uđe u organizam, uranijum utiče na sve organe i tkiva, kao opšti ćelijski otrov. Znakovi trovanja su uzrokovani primarnim oštećenjem bubrega (pojava proteina i šećera u urinu, naknadna oligurija); jetra i gastrointestinalni trakt su također zahvaćeni. Postoje akutna i hronična trovanja; ove posljednje karakterizira postepeni razvoj i manje izraženi simptomi. Kod hronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze, nervnog sistema itd. Smatra se da je molekularni mehanizam delovanja uranijuma povezan sa njegovom sposobnošću da potisne aktivnost enzima.

Nuklearne tehnologije se u velikoj mjeri zasnivaju na korištenju radiohemijskih metoda, koje se zauzvrat temelje na nuklearnim fizičkim, fizičkim, kemijskim i toksičnim svojstvima radioaktivnih elemenata.

U ovom poglavlju ćemo se ograničiti na kratak opis svojstava glavnih fisionih izotopa – uranijuma i plutonijuma.

Uran

Uran ( uranijum) U - element grupe aktinida, 7-0. period periodnog sistema, Z=92, atomska masa 238.029; najteži koji se nalazi u prirodi.

Poznato je 25 izotopa uranijuma, svi su radioaktivni. Najlakši 217U (Tj/ 2 =26 ms), najteži 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 min). Postoji 6 nuklearnih izomera. Prirodni uranijum sadrži tri radioaktivna izotopa: 2 8 i (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 godina) i 2 34 U (0,0056%, ti/ 2=2,48-juz l). Specifična radioaktivnost prirodnog uranijuma je 2,48104 Bq, podijeljena gotovo na pola između 2 34 U i 288 U; 2 35U daje mali doprinos (specifična aktivnost 2 zi izotopa u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 2 3 8 U). Poprečni presjeci hvatanja termalnih neutrona su 46, 98 i 2,7 barn za 2 zzi, 2 35U i 2 3 8 U, respektivno; odjeljak odjeljenja 527 i 584 štala za 2 zzi i 2 z 8 i, respektivno; prirodna mješavina izotopa (0,7% 235U) 4,2 ambar.

Table 1. Nuklearna fizička svojstva 2 h9 Ri i 2 35Ts.

Table 2. Hvatanje neutrona 2 35Ts i 2 z 8 C.

Šest izotopa uranijuma je sposobno za spontanu fisiju: ​​282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i i 2 z 8 i. Prirodni izotopi 2 33 i 2 35 U fisuju se pod uticajem toplotnih i brzih neutrona, i jezgra 2 3 8 su sposobni za fisiju samo kada zahvate neutrone sa energijom većom od 1,1 MeV. Prilikom hvatanja neutrona sa nižom energijom, jezgra 288 U se prvo transformišu u jezgra 2 -i9U, koja se zatim podvrgavaju p-raspadu i transformišu prvo u 2 -"*9Np, a zatim u 2 39Pu. Efektivni presjeci za hvatanje toplotnih neutroni od 2 34U, 2 jezgra 35U i 2 3 8 i jednaki su 98, 683 i 2,7 barn, respektivno. Potpuna fisija od 2 35 U dovodi do “ekvivalenata toplotne energije” od 2-107 kWh/kg2. 35 U i 2 zzi se koriste kao nuklearno gorivo, sposobno da podrži lančanu reakciju fisije.

Nuklearni reaktori proizvode n umjetnih izotopa uranijuma s masenim brojevima 227-^240, od kojih je najdugovječniji 233U (7 V 2 =i.62 *io 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torijuma. U super-moćnim neutronskim tokovima termonuklearne eksplozije, rađaju se izotopi uranijuma s masenim brojem 239^257.

Uran-232- tehnogeni nuklid, a-emiter, T x / 2=68,9 godina, roditeljski izotopi 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) i 23 2 Ra(p), kćer nuklid 228 Th. Intenzitet spontane fisije je 0,47 divizija/s kg.

Uran-232 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

P + -raspad nuklida *3 a Np (Ti/2 =14,7 min):

U nuklearnoj industriji, 2 3 2 U se proizvodi kao nusproizvod tokom sinteze fisivnog (oružajnog) nuklida 2 zi u ciklusu goriva torijuma. Kada se 2 3 2 Th ozrači neutronima, dolazi do glavne reakcije:

i sporedna reakcija u dva koraka:

Proizvodnja 232 U iz torija se dešava samo sa brzim neutronima (E„>6 MeV). Ako početna supstanca sadrži 2 3°TH, tada se formiranje 2 3 2 U dopunjuje reakcijom: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Ova reakcija se odvija upotrebom termičkih neutrona. Generacija 2 3 2 U je nepoželjna iz više razloga. On se suzbija upotrebom torija sa minimalnom koncentracijom od 2 3°TH.

Propadanje 2 × 2 događa se u sljedećim smjerovima:

Raspad u 228 Th (vjerovatnoća 10%, energija raspada 5,414 MeV):

energija emitovanih alfa čestica je 5,263 MeV (u 31,6% slučajeva) i 5,320 MeV (u 68,2% slučajeva).

• - spontana fisija (vjerovatnoća manja od ~ 12%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (vjerovatnost raspada manja od 5*10" 12%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 2

Uran-232 je osnivač dugog lanca raspada, koji uključuje nuklide - emitere tvrdih y-kvanta:

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

Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna tokom proizvodnje 2 zi u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 2 3 2 U ometa razvoj energije torijuma. Ono što je neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 11 ima veliki presjek fisije pod utjecajem neutrona (75 barna za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barna. 2 3 2 U se koristi u metodi radioaktivnog tragača u hemijskim istraživanjima.

2 h 2 i osnivač je dugog lanca raspada (prema shemi 2 h 2 T), koji uključuje emitere nuklida tvrdih y-kvanta. Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna tokom proizvodnje 2 zi u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 232 U ometa razvoj energije torijuma. Ono što je neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 U ima visok presjek fisije pod utjecajem neutrona (75 barna za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barna. 2 3 2 U se često koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim i fizičkim istraživanjima.

Uran-233- umjetni radionuklid, a-emiter (energija 4,824 (82,7%) i 4,783 MeV (14,9%)), Tvi= 1,585105 godina, roditeljski nuklidi 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 zzRa(r), kćer nuklid 22 9Th. 2 zzi se dobija u nuklearnim reaktorima iz torija: 2 z 2 Th hvata neutron i pretvara se u 2 zzT, koji se raspada u 2 zzRa, a zatim u 2 zzi. Jezgra 2 zi (neparni izotop) su sposobna i za spontanu fisiju i za fisiju pod uticajem neutrona bilo koje energije, što ih čini pogodnim za proizvodnju i atomskog oružja i reaktorskog goriva. Efektivni poprečni presek fisije je 533 barna, presek hvatanja je 52 bara, prinos neutrona: po događaju fisije - 2,54, po apsorbovanom neutronu - 2,31. Kritična masa od 2 zzi je tri puta manja od kritične mase od 2 35U (-16 kg). Intenzitet spontane fisije je 720 divizija/s kg.

Uran-233 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

- (3 + -raspad nuklida 2 33Np (7^=36,2 min):

U industrijskoj skali, 2 zi se dobija iz 2 32Th zračenjem neutronima:

Kada se neutron apsorbuje, 2 zzi jezgro se obično razdvaja, ali povremeno hvata neutron, pretvarajući se u 2 34U. Iako se 2 zzi obično dijeli nakon apsorpcije neutrona, ponekad zadržava neutron, pretvarajući se u 2 34U. Proizvodnja 2 zir-a vrši se u brzim i termičkim reaktorima.

Sa stanovišta oružja, 2 ZZI je uporediv sa 2 39Pu: njegova radioaktivnost je 1/7 aktivnosti 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 litara naspram 24100 litara za Pu), kritična masa 2 zi je 60% veća od ^Pu (16 kg naspram 10 kg), a stopa spontane fisije je 20 puta veća (bth - ' naspram 310 10). Neutronski fluks od 2 zzi je tri puta veći od 2 39Pi. Stvaranje nuklearnog naboja na bazi 2 zi zahtijeva više napora nego na ^Pi. Glavna prepreka je prisustvo 232 U nečistoće u 2ZZI, čije y-zračenje projekata raspadanja otežava rad sa 2ZZI i olakšava otkrivanje gotovog oružja. Osim toga, kratko vrijeme poluraspada od 2 3 2 U čini ga aktivnim izvorom alfa čestica. 2 zi sa 1% 232 i ima tri puta veću a-aktivnost od plutonijuma za oružje i, shodno tome, veću radiotoksičnost. Ova a-aktivnost uzrokuje stvaranje neutrona u svjetlosnim elementima punjenja oružja. Da bi se ovaj problem minimizirao, prisustvo elemenata kao što su Be, B, F, Li treba da bude minimalno. Prisustvo neutronske pozadine ne utiče na rad implozijskih sistema, ali topovska kola zahtevaju visok nivo čistoće lakih elemenata.Sadržaj 23 2 U u oružju klase 2 ne bi trebalo da prelazi 5 delova na milion (0,0005% ) U gorivu termoenergetskih reaktora prisustvo 2 3G nije štetno, pa čak i poželjno, jer smanjuje mogućnost upotrebe uranijuma u oružane svrhe. Nakon prerade istrošenog goriva i ponovne upotrebe goriva, sadržaj 232U dostiže oko 1+ 0,2%.

Propadanje 2 zi događa se u sljedećim smjerovima:

Raspad u 22 9Th (vjerovatnoća 10%, energija raspada 4,909 MeV):

energija emitovanih yahr čestica je 4,729 MeV (u 1,61% slučajeva), 4,784 MeV (u 13,2% slučajeva) i 4,824 MeV (u 84,4% slučajeva).

• - spontana podjela (vjerovatnoća
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada manja od 1,3*10_13%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 24 Ne (verovatnoća raspada 7,3-10-“%):

Lanac raspada od 2 zzi pripada seriji neptunija.

Specifična radioaktivnost 2 zi je 3,57-8 Bq/g, što odgovara a-aktivnosti (i radiotoksičnosti) od -15% plutonijuma. Samo 1% 2 3 2 U povećava radioaktivnost na 212 mCi/g.

Uran-234(Uran II, UII) dio prirodnog uranijuma (0,0055%), 2,445105 godina, a-emiter (energija a-čestica 4,777 (72%) i

4.723 (28%) MeV), izvorni radionuklidi: 2 h 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

kćerki izotop u 2 z”th.

Tipično, 234 U je u ravnoteži sa 2 h 8 u, raspada i formira se istom brzinom. Otprilike polovinu radioaktivnosti prirodnog uranijuma doprinosi 234U. Tipično, 234U se dobija jono-izmjenjivačkom hromatografijom starih preparata čistih 2 × 8 Pu. Tokom a-raspada, *zRi daje 2 34U, tako da su stari preparati od 2 h 8 Ru dobri izvori 2 34U. yuo g 238Pi sadrži nakon godinu dana 776 mg 2 34U, nakon 3 godine

2,2 g 2 34U. Koncentracija 2 34U u visoko obogaćenom uranijumu je prilično visoka zbog preferencijalnog obogaćivanja lakim izotopima. Budući da je 2 34u jak y-emiter, postoje ograničenja njegove koncentracije u uranijumu namijenjenom preradi u gorivo. Povećani nivoi 234i prihvatljivi su za reaktore, ali prerađeno istrošeno gorivo već sadrži neprihvatljive nivoe ovog izotopa.

Propadanje 234i se događa u sljedećim smjerovima:

A-raspad na 2 3°T (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,857 MeV):

energija emitovanih alfa čestica je 4,722 MeV (u 28,4% slučajeva) i 4,775 MeV (u 71,4% slučajeva).

• - spontana podjela (vjerovatnoća 1,73-10-9%).
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada 1,4-10%, prema ostalim podacima 3,9-10%):

• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 4Ne i 26 Ne (verovatnoća raspada 9-10", 2%, prema ostalim podacima 2,3-10_11%):

Jedini poznati izomer je 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Poprečni presjek apsorpcije 2 34U termalnih neutrona je 100 barn, a za rezonantni integral prosječen za različite međuneutrone je 700 barn. Stoga se u reaktorima na termalnim neutronima pretvara u fisijski 235U bržom brzinom nego što se mnogo veća količina 238U (sa poprečnim presjekom od 2,7 barn) pretvara u 2 39Ru. Kao rezultat toga, istrošeno gorivo sadrži manje 2 34U od svježeg goriva.

Uran-235 pripada porodici 4P+3, sposoban da proizvede lančanu reakciju fisije. Ovo je prvi izotop u kojem je otkrivena reakcija prisilne nuklearne fisije pod utjecajem neutrona. Apsorbirajući neutron, 235U postaje 2 zbi, koji se dijeli na dva dijela, oslobađajući energiju i emitujući nekoliko neutrona. Fisibilan neutronima bilo koje energije i sposoban za spontanu fisiju, izotop 2 35U je dio prirodnog ufana (0,72%), a-emitera (energije 4,397 (57%) i 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 godina, matični nuklidi 2 35Pa, 2 35Np i 2 39Pu, kćerka - 23Th. Brzina spontane fisije 2 3su 0,16 fisije/s kg. Kada se jedno 2 35U jezgro fisije, oslobađa se 200 MeV energije = 3,210 p J, tj. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Presek fisije termalnim neutronima je 545 barna, a brzim neutronima - 1,22 barna, prinos neutrona: po aktu fisije - 2,5, po apsorbovanom neutronu - 2,08.

Komentar. Poprečni presjek za hvatanje sporog neutrona za proizvodnju izotopa 2 sii (oo barn), tako da je ukupni presjek spore apsorpcije neutrona 645 barn.

• - spontana fisija (vjerovatnoća 7*10~9%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 °Ne, 2 5Ne i 28 Mg (verovatnoće su 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10,0%):

Rice. 1.

Jedini poznati izomer je 2 35n»u (7/2 = 2b min).

Specifična aktivnost 2 35C 7,77-4 Bq/g. Kritična masa uranijuma za oružje (93,5% 2 35U) za loptu sa reflektorom je 15-7-23 kg.

Fisija 2 » 5U se koristi u atomskom oružju, za proizvodnju energije i za sintezu važnih aktinida. Lančana reakcija se održava viškom neutrona nastalih tokom fisije od 2 35C.

Uran-236 nalazi se prirodno na Zemlji u tragovima (ima ga više na Mjesecu), a-emiter (?

Rice. 2. Radioaktivna porodica 4/7+2 (uključujući -z 8 i).

U atomskom reaktoru, 2 sz apsorbuje termalni neutron, nakon čega se fisira s vjerovatnoćom od 82%, a sa vjerovatnoćom od 18% emituje y-kvant i pretvara se u 2 sb i (za 100 cijepanih jezgara 2 35U postoji su 22 formirana jezgra 2 3 6 U) . U malim količinama je dio svježeg goriva; akumulira se kada se uranijum ozrači neutronima u reaktoru, pa se stoga koristi kao “signalni uređaj” za istrošeno nuklearno gorivo. 2 hb i nastaje kao nusproizvod prilikom odvajanja izotopa difuzijom plina tokom regeneracije iskorištenog nuklearnog goriva. 236 U je neutronski otrov nastao u energetskom reaktoru; njegovo prisustvo u nuklearnom gorivu kompenzirano je visokim nivoom obogaćivanja 2 35 U.

2 z b i koristi se kao indikator miješanja okeanskih voda.

uran-237,T&= 6,75 dana, beta i gama emiter, može se dobiti nuklearnim reakcijama:

Detekcija 287 i izvršena duž linija sa Ey= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U se koristi u metodi radiotracera u hemijskim istraživanjima. Mjerenje koncentracije (2-4°Am) u ispadima iz testova atomskog oružja daje vrijedne informacije o vrsti punjenja i opremi koja se koristi.

Uran-238- pripada familiji 4P+2, fisilan je na neutronima visoke energije (više od 1,1 MeV), sposoban za spontanu fisiju, čini osnovu prirodnog uranijuma (99,27%), a-emiter, 7’; /2=4>468-109 godina, direktno se raspada u 2 34Th, formira niz genetski srodnih radionuklida, a nakon 18 produkata prelazi u 206 Rb. Čisti 2 3 8 U ima specifičnu radioaktivnost od 1,22-104 Bq. Period poluraspada je veoma dug - oko 10 16 godina, tako da je verovatnoća fisije u odnosu na glavni proces - emisiju alfa čestice - samo 10" 7. Jedan kilogram uranijuma daje samo 10 spontanih fisija u sekundi, a za isto vreme alfa čestice emituju 20 miliona jezgara.Matični nuklidi: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, ćerka T,/ 2 = 2 :i 4 Th.

Uran-238 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Među sekundarnim mineralima čest je hidratizirani kalcijum uranil fosfat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Često uranijum u mineralima prati i drugi korisni elementi - titan , tantal, rijetke zemlje. Stoga je prirodno težiti složenoj preradi ruda koje sadrže uranijum.

Osnovna fizička svojstva uranijuma: atomska masa 238,0289 amu. (g/mol); atomski radijus 138 pm (1 pm = 12 m); energija jonizacije (prvi elektron 7,11 eV; elektronska konfiguracija -5f36d‘7s 2; oksidaciona stanja 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2°; T t,1=3818°; gustina 19,05; specifični toplotni kapacitet 0,115 JDKmol); vlačna čvrstoća 450 MPa, toplota fuzije 12,6 kJ/mol, toplota isparavanja 417 kJ/mol, specifična toplota 0,115 J/(mol-K); molarni volumen 12,5 cm3/mol; karakteristična Debye temperatura © D =200K, temperatura prijelaza u supravodljivo stanje oko.68K.

Uranijum je težak, srebrno-bijeli, sjajni metal. Nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv, ima neznatna paramagnetna svojstva i piroforan je u obliku praha. Uranijum ima tri alotropna oblika: alfa (ortorombni, a-U, parametri rešetke 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilno do 667,7°), beta (tetragonalno, p-U, stabilno od 667,7 do 774,8°), gama (sa kubičnom telo centriranom rešetkom, y-U, postoji od 774,8° do = tačaka topljenja, frm ii34 0), pri čemu je uranijum najpogodniji za obradu.

Na sobnoj temperaturi, ortorombska a-faza je stabilna; prizmatična struktura se sastoji od valovitih atomskih slojeva paralelnih s ravninom ABC, u izuzetno asimetričnoj prizmatičnoj rešetki. Unutar slojeva atomi su čvrsto povezani, dok je jačina veza između atoma u susjednim slojevima znatno slabija (slika 4). Ova anizotropna struktura otežava legiranje uranijuma sa drugim metalima. Samo molibden i niobijum stvaraju legure čvrste faze sa uranijumom. Međutim, metalni uran može stupiti u interakciju s mnogim legurama, stvarajući intermetalne spojeve.

U opsegu 668^775° nalazi se (3-uran. Rešetka tetragonalnog tipa ima slojevitu strukturu sa slojevima paralelnim ravnini ab na pozicijama 1/4S, 1/2 With i 3/4C jedinične ćelije. Na temperaturama iznad 775° formira se y-uranijum sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo. Dodatak molibdena omogućava da y-faza bude prisutna na sobnoj temperaturi. Molibden formira širok spektar čvrstih rastvora sa y-uranijem i stabilizuje y-fazu na sobnoj temperaturi. y-Uranijum je mnogo mekši i savitljiviji od krhkih a- i (3-faza.

Neutronsko zračenje ima značajan utjecaj na fizička i mehanička svojstva uranijuma, uzrokujući povećanje veličine uzorka, promjenu oblika, kao i naglo pogoršanje mehaničkih svojstava (puzanje, krhkost) blokova uranijuma tokom rad nuklearnog reaktora. Povećanje zapremine je posledica akumulacije u uranijumu tokom fisije nečistoća elemenata manje gustine (prevod 1% uranijum u fragmentacione elemente povećava zapreminu za 3,4%).

Rice. 4. Neke kristalne strukture uranijuma: a - a-uranijum, b - p-uranijum.

Najčešći načini za dobijanje uranijuma u metalnom stanju su redukcija njegovih fluorida sa alkalnim ili zemnoalkalnim metalima ili elektroliza rastopljenih soli. Uranijum se takođe može dobiti metalotermnom redukcijom iz karbida sa volframom ili tantalom.

Sposobnost lakog odustajanja od elektrona određuje redukciona svojstva uranijuma i njegovu veću hemijsku aktivnost. Uranijum može stupiti u interakciju sa gotovo svim elementima osim plemenitih plinova, stičući oksidacijska stanja +2, +3, +4, +5, +6. U rastvoru glavna valencija je 6+.

Brzo oksidirajući na zraku, metalni uranijum je prekriven prelijevim filmom oksida. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu (na temperaturama od 1504-175°), formirajući i;) Ov. Na 1000°, uranijum se spaja sa azotom, formirajući žuti uranijum nitrid. Voda može reagirati s metalom, sporo na niskim temperaturama i brzo na visokim temperaturama. Uranijum burno reaguje sa kipućom vodom i parom da bi se oslobodio vodonik, koji sa uranijumom formira hidrid

Ova reakcija je energičnija od sagorevanja uranijuma u kiseoniku. Ova hemijska aktivnost uranijuma čini neophodnom da se uranijum u nuklearnim reaktorima zaštiti od kontakta sa vodom.

Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući U(IV) soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uranijum istiskuje vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao što su živa, srebro, bakar, kalaj, platina i zlato. Kada se snažno protresu, metalne čestice uranijuma počinju da sijaju.

Strukturne karakteristike elektronskih omotača atoma uranijuma (prisustvo ^/-elektrona) i neka njegova fizičko-hemijska svojstva služe kao osnova za klasifikovanje uranijuma kao člana serije aktinida. Međutim, postoji hemijska analogija između uranijuma i Cr, Mo i W. Uranijum je visoko reaktivan i reaguje sa svim elementima osim plemenitih gasova. U čvrstoj fazi, primjeri U(VI) su uranil trioksid U0 3 i uranil hlorid U0 2 C1 2. Uranijum tetrahlorid UC1 4 i uranijum dioksid U0 2

Primjeri za U(IV). Supstance koje sadrže U(IV) su obično nestabilne i postaju heksavalentne kada su duže izložene vazduhu.

U sistem uranijum-kiseonik ugrađeno je šest oksida: UO, U0 2, U 4 0 9 i 3 Ov, U0 3. Odlikuje ih širok raspon homogenosti. U0 2 je bazični oksid, dok je U0 3 amfoteričan. U0 3 - u interakciji s vodom formira niz hidrata, od kojih su najvažniji diuranska kiselina H 2 U 2 0 7 i uranska kiselina H 2 1U 4. Sa alkalijama, U0 3 formira soli ovih kiselina - uranate. Kada se U0 3 otopi u kiselinama, nastaju soli dvostruko nabijenog uranil katjona U0 2 a+.

Uran dioksid, U0 2, stehiometrijskog sastava je smeđe boje. Kako se sadržaj kisika u oksidu povećava, boja se mijenja iz tamno smeđe u crnu. Kristalna struktura tipa CaF 2, A = 0,547 nm; gustina 10,96 g/cm"* (najveća gustina među uranijum oksidima). , pl =2875 0 , Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Uranijum dioksid je poluvodič sa provodljivošću rupa i jakim paramagnetikom. MPC = o.015 mg/m3. Nerastvorljivo u vodi. Na temperaturi od -200° dodaje kiseonik, dostižući sastav U0 2>25.

Uranijum (IV) oksid se može dobiti sledećim reakcijama:

Uran dioksid pokazuje samo bazična svojstva, odgovara bazičnom hidroksidu U(OH) 4, koji se zatim pretvara u hidratisani hidroksid U0 2 H 2 0. Uran dioksid se polako otapa u jakim neoksidirajućim kiselinama u odsustvu atmosferskog kiseonika sa formiranje III+ jona:

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

Rastvorljiv je u koncentriranim kiselinama, a brzina rastvaranja se može značajno povećati dodavanjem jona fluora.

Kada se rastvori u dušičnoj kiselini, dolazi do stvaranja uranil jona 1O 2 2+:

Triuran oktaoksid U 3 0s (uranijev oksid) je prah čija boja varira od crne do tamnozelene; kada se jako zgnječi, postaje maslinastozelene boje. Veliki crni kristali ostavljaju zelene pruge na porculanu. Poznate su tri kristalne modifikacije U 3 0 h: a-U 3 C>8 - rombična kristalna struktura (prostorna grupa C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = o,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombična kristalna struktura (prostorna grupa Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Početak razlaganja je oooo° (prijelazi na 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 se može dobiti reakcijom:

Kalcinacijom U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ili (NH 4) 2 U 2 0 7 na 750 0 u zraku ili u atmosferi kisika ( p = 150+750 mmHg) dobiju stehiometrijski čist U 3 08.

Kada se U 3 0s kalcinira na T>oooo°, smanjuje se na 10 2 , ali se nakon hlađenja na zraku vraća u U 3 0s. U 3 0e se rastvara samo u koncentrisanim jakim kiselinama. U hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini nastaje mešavina U(IV) i U(VI), au azotnoj kiselini - uranil nitrat. Razrijeđena sumporna i hlorovodonična kiselina vrlo slabo reagiraju s U 3 Os čak i kada se zagrijavaju; dodatak oksidacijskih sredstava (dušična kiselina, piroluzit) naglo povećava brzinu rastvaranja. Koncentrovani H 2 S0 4 rastvara U 3 Os da bi formirao U(S0 4) 2 i U0 2 S0 4 . Dušična kiselina rastvara U 3 Oe da bi se formirao uranil nitrat.

Uranijum trioksid, U0 3 - kristalna ili amorfna supstanca jarko žute boje. Reaguje sa vodom. MPC = 0,075 mg/m3.

Dobija se kalciniranjem amonijum poliuranata, uranijum peroksida, uranil oksalata na 300-500° i uranil nitrata heksahidrata. Tako nastaje narandžasti prah amorfne strukture sa gustinom

6,8 g/cmz. Kristalni oblik IU 3 može se dobiti oksidacijom U 3 0 8 na temperaturama od 450°h-750° u protoku kiseonika. Postoji šest kristalnih modifikacija U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je higroskopan i na vlažnom vazduhu prelazi u uranil hidroksid. Njegovo zagrevanje na 520°-^6oo° daje jedinjenje sastava 1U 2>9, dalje zagrijavanje do 6oo° omogućava dobijanje U 3 Os.

Vodik, amonijak, ugljenik, alkalni i zemnoalkalni metali redukuju U0 3 do U0 2. Prilikom prolaska mješavine plinova HF i NH 3 nastaje UF 4. U višoj valentnosti, uranijum pokazuje amfoterna svojstva. Kada su izloženi kiselinama U0 3 ili njegovim hidratima, nastaju soli uranila (U0 2 2+), obojene žuto-zeleno:

Većina soli uranila je visoko rastvorljiva u vodi.

Kada se spoji sa alkalijama, U0 3 formira soli uranske kiseline - MDKH uranati:

Sa alkalnim rastvorima, uran-trioksid formira soli poliuranskih kiselina - poliuranata DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Soli uranske kiseline su praktično netopive u vodi.

Kisela svojstva U(VI) su manje izražena od baznih.

Uranijum reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi. Stabilnost viših halogenida opada od fluorida do jodida. Fluoridi UF 3, U4F17, U2F9 i UF 4 su neisparljivi, a UFe je isparljiv. Najvažniji fluoridi su UF 4 i UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart prema praksi:

Reakcija u fluidiziranom sloju se izvodi prema jednadžbi:

Moguće je koristiti sredstva za fluoriranje: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) ili CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranijum fluorid (1U) UF 4 („zelena so“) je prah plavkasto-zelkaste do smaragdne boje. G 11L = yuz6°; Gk,«.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Kristalna struktura je monoklinska (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; gustina 6,72 g/cm3. UF 4 je stabilno, neaktivno, neisparljivo jedinjenje, slabo rastvorljivo u vodi. Najbolji rastvarač za UF 4 je dima perhlorna kiselina HC10 4. Rastvara se u oksidirajućim kiselinama da nastane uranilna so, brzo se rastvara u vrućem rastvoru Al(N0 3) 3 ili AlCl 3, kao i u rastvoru borne kiseline zakiseljene sa H 2 S0 4, HC10 4 ili HC1 Kompleksirajuća sredstva koja vezuju jone fluora, na primjer, Fe3+, Al3+ ili borna kiselina, također doprinose rastvaranju UF 4. Sa fluoridima drugih metala stvara niz slabo rastvorljivih dvostrukih soli (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 itd.). NH 4 UF 5 je od industrijskog značaja.

U(IV) fluorid je međuproizvod u preparatu

i UF6 i metalni uranijum.

UF 4 se može dobiti reakcijama:

ili elektrolitičkom redukcijom uranil fluorida.

Uranijum heksafluorid UFe - na sobnoj temperaturi kristali boje slonovače sa visokim indeksom prelamanja. Gustina

5,09 g/cmz, gustina tečnog UFe - 3,63 g/cmz. Isparljivo jedinjenje. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (pod pritiskom). Pritisak zasićene pare dostiže atmosferu na 560°. Entalpija formiranja AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Kristalna struktura je ortorombna (prostorna grupa. Rpt; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o.5207 nm; d 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015 mg/m3. Iz čvrstog stanja, UF6 može sublimirati (sublimirati) u plin, zaobilazeći tečnu fazu u širokom rasponu pritisaka. Toplina sublimacije na 50 0 50 kJ/mg. Molekul nema dipolni moment, tako da se UF6 ne povezuje. UFr para je idealan gas.

Dobija se djelovanjem fluora na njegovo jedinjenje U:

Pored reakcija u gasnoj fazi, postoje i reakcije u tečnoj fazi

proizvodnju UF6 upotrebom halofluorida, na primjer

Postoji način da se UF6 dobije bez upotrebe fluora - oksidacijom UF 4:

UFe ne reaguje sa suvim vazduhom, kiseonikom, azotom i C0 2, ali u kontaktu sa vodom, čak i u tragovima, prolazi kroz hidrolizu:

U interakciji je s većinom metala, formirajući njihove fluoride, što otežava metode njegovog skladištenja. Pogodni materijali posuda za rad sa UF6 su: zagrejani Ni, Monel i Pt, na hladnom - takođe teflon, apsolutno suvi kvarc i staklo, bakar i aluminijum. Na temperaturama od 25-0°C formira kompleksna jedinjenja sa fluoridima alkalnih metala i srebra tipa 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Dobro se otapa u raznim organskim tečnostima, neorganskim kiselinama i svim halofluoridima. Inertan za sušenje 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr karakteriziraju reakcije redukcije s većinom čistih metala. UF6 snažno reaguje sa ugljovodonicima i drugim organskim materijama, tako da zatvoreni kontejneri sa UFe mogu eksplodirati. UF6 u opsegu od 25 -r100° formira kompleksne soli sa fluoridima alkalnih i drugih metala. Ovo svojstvo se koristi u tehnologiji selektivne ekstrakcije UF

Uranijum hidridi UH 2 i UH 3 zauzimaju međupoložaj između hidrida sličnih soli i hidrida tipa čvrstih rastvora vodonika u metalu.

Kada uranijum reaguje sa azotom, nastaju nitridi. Postoje četiri poznate faze u U-N sistemu: UN (uranijum nitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p- U 2 N 3 i UN If90. Nije moguće postići sastav UN 2 (dinitrid). Sinteze uranijum mononitrida UN su pouzdane i dobro kontrolisane, koje se najbolje izvode direktno iz elemenata. Uranijum nitridi su praškaste supstance, čija boja varira od tamnosive do sive; izgledaju kao metal. UN ima kubičnu kristalnu strukturu sa licem, poput NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14,324, 7^=2855°, stabilan u vakuumu do 1700 0. Dobiva se reakcijom U ili U hidrida sa N 2 ili NH 3 , razlaganje viših U nitrida na 1300° ili njihova redukcija metalnim uranijumom. U 2 N 3 je poznat u dvije polimorfne modifikacije: kubnoj a i heksagonalnoj p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), oslobađa N 2 u vakuumu iznad 8oo°. Dobija se redukcijom UN 2 vodonikom. UN2 dinitrid se sintetiše reakcijom U sa N2 pod visokim pritiskom N2. Uranijum nitridi su lako rastvorljivi u kiselinama i alkalnim rastvorima, ali se razlažu rastopljenim alkalijama.

Uranijum nitrid se dobija dvostepenom karbotermičnom redukcijom uranovog oksida:

Zagrijavanje u argonu na 7M450 0 10*20 sati

Uranijum nitrid sastava bliskog dinitridu, UN 2, može se dobiti izlaganjem UF 4 amonijaku na visokoj temperaturi i pritisku.

Uranijum dinitrid se raspada kada se zagrije:

Uranijum nitrid, obogaćen na 2 35 U, ima veću gustinu fisije, toplotnu provodljivost i tačku topljenja od uranijumovih oksida – tradicionalnog goriva modernih energetskih reaktora. Takođe ima dobra mehanička svojstva i stabilnost bolju od tradicionalnih goriva. Stoga se ovaj spoj smatra perspektivnom osnovom za nuklearno gorivo u reaktorima na brzim neutronima (nuklearni reaktori IV generacije).

Komentar. Veoma je korisno obogatiti UN za ‘5N, jer .4 N teži da uhvati neutrone, stvarajući radioaktivni izotop 14 C kroz (n,p) reakciju.

Uranijum karbid UC 2 (?-faza) je svetlosiva kristalna supstanca sa metalnim sjajem. U U-C sistemu (uranijum karbidi) postoje UC 2 (?-faza), UC 2 (b 2-faza), U 2 C 3 (e-faza), UC (b 2-faza) - uranijum karbidi. Uranijum dikarbid UC 2 može se dobiti reakcijama:

U + 2C^UC 2 (54v)

Uranijum karbidi se koriste kao gorivo za nuklearne reaktore, a obećavaju i kao gorivo za svemirske raketne motore.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Ulogu metala u ovoj soli ima uranil 2+ kation. Žuti kristali zelenkaste nijanse, lako rastvorljivi u vodi. Vodeni rastvor je kisel. Rastvorljiv u etanolu, acetonu i eteru, nerastvorljiv u benzenu, toluenu i hloroformu. Kada se zagreju, kristali se tope i oslobađaju HN0 3 i H 2 0. Kristalni hidrat se lako isparava na vazduhu. Karakteristična reakcija je da se pod dejstvom NH 3 formira žuti talog amonijum uranijuma.

Uranijum je sposoban da formira metalno-organska jedinjenja. Primjeri su ciklopentadienil derivati ​​sastava U(C 5 H 5) 4 i njihovi halogen-supstituirani u(C 5 H 5) 3 G ili u(C 5 H 5) 2 G 2.

U vodenim rastvorima, uranijum je najstabilniji u oksidacionom stanju U(VI) u obliku uranil jona U0 2 2+. U manjoj mjeri karakteriše ga U(IV) stanje, ali se može javiti čak i u U(III) obliku. Oksidacijsko stanje U(V) može postojati kao jon IO2+, ali se to stanje rijetko opaža zbog njegove sklonosti disproporcionalizaciji i hidrolizi.

U neutralnim i kiselim rastvorima U(VI) postoji u obliku U0 2 2+ - žutog uranil jona. Dobro rastvorljive soli uranila uključuju nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, hlorid U0 2 C1 2, fluor U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Ove soli se oslobađaju iz otopina u obliku kristalnih hidrata s različitim brojem molekula vode. Slabo rastvorljive soli uranila su: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfati U0 2 HP0., i UO2P2O4, amonijum uranil fosfat UO2NH4PO4, natrijum uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferocijanid) (U20). Uranilni jon karakteriše sklonost formiranju kompleksnih jedinjenja. Tako su poznati kompleksi sa jonima fluora tipa -, 4-; nitratni kompleksi' i 2 *; kompleksi sumporne kiseline 2" i 4-; karbonatni kompleksi 4" i 2" itd. Kada alkalije djeluju na rastvore soli uranila, oslobađaju se slabo rastvorljivi precipitati diuranata tipa Me 2 U 2 0 7 (monourati Me 2 U0 4 nisu izolovani iz rastvora, dobijaju se fuzijom uranijum oksida sa alkalijama).Poznati su poliuranati Me 2 U n 0 3 n+i (npr. Na 2 U60i 9).

U(VI) se redukuje u kiselim rastvorima u U(IV) gvožđem, cinkom, aluminijumom, natrijum hidrosulfitom i natrijum amalgamom. Rešenja su obojena zelenom bojom. Iz njih se talože alkalije hidroksid U0 2 (0H) 2, fluorovodonična kiselina - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalna kiselina - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Jon U 4+ ima tendenciju da formiraju manje komplekse od uranilnih jona.

Uran (IV) u rastvoru je u obliku U 4+ jona, koji su visoko hidrolizovani i hidratisani:

U kiselim rastvorima hidroliza je potisnuta.

Uran (VI) u rastvoru formira uranil oksokaciju - U0 2 2+ Poznata su brojna jedinjenja uranila, primeri kojih su: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH 4 ) 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, itd.

Hidrolizom uranil jona nastaje niz multinuklearnih kompleksa:

Daljnjom hidrolizom pojavljuju se U 3 0s(0H) 2, a zatim U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Za kvalitativnu detekciju uranijuma koriste se metode hemijske, luminiscentne, radiometrijske i spektralne analize. Hemijske metode se pretežno baziraju na stvaranju obojenih spojeva (na primjer, crveno-smeđa boja jedinjenja sa ferocianidom, žuta sa vodikovim peroksidom, plava sa arsenazo reagensom). Luminescentna metoda temelji se na sposobnosti mnogih spojeva uranijuma da proizvode žućkasto-zelenkasti sjaj kada su izloženi UV zracima.

Kvantitativno određivanje uranijuma se provodi različitim metodama. Najvažnije od njih su: volumetrijske metode, koje se sastoje od redukcije U(VI) do U(IV) praćene titracijom rastvorima oksidacionih sredstava; gravimetrijske metode - precipitacija uranata, peroksida, U(IV) kupferanata, hidroksikinolata, oksalata itd. nakon čega slijedi njihovo kalciniranje na oooo° i težine U 3 0s; polarografske metode u rastvoru nitrata omogućavaju određivanje 10*7-g10-9 g uranijuma; brojne kolorimetrijske metode (npr. sa H 2 0 2 u alkalnoj sredini, sa arsenazo reagensom u prisustvu EDTA, sa dibenzoilmetanom, u obliku tiocijanatnog kompleksa, itd.); luminescentna metoda, koja omogućava određivanje kada je spojen sa NaF do Yu 11 g uranijum.

235U pripada grupi opasnosti od zračenja A, minimalna značajna aktivnost je MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 i - grupi D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).