Uranus(lat. uran), u, radioaktivt kemisk grundstof af gruppe III i det periodiske system af Mendeleev, tilhører familien aktinider, atomnummer 92, atommasse 238,029; metal. Naturlig U. består af en blanding af tre isotoper: 238 u - 99,2739% med en halveringstid t 1 / 2 = 4,51 10 9 år, 235 u - 0,7024% (t 1 / 2 = 7,13 10 8 år) og 234 u – 0,0057 % (t 1 / 2 = 2,48 10 5 år). Af de 11 kunstige radioaktive isotoper med massetal fra 227 til 240 er den langlivede 233 u (t 1 / 2 = 1,62 10 5 år); det opnås ved neutronbestråling af thorium. 238 u og 235 u er forfædre til to radioaktive serier.

Historisk reference. U. åbnede i 1789. kemiker M. G. Klaproth og navngav ham til ære for planeten Uranus, opdaget af V. Herschel i 1781. I metallisk Tilstand erholdtes U. 1841 af Franskmændene. kemiker E. Peligo under reduktionen af ​​ucl 4 med kaliummetal. I første omgang blev U. tildelt en atommasse på 120, og først i 1871 blev D.I. Mendeleev Jeg kom til den konklusion, at denne værdi burde fordobles.

I lang tid var uran kun af interesse for en snæver kreds af kemikere og fandt begrænset anvendelse til fremstilling af maling og glas. Med opdagelsen af ​​fænomenet radioaktivitet U. i 1896 og radium i 1898 begyndte industriel forarbejdning af uranmalme for at udvinde og bruge radium i videnskabelig forskning og medicin. Siden 1942, efter opdagelsen i 1939 af fænomenet nuklear fission , U. blev det vigtigste atombrændsel.

Udbredelse i naturen. U. er et karakteristisk grundstof for jordskorpens granitlag og sedimentære skal. Det gennemsnitlige indhold af uran i jordskorpen (clarke) er 2,5 10 -4 vægtprocent, i sure magmatiske bjergarter 3,5 10 -4 %, i ler og skifer 3,2 10 -4 %, i basiske bjergarter 5 · 10 -5 % , i ultrabasiske bjergarter af kappen 3 · 10 -7%. U. vandrer kraftigt i koldt og varmt, neutralt og basisk vand i form af simple og komplekse ioner, især i form af carbonatkomplekser. Redoxreaktioner spiller en vigtig rolle i urans geokemi, da uranforbindelser som regel er meget opløselige i vand med et oxiderende miljø og dårligt opløseligt i vand med et reducerende miljø (f.eks. svovlbrinte).

Der kendes omkring 100 uranmineraler; 12 af dem er af industriel betydning . I løbet af den geologiske historie faldt kulstofindholdet i jordskorpen på grund af radioaktivt henfald; Denne proces er forbundet med akkumulering af Pb- og He-atomer i jordskorpen. Det radioaktive henfald af kulstof spiller en vigtig rolle i energien i jordskorpen, da det er en betydelig kilde til dyb varme.

Fysiske egenskaber. U. ligner i farven stål og er let at behandle. Den har tre allotrope modifikationer - a, b og g med fasetransformationstemperaturer: a ® b 668,8 ± 0,4 ° C, b® g 772,2 ± 0,4 ° C; a-formen har et rombisk gitter -en= 2,8538 å, b= 5,8662 å, Med= 4,9557 å), b-form – tetragonalt gitter (ved 720 °C EN = 10,759 , b= 5.656 å), g-form – kropscentreret kubisk gitter (ved 850°c a = 3.538 å). Densitet af U. i a-form (25°c) 19,05 ± 0,2 g/cm 3 ,t pl 1132 ± 1°C; t kip 3818 °C; termisk ledningsevne (100–200°c), 28,05 Tirs/(m· TIL) , (200-400 °c) 29,72 Tirs/(m· TIL); specifik varmekapacitet (25°c) 27,67 kJ/(kg· TIL); elektrisk resistivitet ved stuetemperatur er ca. 3 10 -7 ohm· cm, ved 600°c 5,5 10-7 ohm· cm; har superledningsevne ved 0,68 ± 0,02K; svag paramagnetisk, specifik magnetisk modtagelighed ved stuetemperatur 1,72 · 10 -6.

Kulstoffets mekaniske egenskaber afhænger af dets renhed og af mekaniske og varmebehandlingsmetoder. Gennemsnitsværdien af ​​elasticitetsmodulet for støbt U. 20,5 10 -2 Mn/m 2 trækstyrke ved stuetemperatur 372–470 Mn/m 2 , styrke øges efter hærdning fra b - og g -faser; gennemsnitlig Brinell hårdhed 19,6–21,6 10 2 Mn/m 2 .

Bestråling med en neutronflux (som forekommer i atomreaktor) ændrer urans fysiske og mekaniske egenskaber: krybning udvikler sig, og skrøbeligheden øges, deformation af produkter observeres, hvilket tvinger brugen af ​​uran i atomreaktorer i form af forskellige uranlegeringer.

U. – radioaktivt grundstof. Nuclei 235 u og 233 u fission spontant, såvel som ved indfangning af både langsomme (termiske) og hurtige neutroner med et effektivt fissionstværsnit på 508 10 -24 cm 2 (508 lade) og 533 10-24 cm 2 (533 lade) henholdsvis. 238u nuclei fission ved indfangning af kun hurtige neutroner med en energi på mindst 1 Mev; ved indfangning af langsomme neutroner bliver 238 u til 239 pu , hvis nukleare egenskaber er tæt på 235 u. Kritisk massen af ​​U. (93,5 % 235 u) i vandige opløsninger er mindre end 1 kg, for en åben bold - omkring 50 kg, for en bold med en reflektor - 15 - 23 kg; kritisk masse 233 u – cirka 1/3 af den kritiske masse 235 u.

Kemiske egenskaber. Konfiguration af den ydre elektronskal af atomet U. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . U. er et reaktivt metal i forbindelser udviser det oxidationstilstande + 3, + 4, + 5, + 6, nogle gange + 2; de mest stabile forbindelser er u (iv) og u (vi). I luften oxiderer det langsomt med dannelsen af ​​en film af dioxid på overfladen, som ikke beskytter metallet mod yderligere oxidation. I pulveriseret tilstand er U. pyrofor og brænder med en lys flamme. Med oxygen danner det dioxid uo 2, trioxid uo 3 og et stort antal mellemoxider, hvoraf den vigtigste er u 3 o 8. Disse mellemliggende oxider har egenskaber tæt på uo 2 og uo 3. Ved høje temperaturer har uo 2 et bredt homogenitetsområde fra uo 1,60 til uo 2,27. Med fluor ved 500-600°c danner det tetrafluorid (grønne nåleformede krystaller, let opløselige i vand og syrer) og hexafluorid uf 6 (et hvidt krystallinsk stof, der sublimerer uden at smelte ved 56,4°c); med svovl - en række forbindelser, hvoraf os (atombrændsel) er den vigtigste. Når uran reagerer med hydrogen ved 220°C, opnås hydridet uh 3; med nitrogen ved temperaturer fra 450 til 700 °C og atmosfærisk tryk - nitrid u 4 n 7, ved et højere nitrogentryk og samme temperatur kan du få un, u 2 n 3 og un 2; med kulstof ved 750-800°c - uc monocarbid, uc 2 dicarbid og også u 2 c 3; danner legeringer af forskellige typer med metaller . U. reagerer langsomt med kogende vand for at danne uo 2 og h 2, med vanddamp - i temperaturområdet 150-250 ° C; opløselig i saltsyre og salpetersyre, let opløselig i koncentreret flussyre. U (vi) er karakteriseret ved dannelsen af ​​uranylionen uo 2 2 + ; uranylsalte har en gul farve og er meget opløselige i vand og mineralsyrer; salte u (iv) er grønne og mindre opløselige; uranylion er ekstremt i stand til kompleksdannelse i vandige opløsninger med både uorganiske og organiske stoffer; De vigtigste for teknologi er carbonat, sulfat, fluorid, fosfat og andre komplekser. Der kendes et stort antal uranater (salte af uransyre, der ikke er isoleret i ren form), hvis sammensætning varierer afhængigt af produktionsbetingelserne; Alle uranater har lav opløselighed i vand.

U. og dets forbindelser er stråling og kemisk giftige. Maksimal tilladt dosis (MAD) for erhvervsmæssig eksponering 5 rem i år.

Kvittering. U. udvindes af uranmalme indeholdende 0,05–0,5 % u. Malmene er praktisk talt ikke beriget, med undtagelse af en begrænset metode til radiometrisk sortering baseret på radiumstråling, som altid følger med uran. Grundlæggende udvaskes malme med opløsninger af svovlsyre, nogle gange salpetersyre eller sodaopløsninger med overførsel af uran til en sur opløsning i form af uo 2 so 4 eller komplekse anioner 4-, og til en sodaopløsning - i form af 4 -. For at udvinde og koncentrere uran fra opløsninger og pulp, samt at rense det fra urenheder, anvendes sorption på ionbytterharpikser og ekstraktion med organiske opløsningsmidler (tributylphosphat, alkylphosphorsyrer, aminer). Derefter udfældes ammonium- eller natriumuranater eller u(oh)4-hydroxid fra opløsningerne ved tilsætning af alkali. For at opnå forbindelser af høj renhed opløses tekniske produkter i salpetersyre og udsættes for, hvis slutprodukter er uo 3 eller u 3 o 8; disse oxider reduceres ved 650-800°c med brint eller dissocieret ammoniak til uo 2, efterfulgt af dets omdannelse til uf4 ved behandling med gasformigt hydrogenfluorid ved 500-600°c. uf 4 kan også opnås ved udfældning af krystallinsk hydrat uf 4 · nh 2 o med flussyre fra opløsninger, efterfulgt af dehydrering af produktet ved 450°C i en strøm af hydrogen. I industrien er den vigtigste metode til at opnå uran fra uf 4 dets calcium-termiske eller magnesium-termiske reduktion med udbyttet af uran i form af barrer, der vejer op til 1,5 tons. Barrerne raffineres i vakuumovne.

En meget vigtig proces inden for uranteknologi er berigelsen af ​​dens 235 u isotop over det naturlige indhold i malme eller isoleringen af ​​denne isotop i sin rene form , da det er 235 u, der er det vigtigste nukleare brændsel; Dette gøres ved gas termisk diffusion, centrifugal og andre metoder baseret på forskellen i masser 235 u og 238 u; I separationsprocesser anvendes uran i form af flygtigt hexafluorid uf 6. Ved opnåelse af højt beriget kulstof eller isotoper tages der hensyn til deres kritiske masser; den mest bekvemme metode i dette tilfælde er reduktion af uranoxider med calcium; Den resulterende slagge, cao, skilles let fra kulstoffet ved opløsning i syrer.

Pulvermetallurgiske metoder bruges til at fremstille pulveriseret kuldioxid, carbider, nitrider og andre ildfaste forbindelser.

Ansøgning. Metal U. eller dets forbindelser anvendes hovedsageligt som nukleart brændsel i atomreaktorer. En naturlig eller lavt beriget blanding af kulstofisotoper anvendes i stationære reaktorer på atomkraftværker, der anvendes i et højt beriget produkt atomkraftværker eller i hurtige neutronreaktorer. 235 u er en kilde til kerneenergi i Atom våben. 238 u tjener som en kilde til sekundært nukleart brændsel - plutonium.

V. M. Kulifeev.

Uran i kroppen. I spormængder (10 -5 –10 -5%) findes det i væv hos planter, dyr og mennesker. I planteaske (med et U-indhold i jorden på ca. · 10 -4) er dens koncentration 1,5 · 10 -5 %. I størst udstrækning ophobes uran af nogle svampe og alger (sidstnævnte deltager aktivt i den biogene migration af uran langs kæden vand - vandplanter - fisk - mennesker). U. kommer ind i dyrs og menneskers krop med mad og vand ind i mave-tarmkanalen, med luft ind i luftvejene og også gennem hud og slimhinder. U. forbindelser absorberes i mave-tarmkanalen - omkring 1% af den indkommende mængde af opløselige forbindelser og ikke mere end 0,1% af tungtopløselige; i lungerne optages henholdsvis 50 % og 20 %. U. er ujævnt fordelt i kroppen. De vigtigste depoter (aflejrings- og akkumuleringssteder) er milten, nyrerne, skelettet, leveren og, ved indånding af dårligt opløselige forbindelser, lungerne og bronkopulmonale lymfeknuder. U. (i form af karbonater og komplekser med proteiner) cirkulerer ikke i blodet i lang tid. U-indholdet i organer og væv hos dyr og mennesker overstiger ikke 10 -7 å/å. Blodet af kvæg indeholder således 1 10 -8 g/ml, lever 8 10 -8 å/å, muskler 4 10 -8 å/å, milt 9 10 -8 å/å. U-indholdet i menneskelige organer er: i leveren 6 10 -9 å/å, i lungerne 6 10 -9 –9 10 -9 g/g, i milten 4,7 10 -9 å/å, i blod 4 10 -9 g/ml, i nyrerne 5,3 10 -9 (kortikalt lag) og 1,3 10 -9 å/å(marvlag), i knogler 1 10 -9 å/å, i knoglemarv 1 10 -9 å/å, i hår 1,3 10 -7 å/å. U. indeholdt i knoglevæv forårsager dets konstante bestråling (halveringstiden for U. fra skelettet er ca. 300 dage) . De laveste koncentrationer af U er i hjernen og hjertet (10-10 å/å). Dagligt indtag af U. fra mad og væsker – 1,9 10 -6 g, s luft – 7 10 -9 G. Den daglige udskillelse af U fra menneskekroppen er: med urin 0,5 · 10 -7 –5 · 10 -7, med afføring – 1,4 · 10 -6 –1,8 · 10 -6 g, s hår – 2 10 -8 g.

Ifølge den internationale kommission for strålebeskyttelse er det gennemsnitlige U-indhold i den menneskelige krop 9·10 -8 g. Denne værdi kan variere for forskellige regioner. Det menes, at U er nødvendigt for dyrs og planters normale liv, men dets fysiologiske funktioner er ikke blevet afklaret.

G.P. Galibin.

Toksisk virkning Uran skyldes dets kemiske egenskaber og afhænger af opløselighed: uranyl og andre opløselige uranforbindelser er mere giftige Forgiftning med uran og dets forbindelser er mulig på virksomheder til udvinding og forarbejdning af uranråmaterialer og andre industrielle faciliteter, hvor det anvendes i. den teknologiske proces. Når det kommer ind i kroppen, påvirker det alle organer og væv, da det er en generel cellulær gift. Tegn på forgiftning skyldes primært nyreskade (fremkomsten af ​​protein og sukker i urinen, efterfølgende oliguri) , leveren og mave-tarmkanalen er også påvirket. Der er akutte og kroniske forgiftninger; sidstnævnte er karakteriseret ved gradvis udvikling og mindre alvorlige symptomer. Med kronisk forgiftning er forstyrrelser af hæmatopoiesis, nervesystemet osv. Det antages, at den molekylære virkningsmekanisme af U. er forbundet med dens evne til at undertrykke enzymernes aktivitet.

Forebyggelse af forgiftning: kontinuitet i teknologiske processer, brug af forseglet udstyr, forebyggelse af luftforurening, behandling af spildevand før udledning til vandområder, honning. overvågning af arbejdstagernes sundhedstilstand og overholdelse af hygiejniske standarder for det tilladte indhold af uran og dets forbindelser i miljøet.

V. F. Kirillov.

Lit.: Læren om radioaktivitet. Historie og modernitet, red. B.M. Kedrova, M., 1973; Petrosyants A. M., Fra videnskabelig forskning til atomindustrien, M., 1970; Emelyanov V.S., Evstyukhin A.I., Metallurgy of nuclear fuel, M., 1964; Sokursky Yu N., Sterlin Ya M., Fedorchenko V. A., Uranium og dets legeringer, M., 1971; Evseeva L. S., Perelman A. I., Ivanov K. E., Geochemistry of uranium in the hypergenetic zone, 2. udgave, M., 1974; Farmakologi og toksikologi af uranforbindelser, [trans. fra engelsk], bind 2, M., 1951; Guskova V.N., Uranus. Strålingshygiejniske egenskaber, M., 1972; Andreeva O. S., Arbejdshygiejne ved arbejde med uran og dets forbindelser, M., 1960; Novikov Yu V., Hygiejniske spørgsmål ved at studere uranindholdet i det ydre miljø og dets virkning på kroppen, M., 1974.

Uranus er et af tungmetalelementerne i det periodiske system. Uran er meget udbredt i energi- og militærindustrien. I det periodiske system kan det findes ved nummer 92 og er betegnet med det latinske bogstav U med et massenummer på 238.

Hvordan Uranus blev opdaget

Generelt har et sådant kemisk grundstof som uran været kendt i meget lang tid. Det er kendt, at selv før vores æra blev naturlig uranoxid brugt til at lave gul glasur til keramik. Opdagelsen af ​​dette grundstof kan spores tilbage til 1789, hvor en tysk kemiker ved navn Martin Heinrich Klaproth genfandt et sort metallignende materiale fra en malm. Martin besluttede at kalde dette materiale Uranus for at understøtte navnet på den nyopdagede planet af samme navn (planeten Uranus blev opdaget samme år). I 1840 blev det afsløret, at dette materiale, opdaget af Klaproth, viste sig at være uranoxid på trods af den karakteristiske metalliske glans. Eugene Melchior Peligot syntetiserede atomisk uran fra oxid og bestemte dets atomvægt til 120 AU, og i 1874 fordoblede Mendeleev denne værdi og placerede den i den fjerneste celle i hans bord. Kun 12 år senere blev Mendeleevs beslutning om at fordoble massen bekræftet af den tyske kemiker Zimmermanns eksperimenter.

Hvor og hvordan udvindes uran?

Uran er et ret almindeligt grundstof, men det er almindeligt i form af uranmalm. Så du forstår, at dens indhold i jordskorpen er 0,00027% af jordens samlede masse. Uranmalm findes typisk i sure mineralske bjergarter med et højt siliciumindhold. De vigtigste typer uranmalm er begblende, carnotit, casolite og samarskite. De største reserver af uranmalm, under hensyntagen til reserveforekomster, findes i lande som Australien, Rusland og Kasakhstan, og af alle disse indtager Kasakhstan en førende position. Udvinding af uran er en meget vanskelig og dyr procedure. Ikke alle lande har råd til at mine og syntetisere rent uran. Produktionsteknologien er som følger: malm eller mineraler udvindes i miner, der kan sammenlignes med guld eller ædelsten. De udvundne sten knuses og blandes med vand for at adskille uranstøvet fra resten. Uranstøv er meget tungt, og derfor udfældes det hurtigere end andre. Det næste trin er at rense uranstøvet fra andre sten ved syre eller basisk udvaskning. Fremgangsmåden ser nogenlunde sådan ud: Uranblandingen opvarmes til 150 °C, og ren ilt tilføres under tryk. Som følge heraf dannes svovlsyre, som renser uran fra andre urenheder. Nå, i sidste fase udvælges rene uraniumpartikler. Ud over uranstøv er der også andre nyttige mineraler.

Faren for radioaktiv stråling fra uran

Alle er godt klar over begrebet radioaktiv stråling og det faktum, at det forårsager uoprettelig skade på helbredet, hvilket fører til døden. Uran er et sådant grundstof, der under visse forhold kan frigive radioaktiv stråling. I fri form, afhængigt af dens sort, kan den udsende alfa- og beta-stråler. Alfastråler udgør ikke nogen stor fare for mennesker, hvis bestrålingen er ekstern, da denne stråling har en lav gennemtrængningsevne, men når de kommer ind i kroppen, forårsager de uoprettelig skade. Selv et ark skrivepapir er nok til at indeholde eksterne alfastråler. Med betastråling er tingene mere alvorlige, men ikke meget. Betastrålingens gennemtrængningsevne er højere end alfastrålingens, men der skal 3-5 mm væv til for at indeholde betastråling. Kan du fortælle mig, hvordan det er? Uran er et radioaktivt grundstof, der bruges i atomvåben! Det er rigtigt, det bruges i atomvåben, som forårsager kolossal skade på alt levende. Det er bare, at når et nukleart sprænghoved detonerer, er den største skade på levende organismer forårsaget af gammastråling og en flux af neutroner. Disse typer af stråling dannes som et resultat af en termonuklear reaktion under eksplosionen af ​​et sprænghoved, som fjerner uran partikler fra en stabil tilstand og ødelægger alt liv på jorden.

Sorter af uran

Som nævnt ovenfor har uran flere varianter. Sorter indebærer tilstedeværelsen af ​​isotoper, så du forstår, isotoper indebærer de samme elementer, men med forskellige massetal.

Så der er to typer:

1. Naturlig;
2. Kunstig;

Som du måske har gættet, er den naturlige den, der udvindes fra jorden, og den kunstige er skabt af mennesker på egen hånd. Naturlige isotoper omfatter uranisotoper med massetal 238, 235 og 234. Desuden er U-234 en datter af U-238, det vil sige, at den første er opnået fra henfaldet af den anden under naturlige forhold. Den anden gruppe af isotoper, som er skabt kunstigt, har massetal fra 217 til 242. Hver af isotoperne har forskellige egenskaber og er karakteriseret ved forskellig adfærd under visse forhold. Afhængigt af behovene forsøger nuklearforskere at finde alle mulige løsninger på problemer, fordi hver isotop har en forskellig energiværdi.

Halveringstider

Som nævnt ovenfor har hver af isotoper af uran en forskellig energiværdi og forskellige egenskaber, hvoraf den ene er halveringstid. For at forstå, hvad det er, skal du starte med en definition. Halveringstiden er den tid, hvor antallet af radioaktive atomer reduceres til det halve. Halveringstiden påvirker mange faktorer, for eksempel dens energiværdi eller fuldstændig oprensning. Hvis vi tager det sidste som eksempel, kan vi beregne, hvor lang tid det vil tage at fjerne den radioaktive forurening af jorden fuldstændigt. Halveringstider for uranisotoper:

Som det kan ses af tabellen, varierer halveringstiden for isotoper fra minutter til hundreder af millioner af år. Hver af dem finder anvendelse på forskellige områder af folks liv.

Anvendelsen af ​​uran er meget udbredt inden for mange aktivitetsområder, men den har størst værdi i energi- og militærsektoren. Isotopen U-235 er af største interesse. Dens fordel er, at den er i stand til selvstændigt at opretholde en nuklear kædereaktion, som er meget brugt i militære anliggender til fremstilling af atomvåben og som brændstof i atomreaktorer. Derudover er uran meget brugt i geologien til at bestemme alderen på mineraler og klipper samt til at bestemme forløbet af geologiske processer. I bil- og flyindustrien bruges forarmet uran som modvægt og centreringselement. Anvendelse fandtes også i maling, og mere specifikt som maling til porcelæn og til fremstilling af keramiske glasurer og emaljer. Et andet interessant punkt kan betragtes som brugen af ​​forarmet uran til beskyttelse mod radioaktiv stråling, hvor mærkeligt det end kan lyde.

URAN (fra navnet på planeten Uranus), U - radioaktivt kemikalie. element af gruppe III i det periodiske system af grundstoffer; på. n. 92, kl. m. 238,029; tilhører actinider. Sølvhvidt skinnende metal. I forbindelser udviser den oxidationstilstande fra +2 til +6, de mest karakteristiske er +4 og +6.

Naturligt uran består af isotoperne 238U (99,282%), 235U (0,712%) og 234U (0,006%). Blandt kunstige isotoper er 233U isotopen af ​​praktisk betydning. U. i form af oxid U02 blev opdaget (1789) af tysk. kemiker M.-G. Klaproth. Uranmetal blev modtaget (1841) af franskmændene. kemiker E.-M. Peligo. Siden 40'erne. 20. århundrede U. har fået betydning som en kilde til kerneenergi, der frigives under spaltningen af ​​dets atomer under fangsten af ​​neutroner; 235U og 233U har denne egenskab. Isotopen 238U bliver, når den fanger neutroner, til (239Pu), som også er et nukleart brændsel. Uranindholdet i jordskorpen er 0,3-0,0004%. Dens vigtigste mineral er en række af uranit - pitchblende (uranbeg) (40-76% U). Uran findes i små mængder i granitter (0,0004%), jord (0,0001 -0,00004%) og vand (~10 -8%).

Tre af dets allotrope modifikationer er kendt: alfa-uran med et orthorhombisk krystalgitter og med perioder a = 2,8541 A, b = 5,8692 A og c = 4,9563 A (temperatur 25 ° C), som transformeres ved t-re 667,7 ° C i beta-uran med et tetragonalt krystalgitter og med perioder a = 10,759 A og c = 5,656 A (t-ra 720 ° C); over temperaturen på 774,8°C er gamma-uran stabil med et kropscentreret kubisk gitter og med en periode a = 3,524 A (temperatur 805°C).

Densiteten af ​​alfa-uran ved stuetemperatur er 19,05 g/cm3; smeltepunkt 1132°C; kogepunkt 3820° C (tryk 1 ved). Varme af transformationer alfa⇄ beta, beta ⇄ gamma, smeltning og fordampning af uran, henholdsvis ~ 0,70; 1,15; 4,75 og 107-117 kcal/mol. Varmekapacitet c = 6,4 cal/mol (temperatur 25° C). Gennemsnitlig koefficient termisk ekspansion af alfa-uran langs a-, b- og c-akserne i temperaturområdet 20-500 ° C, henholdsvis 32,9; -6,3 og 27,6 10-6 grader-1. Den termiske konduktivitetskoefficient for uran ved stuetemperatur er ~ 0,06 cal/cm sek grader og stiger med stigende temperatur. Den elektriske resistivitet af alfa uran afhænger af den krystallografiske retning; dens gennemsnitlige værdi for uran af en polykrystallinsk prøve af høj renhed er ~ 30 μΩ x cm ved stuetemperatur og stiger til ~ 54 μΩ x cm ved 600 ° C. Anisotropi af Youngs modul er også observeret i alfa uran. Polykrystallinsk alfa-uran har et Youngs modul på 2,09 x 104 kgf/mm2; forskydningsmodul 0,85 x 104 kgf/mm2; koefficient Poisson 0,23. Hårdheden af ​​alfa-uran ved stuetemperatur er HV = 200, men falder til 12 ved 600° C.

Under overgangen fra alfa- til beta-uran stiger hårdheden fra ~ 10 til ~ 30. Trækstyrken af ​​udglødet alfa-uran (0,02% C) ved en temperatur på 20 ° C er ~ 42 kgf/mm2, stiger til 49 kgf/ mm2 ved en temperatur på 100 9 C og falder derefter næsten lineært til ~ 11 kgf/mm2 med en temperaturstigning til 600° C. Ved en temperatur på 20° C er henholdsvis flydespænding, relativ forlængelse og relativ kontraktion 26 kgf/mm2, 8 og 11%, og ved en temperatur på 600°C - 9 kgf/mm2, 26 og 65%. Forøgelse af kulstofindholdet fra 0,01 til 0,20 % øger styrke- og udbyttegrænserneσ 0,2 fra henholdsvis 37 og 24 til 52 og 32 kgf/mm2. Alle mekaniske egenskaber af uran afhænger væsentligt af tilstedeværelsen af ​​urenheder og forbehandling.

Krybningen af ​​uran er især afhængig af cykliske ændringer i temperaturen, som er forbundet med yderligere termiske spændinger, der opstår på grund af den store forskel i koefficienten. termisk ekspansion langs forskellige krystallografiske retninger af alfa-uran. Slagstyrken af ​​alfa-uran (0,03 % C), lav ved temperaturer på 20 og 100 ° C (henholdsvis 1,4 og 2,3 kgf-m/cm2), stiger næsten lineært til 11,7 kgf-m/cm2 ved en temperatur på 500° C. Et karakteristisk træk er forlængelsen af ​​polykrystallinske alfa-uran-stænger med en tekstur langs aksen under påvirkning af gentagen opvarmning og afkøling.

Når uranatomer spaltes, og uopløselige i uran dannes, hvilket fører til hævelse af metallet (meget uønsket for nukleart brændsel). Selv ved stuetemperatur oxiderer uran i tør luft med dannelse af en tynd oxidfilm, når den opvarmes til en temperatur på 200°C, dannes kedeldioxid U02, ved en temperatur på 200-400°C - U308, ved en højere temperatur; temperatur - U308 (mere præcist, faste opløsninger baseret på disse oxider). Oxidationshastigheden er lav ved en temperatur på 50°C og meget høj ved en temperatur på 300°C. Uran reagerer langsomt med nitrogen under en temperatur på 400°C, men ret hurtigt ved en temperatur på 750-800°C med brint forekommer allerede ved stuetemperatur med dannelse af hydrid UH3.

I vand ved temperaturer op til 70° C dannes en film af dioxid på uran, som har en beskyttende virkning; ved en temperatur på 100°C accelererer interaktionen betydeligt. For at opnå U. beriges dens malme med våde kemikalier. metode, udvaskning med svovlsyre i nærværelse af et oxidationsmiddel - mangandioxid. Uran ekstraheres fra en sulfatopløsning med organiske opløsningsmidler eller isoleres med phenolharpikser. Det resulterende koncentrat opløses i nitrogenopløsning. Det resulterende uranylnitrat U02 (N03)2 ekstraheres f.eks. med butylphosphat, og efter frigørelse fra sidstnævnte nedbrydes U-forbindelserne ved en temperatur på 500-700 °C. De resulterende U308 og U03 med høj renhed er reduceret med hydrogen ved en temperatur på 600-800 °C til dioxid U02.

Uranmetal opnås ved metallotermisk reduktion (med calcium eller magnesium) af urandioxid UO2 eller urantetrafluorid UF4, tidligere opnået fra dioxidet ved indvirkning af vandfrit hydrogenfluorid ved en temperatur på 500 ° C. Sidstnævnte metode er mere almindelig og tillader en for at opnå højrenhedsbarrer (0,0045 % Fe, 0,001 % Si, 0,003 % C) og vejer mere end et ton. Uranmetal opnås også ved elektrolyse i saltbade indeholdende UF4 ved en temperatur på 800-1200°C. Råuran udsættes normalt for raffineringssmeltning (temperatur 1450-1600°C) i grafitdigler, i højfrekvente vakuumovne med støbning i grafitforme.

Små prototyper deformeres ved smedning i alfatilstanden, som også bruges sammen med presning i alfa- eller gammatilstanden til at deformere store barrer. Koldvalsning øger styrkeegenskaberne for uran, hårdhed under kompression med 40%, øger HV fra 235 til 325. Fjernelse af hærdning sker hovedsageligt ved en temperatur på 350-450 ° C i metal af teknisk renhed og ledsages af omkrystallisation under disse forhold ; sekundær, kollektiv omkrystallisation udvikler sig ved en temperatur på 600-650° C. Afkøling af uran i vand eller olie fra beta- eller gammatilstanden undertrykker ikke dannelsen af ​​alfa-fasen, men forfiner kornene af alfa-uran, især i nærværelse af urenheder. Metal U.,

; atomnummer 92, atommasse 238,029; metal. Naturligt uran består af en blanding af tre isotoper: 238 U - 99,2739% med en halveringstid T ½ = 4,51 10 9 år, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 år) og 234 U -% (T 0,0057) ½ = 2,48·10 5 år).

Af de 11 kunstige radioaktive isotoper med massetal fra 227 til 240 er den langlivede 233 U (T ½ = 1,62·10 5 år); det opnås ved neutronbestråling af thorium. 238 U og 235 U er forfædre til to radioaktive serier.

Historisk reference. Uran blev opdaget i 1789 af den tyske kemiker M. G. Klaproth og navngivet af ham til ære for planeten Uranus, opdaget af W. Herschel i 1781. I den metalliske tilstand blev uran opnået i 1841 af den franske kemiker E. Peligo under reduktionen af UCl 4 med kaliummetal. Oprindeligt blev Uranus tildelt en atommasse på 120, og først i 1871 kom D.I. Mendeleev til den konklusion, at denne værdi skulle fordobles.

I lang tid var uran kun af interesse for en snæver kreds af kemikere og fandt begrænset anvendelse til fremstilling af maling og glas. Med opdagelsen af ​​fænomenet radioaktivitet i uran i 1896 og radium i 1898 begyndte industriel forarbejdning af uranmalme for at udvinde og bruge radium i videnskabelig forskning og medicin. Siden 1942, efter opdagelsen af ​​nuklear fission i 1939, er uran blevet det vigtigste nukleare brændsel.

Udbredelse af Uranus i naturen. Uran er et karakteristisk grundstof for jordskorpens granitlag og sedimentære skal. Det gennemsnitlige indhold af uran i jordskorpen (clarke) er 2,5 10 -4 vægtprocent, i sure magmatiske bjergarter 3,5 10 -4 %, i ler og skifer 3,2 10 -4 %, i basiske bjergarter 5 ·10 -5 % , i ultrabasiske bjergarter af kappen 3·10 -7%. Uran vandrer kraftigt i koldt og varmt, neutralt og basisk vand i form af simple og komplekse ioner, især i form af carbonatkomplekser. Redoxreaktioner spiller en vigtig rolle i urans geokemi, da uranforbindelser som regel er meget opløselige i vand med et oxiderende miljø og dårligt opløseligt i vand med et reducerende miljø (f.eks. svovlbrinte).

Der kendes omkring 100 uranmineraler; 12 af dem er af industriel betydning. I løbet af den geologiske historie er indholdet af Uran i jordskorpen faldet på grund af radioaktivt henfald; Denne proces er forbundet med akkumulering af Pb- og He-atomer i jordskorpen. Det radioaktive henfald af uran spiller en vigtig rolle i energien i jordskorpen, da det er en betydelig kilde til dyb varme.

Urans fysiske egenskaber. Uran ligner i farven stål og er let at behandle. Den har tre allotropiske modifikationer - α, β og γ med fasetransformationstemperaturer: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-formen har et rombisk gitter (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), β-formen har et tetragonalt gitter (ved 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), den γ-form - kropscentreret kubisk gitter (ved 850 °C a = 3,538 Å). Densiteten af ​​uran i α-form (25 °C) er 19,05 g/cm 3 ; t pl 1132 °C; kogepunkt 3818 °C; termisk ledningsevne (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); specifik varmekapacitet (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); specifik elektrisk resistivitet ved stuetemperatur er ca. 3·10 -7 ohm·cm, ved 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm; har superledningsevne ved 0,68 K; svag paramagnetisk, specifik magnetisk følsomhed ved stuetemperatur 1,72·10 -6.

Urans mekaniske egenskaber afhænger af dets renhed og af mekaniske og termiske behandlingsmetoder. Den gennemsnitlige værdi af elasticitetsmodulet for støbt uran er 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; trækstyrke ved stuetemperatur 372-470 Mn/m2; styrke øges efter hærdning fra β- og γ-faser; gennemsnitlig Brinell hårdhed 19,6-21,6·10 2 Mn/m 2 .

Bestråling af en neutronstrøm (som finder sted i en atomreaktor) ændrer urans fysiske og mekaniske egenskaber: krybning udvikles og skrøbeligheden øges, deformation af produkter observeres, hvilket tvinger brugen af ​​uran i atomreaktorer i form af forskelligt uran legeringer.

Uran er et radioaktivt grundstof. Nuclei 235 U og 233 U fission spontant, såvel som ved indfangning af både langsomme (termiske) og hurtige neutroner med et effektivt fissionstværsnit på 508 10 -24 cm 2 (508 barn) og 533 10 -24 cm 2 (533 barn) ) henholdsvis. 238 U nuclei fission ved kun at fange hurtige neutroner med en energi på mindst 1 MeV; ved indfangning af langsomme neutroner bliver 238 U til 239 Pu, hvis nukleare egenskaber er tæt på 235 U. Den kritiske masse af uran (93,5% 235 U) i vandige opløsninger er mindre end 1 kg, for en åben bold - omkring 50 kg, for en bold med en reflektor - 15-23 kg; kritisk masse 233 U er cirka 1/3 af den kritiske masse 235 U.

Urans kemiske egenskaber. Konfigurationen af ​​den ydre elektronskal af uranatomet er 7s 2 6d l 5f 3. Uran er et reaktivt metal i forbindelser, det udviser oxidationstilstande på +3, +4, + 5, +6, nogle gange +2; de mest stabile forbindelser er U (IV) og U (VI). I luften oxiderer det langsomt med dannelsen af ​​en oxid (IV) film på overfladen, som ikke beskytter metallet mod yderligere oxidation. I sin pulverform er uran pyroforisk og brænder med en lys flamme. Med oxygen danner det oxid (IV) UO 2, oxid (VI) UO 3 og et stort antal mellemoxider, hvoraf den vigtigste er U 3 O 8. Disse mellemliggende oxider har egenskaber svarende til UO 2 og UO 3 . Ved høje temperaturer har UO 2 en bred vifte af homogenitet fra UO 1,60 til UO 2,27. Med fluor ved 500-600 ° C danner det UF 4 tetrafluorid (grønne nåleformede krystaller, let opløselige i vand og syrer) og UF 6 hexafluorid (et hvidt krystallinsk stof, der sublimerer uden at smelte ved 56,4 ° C); med svovl - en række forbindelser, hvoraf US (atombrændsel) er den vigtigste. Når uran reagerer med hydrogen ved 220 °C, opnås hydridet UH 3; med nitrogen ved temperaturer fra 450 til 700 ° C og atmosfærisk tryk - U 4 N 7 nitrid ved et højere nitrogentryk og samme temperatur kan UN, U 2 N 3 og UN 2 opnås; med carbon ved 750-800 °C - monocarbid UC, dicarbid UC 2, såvel som U 2 C 3; med metaller danner det legeringer af forskellige typer. Uran reagerer langsomt med kogende vand for at danne UO 2 nH 2 med vanddamp - i temperaturområdet 150-250 ° C; opløselig i saltsyre og salpetersyre, let opløselig i koncentreret flussyre. U(VI) er karakteriseret ved dannelsen af ​​uranylionen UO 2 2+; uranylsalte har en gul farve og er meget opløselige i vand og mineralsyrer; U(IV)-salte er grønne og mindre opløselige; uranylion er ekstremt i stand til kompleksdannelse i vandige opløsninger med både uorganiske og organiske stoffer; De vigtigste for teknologi er carbonat, sulfat, fluorid, fosfat og andre komplekser. Der kendes et stort antal uranater (salte af uransyre, der ikke er isoleret i ren form), hvis sammensætning varierer afhængigt af produktionsbetingelserne; Alle uranater har lav opløselighed i vand.

Uran og dets forbindelser er stråling og kemisk giftige. Den maksimalt tilladte dosis (MAD) for erhvervsmæssig eksponering er 5 rem om året.

Modtager Uranus. Uran udvindes fra uranmalme indeholdende 0,05-0,5 % U. Malmene er praktisk talt ikke beriget, med undtagelse af en begrænset radiometrisk sorteringsmetode baseret på γ-strålingen fra radium, som altid følger med uran. Grundlæggende udvaskes malme med opløsninger af svovlsyre, nogle gange salpetersyre eller sodaopløsninger med overførsel af uran til en sur opløsning i form af UO 2 SO 4 eller komplekse anioner 4- og til en sodaopløsning - i form af 4 -. For at ekstrahere og koncentrere uran fra opløsninger og pulp, samt at rense det fra urenheder, anvendes sorption på ionbytterharpikser og ekstraktion med organiske opløsningsmidler (tributylphosphat, alkylphosphorsyrer, aminer). Derefter udfældes ammonium- eller natriumuranater eller U(OH)4-hydroxid fra opløsningerne ved tilsætning af alkali. For at opnå forbindelser med høj renhed opløses tekniske produkter i salpetersyre og udsættes for, hvis slutprodukter er UO 3 eller U 3 O 8; disse oxider reduceres ved 650-800 °C med brint eller dissocieret ammoniak til UO 2, efterfulgt af dets omdannelse til UF 4 ved behandling med hydrogenfluoridgas ved 500-600 °C. UF 4 kan også opnås ved udfældning af krystallinsk hydrat UF 4 nH 2 O med flussyre fra opløsninger, efterfulgt af dehydrering af produktet ved 450 °C i en strøm af hydrogen. I industrien er den vigtigste metode til at opnå uran fra UF 4 dets calcium-termiske eller magnesium-termiske reduktion med frigivelse af uran i form af barrer, der vejer op til 1,5 tons. Barrerne raffineres i vakuumovne.

En meget vigtig proces inden for uranteknologi er berigelsen af ​​dens 235 U isotop over det naturlige indhold i malme eller isoleringen af ​​denne isotop i sin rene form, eftersom 235 U er det vigtigste nukleare brændsel; Dette gøres ved gas termisk diffusion, centrifugal og andre metoder baseret på forskellen i masserne på 238 U og 235 U; i separationsprocesser anvendes uran i form af flygtigt hexafluorid UF 6. Ved opnåelse af højt beriget uran eller isotoper tages der hensyn til deres kritiske masser; den mest bekvemme metode i dette tilfælde er reduktion af uranoxider med calcium; den resulterende CaO slagge skilles let fra Uran ved opløsning i syrer. For at opnå pulveriseret uran, oxid (IV), carbider, nitrider og andre ildfaste forbindelser, anvendes pulvermetallurgiske metoder.

Anvendelse af Uranus. Uranmetal eller dets forbindelser bruges primært som nukleart brændsel i atomreaktorer. En naturlig eller lavt beriget blanding af uranisotoper anvendes i stationære reaktorer i atomkraftværker, et højt beriget produkt anvendes i atomkraftværker eller i reaktorer, der opererer på hurtige neutroner. 235 U er kilden til atomenergi i atomvåben. 238 U tjener som en kilde til sekundært nukleart brændsel - plutonium.

Uran i kroppen. Det findes i mikromængder (10 -5 -10 -8%) i væv fra planter, dyr og mennesker. I planteaske (med et uranindhold på ca. 10 -4% i jorden) er dens koncentration 1,5·10 -5%. Uran akkumuleres i størst grad af nogle svampe og alger (sidstnævnte deltager aktivt i den biogene migration af uran langs kæden vand - vandplanter - fisk - mennesker). Uran kommer ind i dyrs og menneskers krop med mad og vand i mave-tarmkanalen, med luft i luftvejene samt gennem hud og slimhinder. Uranforbindelser absorberes i mave-tarmkanalen - omkring 1% af den indkommende mængde af opløselige forbindelser og ikke mere end 0,1% af tungtopløselige; 50 % og 20 % optages i henholdsvis lungerne. Uran fordeles ujævnt i kroppen. Hoveddepotet (aflejrings- og akkumuleringssteder) er milten, nyrerne, skelettet, leveren og, ved indånding af dårligt opløselige forbindelser, lungerne og bronkopulmonale lymfeknuder. Uran (i form af karbonater og komplekser med proteiner) cirkulerer ikke i blodet i lang tid. Indholdet af uran i dyrs og menneskers organer og væv overstiger ikke 10 -7 g/g. Kvægblod indeholder således 1·10 -8 g/ml, lever 8·10 -8 g/g, muskler 4·10 -11 g/g, milt 9·10 8-8 g/g. Indholdet af uran i menneskelige organer er: i leveren 6·10 -9 g/g, i lungerne 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, i milten 4,7·10 -7 g/g , i blodet 4-10 -10 g/ml, i nyrerne 5,3·10 -9 (kortikalt lag) og 1,3·10 -8 g/g (marvlag), i knoglerne 1·10 -9 g/g , i knoglemarv 1-10 -8 g/g, i hår 1,3·10 -7 g/g. Uran indeholdt i knoglevæv forårsager dets konstante bestråling (halveringstiden for uran fra skelettet er omkring 300 dage). De laveste koncentrationer af uran findes i hjernen og hjertet (10-10 g/g). Det daglige indtag af uran med mad og væsker er 1,9·10 -6 g, med luft - 7·10 -9 g. Den daglige udskillelse af uran fra menneskekroppen er: med urin 0,5·10 -7 - 5·10 -. 7 g, med afføring - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, med hår - 2·10 -8 g.

Ifølge den internationale kommission for strålebeskyttelse er det gennemsnitlige indhold af uran i den menneskelige krop 9·10 -5 g. Denne værdi kan variere for forskellige regioner. Det menes, at uran er nødvendigt for den normale funktion af dyr og planter.

Urans toksiske virkning bestemmes af dets kemiske egenskaber og afhænger af opløselighed: uranyl og andre opløselige forbindelser af uran er mere giftige. Forgiftning med uran og dets forbindelser er mulig på virksomheder til udvinding og forarbejdning af uranråmaterialer og andre industrielle faciliteter, hvor det anvendes i den teknologiske proces. Når det kommer ind i kroppen, påvirker uran alle organer og væv, da det er en generel cellulær gift. Tegn på forgiftning er forårsaget af primær skade på nyrerne (fremkomsten af ​​protein og sukker i urinen, efterfølgende oliguri); leveren og mave-tarmkanalen er også påvirket. Der er akutte og kroniske forgiftninger; sidstnævnte er karakteriseret ved gradvis udvikling og mindre alvorlige symptomer. Med kronisk forgiftning er forstyrrelser af hæmatopoiesis, nervesystemet osv. mulige. Det antages, at den molekylære virkningsmekanisme af uran er forbundet med dets evne til at undertrykke enzymernes aktivitet.

Nukleare teknologier er i høj grad baseret på brugen af ​​radiokemiske metoder, som igen er baseret på radioaktive grundstoffers nukleare fysiske, fysiske, kemiske og toksiske egenskaber.

I dette kapitel vil vi begrænse os til en kort beskrivelse af egenskaberne af de vigtigste fissile isotoper - uran og plutonium.

Uranus

Uranus ( uran) U - grundstof af actinidgruppen, 7-0. periode i det periodiske system, Z=92, atommasse 238,029; den tungeste fundet i naturen.

Der er 25 kendte isotoper af uran, alle radioaktive. Det nemmeste 217U (Tj/ 2 =26 ms), den tungeste 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Der er 6 nukleare isomerer. Naturligt uran indeholder tre radioaktive isotoper: 2 8 og (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G,/2 = 7,04-109 år) og 2 34U (0,0056%, Ti/ 2=2,48-yuz l). Den specifikke radioaktivitet af naturligt uran er 2,48104 Bq, fordelt næsten i halvdelen mellem 2 34 U og 288 U; 2 35U giver et lille bidrag (den specifikke aktivitet af 2 zi-isotopen i naturligt uran er 21 gange mindre end aktiviteten af ​​2 3 8 U). Termisk neutronfangst-tværsnit er 46, 98 og 2,7 barn for henholdsvis 2 zzi, 2 35U og 2 3 8 U; delingsafd. 527 og 584 lade for 2 zzi og 2 z 8 og hhv; naturlig blanding af isotoper (0,7% 235U) 4,2 stald.

Bord 1. Nukleare fysiske egenskaber 2 h9 Ri og 2 35T'er.

Bord 2. Neutronfangst 2 35Ts og 2 z 8 C.

Seks isotoper af uran er i stand til spontan fission: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i og 2 z 8 i. De naturlige isotoper 2 33 og 2 35 U fission under påvirkning af både termiske og hurtige neutroner, og 2 3 8 kerner er kun i stand til fission, når de fanger neutroner med en energi på mere end 1,1 MeV. Ved indfangning af neutroner med lavere energi omdannes 288 U-kernerne først til 2 -i9U-kerner, som derefter gennemgår p-henfald og transformeres først til 2 -"*9Np og derefter til 2 39Pu. De effektive tværsnit til indfangning af termisk neutroner på 2 34U, 2 kerner 35U og 2 з 8 og er lig med henholdsvis 98, 683 og 2,7-barn 2 35U og 2 zi bruges som atombrændsel.

Atomreaktorer producerer n kunstige isotoper af uran med massetal 227-^240, hvoraf den længstlevende er 233U (7 V2 = i,62 *io 5 år); det opnås ved neutronbestråling af thorium. I de supermægtige neutronstrømme af en termonuklear eksplosion, fødes uranisotoper med massetal på 239^257.

Uran-232- teknogen nuklid, a-emitter, T x / 2=68,9 år, forældreisotoper 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) og 23 2 Ra(p), datternuklid 228 Th. Intensiteten af ​​spontan fission er 0,47 divisioner/s kg.

Uran-232 dannes som et resultat af følgende henfald:

P + -henfald af nuklid *3 a Np (Ti/2 = 14,7 min):

I den nukleare industri produceres 2 3 2 U som et biprodukt under syntesen af ​​det fissile (våbenkvalitets) nuklid 2 zi i thoriumbrændselskredsløbet. Når 2 3 2 Th bestråles med neutroner, sker hovedreaktionen:

og en to-trins sidereaktion:

Produktionen af ​​232 U fra thorium sker kun med hurtige neutroner (E>6 MeV). Hvis udgangsstoffet indeholder 2 3°TH, så suppleres dannelsen af ​​2 3 2 U af reaktionen: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Denne reaktion sker ved hjælp af termiske neutroner. Generering af 2 3 2 U er uønsket af en række årsager. Det undertrykkes ved at bruge thorium med en minimumskoncentration på 2 3°TH.

Henfaldet af 2 × 2 sker i følgende retninger:

Et henfald i 228 Th (sandsynlighed 10 %, henfaldsenergi 5,414 MeV):

energien af ​​udsendte alfapartikler er 5,263 MeV (i 31,6 % af tilfældene) og 5,320 MeV (i 68,2 % af tilfældene).

• - spontan fission (sandsynlighed mindre end ~ 12%);
• - klyngehenfald med dannelse af nuklid 28 Mg (sandsynlighed for henfald mindre end 5*10" 12%):

Klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklid 2

Uranium-232 er grundlæggeren af ​​en lang henfaldskæde, som omfatter nuklider - emittere af hårde y-kvanter:

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

Akkumuleringen af ​​2 3 2 U er uundgåelig under produktionen af ​​2 zi i thorium-energicyklussen. Intens y-stråling, der stammer fra henfaldet af 2 3 2 U, hæmmer udviklingen af ​​thoriumenergi. Hvad der er usædvanligt er, at den lige isotop 2 3 2 11 har et højt fissionstværsnit under påvirkning af neutroner (75 lader til termiske neutroner), samt et højt neutronfangst tværsnit - 73 lader. 2 3 2 U anvendes i den radioaktive sporstofmetode i kemisk forskning.

2 h 2 og er grundlæggeren af ​​en lang henfaldskæde (ifølge 2 h 2 T-skemaet), som omfatter nuklidemittere af hårde y-kvanter. Akkumuleringen af ​​2 3 2 U er uundgåelig under produktionen af ​​2 zi i thorium-energicyklussen. Intens y-stråling, der stammer fra henfaldet af 232 U, hindrer udviklingen af ​​thoriumenergi. Hvad der er usædvanligt er, at den lige isotop 2 3 2 U har et højt fissionstværsnit under påvirkning af neutroner (75 barns for termiske neutroner), samt et højt neutronfangst tværsnit - 73 barns. 2 3 2 U bruges ofte i den radioaktive sporstofmetode i kemisk og fysisk forskning.

Uran-233- menneskeskabt radionuklid, a-emitter (energi 4.824 (82.7%) og 4.783 MeV (14.9%)), Tvi= 1,585105 år, modernuklider 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), datter nuklid 22 9Th. 2 zzi opnås i atomreaktorer fra thorium: 2 z 2 Th fanger en neutron og bliver til 2 zzT, som henfalder til 2 zzRa og derefter til 2 zzi. Kernerne i 2 zi (ulige isotop) er i stand til både spontan fission og fission under påvirkning af neutroner af enhver energi, hvilket gør den velegnet til produktion af både atomvåben og reaktorbrændstof. Effektivt fissionstværsnit er 533 barn, capture tværsnit er 52 barn, neutronudbytte: pr. fissionsbegivenhed - 2,54, pr. absorberet neutron - 2,31. Den kritiske masse på 2 zzi er tre gange mindre end den kritiske masse på 2 35U (-16 kg). Intensiteten af ​​spontan fission er 720 divisioner/s kg.

Uran-233 dannes som et resultat af følgende henfald:

- (3 + -henfald af nuklid 2 33Np (7^=36,2 min):

I industriel skala opnås 2 zi fra 2 32Th ved bestråling med neutroner:

Når en neutron absorberes, splittes 2 zzi-kernen normalt, men indfanger lejlighedsvis en neutron og bliver til 2 34U. Selvom 2 zzi normalt deler sig efter at have absorberet en neutron, bevarer den nogle gange en neutron og bliver til 2 34U. Produktionen af ​​2 zzi udføres i både hurtige og termiske reaktorer.

Fra et våbensynspunkt er 2 ZZI sammenlignelig med 2 39Pu: dens radioaktivitet er 1/7 af aktiviteten af ​​2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 liter mod 24100 liter for Pu), den kritiske masse af 2 zi er 60 % højere end ^Pu (16 kg mod 10 kg), og hastigheden af ​​spontan fission er 20 gange højere (bth - ' versus 310 10). Neutronfluxen fra 2 zzi er tre gange højere end den for 2 39Pi. At skabe en nuklear ladning baseret på 2 zi kræver mere indsats end på ^Pi. Den største hindring er tilstedeværelsen af ​​232 U urenhed i 2ZZI, hvis y-stråling af henfaldsprojekter gør det vanskeligt at arbejde med 2ZZI og gør det nemt at opdage færdige våben. Derudover gør den korte halveringstid på 2 3 2 U det til en aktiv kilde til alfapartikler. 2 zi med 1% 232 og har tre gange stærkere a-aktivitet end plutonium af våbenkvalitet og dermed større radiotoksicitet. Denne a-aktivitet forårsager dannelsen af ​​neutroner i våbenladningens lette elementer. For at minimere dette problem bør tilstedeværelsen af ​​elementer som Be, B, F, Li være minimal. Tilstedeværelsen af ​​en neutronbaggrund påvirker ikke driften af ​​implosionssystemer, men kanonkredsløb kræver et højt niveau af renhed for lette elementer. Indholdet af 23 2 U i våbenklasse 2-zis bør ikke overstige 5 dele pr. million (0,0005 %. ). I brændstoffet til termiske kraftreaktorer er tilstedeværelsen af ​​2 Dette er ikke skadeligt, og endda ønskeligt, fordi det reducerer muligheden for at bruge uran til våbenformål 1+0,2 %.

Henfaldet af 2 zi sker i følgende retninger:

Et henfald i 22 9Th (sandsynlighed 10%, henfaldsenergi 4,909 MeV):

energien af ​​udsendte yahr-partikler er 4,729 MeV (i 1,61 % af tilfældene), 4,784 MeV (i 13,2 % af tilfældene) og 4,824 MeV (i 84,4 % af tilfældene).

• - spontan division (sandsynlighed
• - klyngehenfald med dannelse af nuklid 28 Mg (henfaldssandsynlighed mindre end 1,3*10_13%):

Klyngehenfald med dannelsen af ​​nuklidet 24 Ne (henfaldssandsynlighed 7,3-10-“%):

Henfaldskæden på 2 zzi tilhører neptunium-serien.

Den specifikke radioaktivitet af 2 zi er 3,57-8 Bq/g, hvilket svarer til a-aktivitet (og radiotoksicitet) på -15 % af plutonium. Kun 1 % 2 3 2 U øger radioaktiviteten til 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) del af naturligt uran (0,0055%), 2,445105 år, a-emitter (energi af a-partikler 4,777 (72%) og

4,723 (28%) MeV), moderradionuklider: 2 h 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p+),

datter isotop i 2 z”th.

Typisk er 234 U i ligevægt med 2 h 8 u, henfalder og dannes med samme hastighed. Cirka halvdelen af ​​radioaktiviteten i naturligt uran kommer fra 234U. Typisk opnås 234U ved ionbytterkromatografi af gamle præparater af rene 2 × 8 Pu. Under a-henfald giver *zRi 2 34U, så gamle præparater på 2 h 8 Ru er gode kilder til 2 34U. yuo g 238Pi indeholder efter et år 776 mg 2 34U, efter 3 år

2,2 g 2 34U. Koncentrationen af ​​2 34U i højt beriget uran er ret høj på grund af præferenceberigelse med lette isotoper. Da 2 34u er en stærk y-emitter, er der restriktioner for dens koncentration i uran beregnet til forarbejdning til brændstof. Forhøjede niveauer af 234i er acceptable for reaktorer, men oparbejdet brugt brændsel indeholder allerede uacceptable niveauer af denne isotop.

Henfaldet af 234i sker i følgende retninger:

A-henfald ved 2 3°Т (sandsynlighed 100%, henfaldsenergi 4.857 MeV):

energien af ​​udsendte alfapartikler er 4,722 MeV (i 28,4 % af tilfældene) og 4,775 MeV (i 71,4 % af tilfældene).

• - spontan deling (sandsynlighed 1,73-10-9%).
• - klyngehenfald med dannelse af nuklid 28 Mg (sandsynlighed for henfald 1,4-10%, ifølge andre data 3,9-10%):

• - klyngehenfald med dannelse af nuklider 2 4Ne og 26 Ne (henfaldssandsynlighed 9-10", 2%, ifølge andre data 2,3-10_11%):

Den eneste kendte isomer er 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Absorptionstværsnittet af 2 34U termiske neutroner er 100 barn, og for resonansintegralet i gennemsnit over forskellige mellemliggende neutroner er det 700 barn. Derfor omdannes det i termiske neutronreaktorer til fissile 235U med en hurtigere hastighed, end den meget større mængde 238U (med et tværsnit på 2,7 barn) omdannes til 2 39Ru. Som følge heraf indeholder brugt brændsel mindre 2 34U end frisk brændsel.

Uran-235 tilhører 4P+3-familien, der er i stand til at producere en fissionskædereaktion. Dette er den første isotop, hvor reaktionen af ​​tvungen nuklear fission under påvirkning af neutroner blev opdaget. Ved at absorbere en neutron bliver 235U til 2 zbi, som er opdelt i to dele, der frigiver energi og udsender flere neutroner. Spaltelig af neutroner af enhver energi og i stand til spontan fission, isotopen 2 35U er en del af naturlig ufan (0,72%), en a-emitter (energier 4,397 (57%) og 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 år, modernuklider 2 35Pa, 2 35Np og 2 39Pu, datter - 23Th. Spontan fissionshastighed 2 3su 0,16 fission/s kg. Når én 2 35U nucleus fissions frigives 200 MeV energi = 3.210 p J, dvs. 18 TJ/mol = 77 TJ/kg. Tværsnittet af fission af termiske neutroner er 545 barns, og ved hurtige neutroner - 1,22 barns, neutronudbytte: pr fissionshandling - 2,5, pr. absorberet neutron - 2,08.

Kommentar. Tværsnittet for langsom neutronopfangning for at producere isotopen 2 sii (oo barn), således at det samlede langsomme neutronabsorptionstværsnit er 645 barn.

• - spontan fission (sandsynlighed 7*10~9%);
• - klyngehenfald med dannelse af nuklider 2 °Ne, 2 5Ne og 28 Mg (hhv. sandsynligheden er 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Ris. 1.

Den eneste kendte isomer er 2 35n»u (7/2 = 2b min).

Specifik aktivitet 2 35C 7,77-4 Bq/g. Den kritiske masse af uran af våbenkvalitet (93,5% 2 35U) for en bold med en reflektor er 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U bruges i atomvåben, til energiproduktion og til syntese af vigtige actinider. Kædereaktionen opretholdes af overskuddet af neutroner produceret under fissionen af ​​2 35C.

Uran-236 findes naturligt på Jorden i spormængder (der er mere af det på Månen), a-emitter (?

Ris. 2. Radioaktiv familie 4/7+2 (inklusive -з 8 и).

I en atomreaktor absorberer 2 sz en termisk neutron, hvorefter den spalter med en sandsynlighed på 82 %, og med en sandsynlighed på 18 % udsender den et y-kvante og bliver til 2 sb og (for 100 fissionerede kerner 2 35U der er 22 dannede kerner 2 3 6 U) . I små mængder er det en del af frisk brændsel; akkumuleres, når uran bestråles med neutroner i en reaktor, og bruges derfor som "signalanordning" for brugt nukleart brændsel. 2 hb og dannes som et biprodukt under adskillelse af isotoper ved gasdiffusion under regenerering af brugt nukleart brændsel. 236 U er en neutrongift, der dannes i en kraftreaktor, og dens tilstedeværelse i nukleart brændsel kompenseres for af et højt berigelsesniveau på 2 35 U.

2 z b og bruges som sporstof for blanding af havvand.

Uran-237,T&= 6,75 dage, beta- og gamma-emitter, kan opnås fra nukleare reaktioner:

Detektion 287 og udføres på linje med Ey= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U bruges i radiotracer-metoden i kemisk forskning. Måling af koncentrationen (2-4°Am) i nedfald fra atomvåbentest giver værdifuld information om typen af ​​ladning og det anvendte udstyr.

Uran-238- tilhører 4P+2-familien, er fissilt af højenergi-neutroner (mere end 1,1 MeV), i stand til spontan fission, danner grundlag for naturligt uran (99,27%), a-emitter, 7'; /2=4>468-109 år, henfalder direkte til 2 34Th, danner en række genetisk beslægtede radionuklider og bliver efter 18 produkter til 206 Рb. Pure 2 3 8 U har en specifik radioaktivitet på 1,22-104 Bq. Halveringstiden er meget lang - omkring 10 16 år, så sandsynligheden for fission i forhold til hovedprocessen - emissionen af ​​en alfapartikel - er kun 10" 7. Et kilogram uran giver kun 10 spontane fissioner pr. og i løbet af samme tid udsender alfapartikler 20 millioner kerner: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, datter. T,/ 2 = 2 :jeg 4 Th.

Uran-238 dannes som et resultat af følgende henfald:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Blandt de sekundære mineraler er hydratiseret calciumuranylphosphat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 ofte uran i mineraler ledsaget af andre nyttige elementer - titanium , tantal, sjældne jordarter. Derfor er det naturligt at stræbe efter kompleks forarbejdning af uranholdige malme.

Grundlæggende fysiske egenskaber af uran: atommasse 238,0289 amu. (g/mol); atomradius 138 pm (1 pm = 12 m); ioniseringsenergi (første elektron 7,11 eV; elektronisk konfiguration -5f36d‘7s 2; oxidationstilstande 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t 1=3818°; massefylde 19,05; specifik varmekapacitet 0,115 JDKmol); trækstyrke 450 MPa, smeltevarme 12,6 kJ/mol, fordampningsvarme 417 kJ/mol, specifik varme 0,115 J/(mol-K); molvolumen 12,5 cm3/mol; karakteristisk Debye temperatur © D =200K, temperatur ved overgang til superledende tilstand ca.68K.

Uran er et tungt, sølvhvidt, skinnende metal. Det er lidt blødere end stål, formbart, fleksibelt, har små paramagnetiske egenskaber og er pyrofor i pulverform. Uran har tre allotrope former: alfa (orthorhombisk, a-U, gitterparametre 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil op til 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil fra 667,7 til 774,8°), gamma (med et kubisk kropscentreret gitter, y-U, eksisterende fra 774,8° til smeltepunkter, frm= ii34 0), hvor uran er mest formbart og bekvemt til forarbejdning.

Ved stuetemperatur er den ortorombiske a-fase stabil, den prismatiske struktur består af bølgede atomlag parallelt med planet ABC, i et ekstremt asymmetrisk prismatisk gitter. Indenfor lag er atomer tæt forbundet, mens styrken af ​​bindinger mellem atomer i tilstødende lag er meget svagere (figur 4). Denne anisotrope struktur gør det vanskeligt at legere uran med andre metaller. Kun molybdæn og niobium skaber fastfaselegeringer med uran. Imidlertid kan uranmetal interagere med mange legeringer og danne intermetalliske forbindelser.

I området 668^775° er der (3-uran. Den tetragonale type gitter har en lagdelt struktur med lag parallelt med planet ab i positionerne 1/4С, 1/2 Med og 3/4C af enhedscellen. Ved temperaturer over 775° dannes y-uran med et kropscentreret kubisk gitter. Tilsætningen af ​​molybdæn gør det muligt for y-fasen at være til stede ved stuetemperatur. Molybdæn danner en lang række faste opløsninger med y-uran og stabiliserer y-fasen ved stuetemperatur. y-uran er meget blødere og mere formbart end de skøre a- og (3-faser.

Neutronbestråling har en betydelig indvirkning på urans fysiske og mekaniske egenskaber, hvilket forårsager en stigning i prøvens størrelse, en ændring i form samt en kraftig forringelse af de mekaniske egenskaber (krybning, skørhed) af uranblokke under drift af en atomreaktor. Stigningen i volumen skyldes akkumulering i uran under fission af urenheder af grundstoffer med en lavere tæthed (oversættelse 1% uran til fragmenteringselementer øger volumen med 3,4 %).

Ris. 4. Nogle krystalstrukturer af uran: a - a-uran, b - p-uran.

De mest almindelige metoder til at opnå uran i metallisk tilstand er reduktion af deres fluorider med alkali- eller jordalkalimetaller eller elektrolyse af smeltede salte. Uran kan også opnås ved metallotermisk reduktion fra karbider med wolfram eller tantal.

Evnen til let at opgive elektroner bestemmer urans reducerende egenskaber og dets større kemiske aktivitet. Uran kan interagere med næsten alle grundstoffer undtagen ædelgasser og opnår oxidationstilstande +2, +3, +4, +5, +6. I opløsning er hovedvalensen 6+.

Metallisk uran oxideres hurtigt i luft og er dækket af en iriserende oxidfilm. Fint uranpulver antændes spontant i luft (ved temperaturer på 1504-175°), danner og;) Ov. Ved 1000° kombineres uran med nitrogen og danner gult uraniumnitrid. Vand kan reagere med metal, langsomt ved lave temperaturer og hurtigt ved høje temperaturer. Uran reagerer voldsomt med kogende vand og damp for at frigive brint, som danner et hydrid med uran

Denne reaktion er mere energisk end forbrændingen af ​​uran i oxygen. Denne kemiske aktivitet af uran gør det nødvendigt at beskytte uran i atomreaktorer mod kontakt med vand.

Uran opløses i saltsyre, salpetersyre og andre syrer og danner U(IV)-salte, men interagerer ikke med alkalier. Uran fortrænger brint fra uorganiske syrer og saltopløsninger af metaller som kviksølv, sølv, kobber, tin, platin og guld. Når de rystes kraftigt, begynder metalpartiklerne af uran at gløde.

De strukturelle træk ved uranatomets elektronskaller (tilstedeværelsen af ​​^/-elektroner) og nogle af dets fysisk-kemiske egenskaber tjener som grundlag for klassificering af uran som et medlem af aktinidserien. Der er dog en kemisk analogi mellem uran og Cr, Mo og W. Uran er meget reaktivt og reagerer med alle grundstoffer undtagen ædelgasser. I den faste fase er eksempler på U(VI) uranyltrioxid U0 3 og uranylchlorid U0 2 C1 2. Urantetrachlorid UC1 4 og urandioxid U0 2

Eksempler på U(IV). Stoffer indeholdende U(IV) er normalt ustabile og bliver hexavalente, når de udsættes for luft i længere tid.

Seks oxider er installeret i uran-oxygensystemet: UO, U0 2, U 4 0 9 og 3 Ov, U0 3. De er kendetegnet ved en bred vifte af homogenitet. U02 er et basisk oxid, mens U03 er amfotert. U0 3 - interagerer med vand og danner en række hydrater, hvoraf de vigtigste er diuransyre H 2 U 2 0 7 og uransyre H 2 1U 4. Med alkalier danner U0 3 salte af disse syrer - uranater. Når U0 3 er opløst i syrer, dannes salte af den dobbeltladede uranylkation U0 2 a+.

Urandioxid, U02, med støkiometrisk sammensætning er brun. Når iltindholdet i oxidet stiger, skifter farven fra mørkebrun til sort. Krystalstruktur af CaF 2-typen, EN = 0,547 nm; massefylde 10,96 g/cm"* (den højeste massefylde blandt uranoxider). T , pl =2875 0, Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Urandioxid er en halvleder med hulledningsevne og en stærk paramagnet. MPC = o,015 mg/m3. Uopløseligt i vand. Ved en temperatur på -200° tilfører den oxygen og når sammensætningen U02>25.

Uran (IV) oxid kan fremstilles ved følgende reaktioner:

Urandioxid udviser kun basiske egenskaber det svarer til det basiske hydroxid U(OH) 4, som derefter omdannes til hydratiseret hydroxid U0 2 H 2 0. Urandioxid opløses langsomt i stærke ikke-oxiderende syrer i fravær af atmosfærisk oxygen med den; dannelse af III + ioner:

U02 + 2H2SO4 ->U(S04)2 + 2H20. (38)

Det er opløseligt i koncentrerede syrer, og opløsningshastigheden kan øges betydeligt ved tilsætning af fluorion.

Når det er opløst i salpetersyre, sker dannelsen af ​​uranylion 1O 2 2+:

Triuran octaoxid U 3 0s (uranoxid) er et pulver, hvis farve varierer fra sort til mørkegrøn; når den knuses kraftigt, bliver den olivengrøn i farven. Store sorte krystaller efterlader grønne striber på porcelænet. Tre krystalmodifikationer af U30 er kendt h: a-U3C>8 - rombisk krystalstruktur (rumgruppe C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = 0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - rombisk krystalstruktur (rumgruppe Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Begyndelsen af ​​nedbrydningen er oooo° (overgår til 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U3C>8 kan opnås ved reaktionen:

Ved kalcinering U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 eller (NH 4) 2 U 2 0 7 ved 750 0 i luft eller i en oxygenatmosfære ( p = 150+750 mmHg) opnå støkiometrisk rent U 3 08.

Når U 3 0s kalcineres ved T>oooo°, reduceres det til 10 2 , men ved afkøling i luft vender det tilbage til U 3 0s. U 3 0e opløses kun i koncentrerede stærke syrer. I saltsyre og svovlsyre dannes en blanding af U(IV) og U(VI) og i salpetersyre - uranylnitrat. Fortyndede svovlsyrer og saltsyrer reagerer meget svagt med U 3 Os, selv når de opvarmes, øger opløsningshastigheden kraftigt. Koncentreret H2S04 opløser U3Os til dannelse af U(S04)2 og U02S04. Salpetersyre opløser U 3 Oe og danner uranylnitrat.

Uran trioxid, U0 3 - et krystallinsk eller amorft stof med lys gul farve. Reagerer med vand. MAC = 0,075 mg/m3.

Det opnås ved at kalcinere ammoniumpolyuranater, uraniumperoxid, uranyloxalat ved 300-500° og uranylnitrathexahydrat. Dette producerer et orange pulver med en amorf struktur med en tæthed

6,8 g/cmz. Den krystallinske form af IU 3 kan opnås ved oxidation af U 3 0 8 ved temperaturer på 450°h-750° i en strøm af oxygen. Der er seks krystallinske modifikationer af U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 er hygroskopisk og bliver i fugtig luft til uranylhydroxid. Dets opvarmning til 520°-^6oo° giver en sammensætningsforbindelse 1U 2>9, giver yderligere opvarmning til 6oo° mulighed for at opnå U 3 Os.

Hydrogen, ammoniak, kulstof, alkali og jordalkalimetaller reducerer U0 3 til U0 2. Ved passage af en blanding af gasser HF og NH 3 dannes UF 4. Ved højere valens udviser uran amfotere egenskaber. Når de udsættes for syrer U0 3 eller dets hydrater, dannes uranylsalte (U0 2 2+), farvet gulgrøn:

De fleste uranylsalte er meget opløselige i vand.

Ved sammensmeltning med alkalier danner U0 3 uransyresalte - MDKH uranater:

Med alkaliske opløsninger danner urantrioxid salte af polyuransyrer - polyuranater DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Uransyresalte er praktisk talt uopløselige i vand.

De sure egenskaber af U(VI) er mindre udtalte end de basiske.

Uran reagerer med fluor ved stuetemperatur. Stabiliteten af ​​højere halogenider falder fra fluorider til iodider. Fluorider UF 3, U4F17, U2F9 og UF 4 er ikke-flygtige, og UFe er flygtige. De vigtigste fluorstoffer er UF 4 og UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart ifølge praksis:

Reaktionen i et fluidiseret leje udføres ifølge ligningen:

Det er muligt at bruge fluoreringsmidler: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) eller CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranfluorid (1U) UF 4 ("grønt salt") er et blåligt-grønligt til smaragdfarvet pulver. G11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8 = 1856 kJ/mol. Krystalstrukturen er monoklin (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; massefylde 6,72 g/cm3. UF 4 er en stabil, inaktiv, ikke-flygtig forbindelse, dårligt opløselig i vand. Det bedste opløsningsmiddel til UF 4 er rygende perchlorsyre HC10 4. Opløses i oxiderende syrer til dannelse et uranylsalt opløses hurtigt i en varm opløsning af Al(N0 3) 3 eller AlC1 3, samt i en opløsning af borsyre forsuret med H 2 S0 4, HC10 4 eller HC1 fx Fe3+, Al3+ eller borsyre, bidrager også til opløsningen af ​​UF 4. Med fluorider af andre metaller danner det en række dårligt opløselige dobbeltsalte (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, etc. NH. 4 UF 5 er af industriel betydning).

U(IV)fluorid er et mellemprodukt i præparatet

både UF6 og uran metal.

UF 4 kan opnås ved reaktioner:

eller ved elektrolytisk reduktion af uranylfluorid.

Uranhexafluorid UFe - ved stuetemperatur, elfenbensfarvede krystaller med et højt brydningsindeks. Massefylde

5,09 g/cmz, densitet af flydende UFe - 3,63 g/cmz. Flygtig forbindelse. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (under tryk). Det mættede damptryk når atmosfæren ved 560°. Entalpi af dannelse AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Krystalstrukturen er ortorombisk (rumgruppe. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o,5207 nm; d 5.060 nm (250). MPC - 0,015 mg/m3. Fra den faste tilstand kan UF6 sublimere (sublimere) til en gas og omgå den flydende fase over en lang række tryk. Sublimationsvarme ved 50 0 50 kJ/mg. Molekylet har intet dipolmoment, så UF6 associerer ikke. UFr-damp er en ideel gas.

Det opnås ved virkningen af ​​fluor på dets U-forbindelse:

Ud over gasfasereaktioner er der også væskefasereaktioner

fremstilling af UF6 ved hjælp af for eksempel halogenfluorider

Der er en måde at opnå UF6 uden brug af fluor - ved oxidation af UF 4:

UFe reagerer ikke med tør luft, oxygen, nitrogen og C0 2, men ved kontakt med vand, selv spor af det, undergår det hydrolyse:

Det interagerer med de fleste metaller og danner deres fluorider, hvilket komplicerer metoderne til opbevaring. Egnede beholdermaterialer til at arbejde med UF6 er: ved opvarmning, Ni, Monel og Pt, i kulde - også Teflon, absolut tør kvarts og glas, kobber og aluminium. Ved temperaturer på 25-0°C danner det komplekse forbindelser med fluorider af alkalimetaller og sølv af typen 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Det opløses godt i forskellige organiske væsker, uorganiske syrer og alle halogenfluorider. Inert til tørre 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr er karakteriseret ved reduktionsreaktioner med de fleste rene metaller. UF6 reagerer kraftigt med kulbrinter og andre organiske stoffer, så lukkede beholdere med UFe kan eksplodere. UF6 i området 25 -r100° danner komplekse salte med fluorider af alkali og andre metaller. Denne egenskab bruges i teknologi til selektiv udvinding af UF

Uranhydrider UH 2 og UH 3 indtager en mellemposition mellem saltlignende hydrider og hydrider af typen faste opløsninger af brint i metallet.

Når uran reagerer med nitrogen, dannes der nitrider. Der er fire kendte faser i U-N-systemet: UN (uraniumnitrid), a-U 2 N 3 (sesquinitrid), p- U 2 N 3 og UN If90. Det er ikke muligt at opnå sammensætningen UN 2 (dinitrid). Synteser af uranmononitride UN er pålidelige og velkontrollerede, som bedst udføres direkte fra grundstofferne. Uraniumnitrider er pulveragtige stoffer, hvis farve varierer fra mørkegrå til grå; ligner metal. UN har en kubisk ansigtscentreret krystalstruktur, som NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, stabil i vakuum op til 1700 0. Det fremstilles ved at omsætte U- eller U-hydrid med N 2 eller NH3, nedbrydning af højere U-nitrider ved 1300° eller deres reduktion med uraniummetal. U 2 N 3 er kendt i to polymorfe modifikationer: kubisk a og hexagonal p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), frigiver N 2 i et vakuum over 8oo°. Det opnås ved at reducere UN 2 med brint. UN2-dinitrid syntetiseres ved at reagere U med N2 under højt N2-tryk. Uraniumnitrider er letopløselige i syrer og alkaliopløsninger, men nedbrydes af smeltede alkalier.

Urannitrid opnås ved to-trins carbotermisk reduktion af uraniumoxid:

Opvarmning i argon ved 7M450 0 i 10*20 timer

Urannitrid af en sammensætning tæt på dinitrid, UN 2, kan opnås ved at udsætte UF 4 for ammoniak ved høj temperatur og tryk.

Uran dinitrid nedbrydes ved opvarmning:

Urannitrid, beriget med 2 35 U, har en højere fissionstæthed, termisk ledningsevne og smeltepunkt end uranoxider - det traditionelle brændsel i moderne kraftreaktorer. Den har også gode mekaniske egenskaber og stabilitet overlegen traditionelle brændstoffer. Derfor anses denne forbindelse for at være et lovende grundlag for nukleart brændsel i hurtige neutronreaktorer (generation IV-atomreaktorer).

Kommentar. Det er meget nyttigt at berige FN med '5N, fordi .4 N har en tendens til at fange neutroner og genererer den radioaktive isotop 14 C gennem (n,p)-reaktionen.

Urancarbid UC 2 (?-fase) er et lysegråt krystallinsk stof med en metallisk glans. I U-C systemet (urancarbider) er der UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - urancarbider. Urandicarbid UC 2 kan opnås ved reaktionerne:

U + 2C^UC 2 (54v)

Urancarbider bruges som brændstof til atomreaktorer, de er lovende som brændstof til rumraketmotorer.

Uranylnitrat, uranylnitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Metallets rolle i dette salt spilles af uranyl 2+ kationen. Gule krystaller med en grønlig farvetone, letopløselige i vand. En vandig opløsning er sur. Opløselig i ethanol, acetone og ether, uopløselig i benzen, toluen og chloroform. Ved opvarmning smelter krystallerne og frigiver HN0 3 og H 2 0. Krystallinsk hydrat fordampes let i luften. En karakteristisk reaktion er, at der under påvirkning af NH 3 dannes et gult bundfald af ammoniumuran.

Uran er i stand til at danne metalorganiske forbindelser. Eksempler er cyclopentadienylderivater med sammensætningen U(C5H5)4 og deres halogensubstituerede u(C5H5)3G eller u(C5H5)2G2.

I vandige opløsninger er uran mest stabil i oxidationstilstanden U(VI) i form af uranylionen U0 2 2+. I mindre grad er det karakteriseret ved U(IV)-tilstanden, men det kan endda forekomme i U(III)-form. Oxidationstilstanden af ​​U(V) kan eksistere som IO2+-ionen, men denne tilstand observeres sjældent på grund af dens tendens til disproportionering og hydrolyse.

I neutrale og sure opløsninger findes U(VI) i form af U0 2 2+ - en gul uranylion. Velopløselige uranylsalte omfatter nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, chlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Disse salte frigives fra opløsninger i form af krystallinske hydrater med forskelligt antal vandmolekyler. Svagt opløselige uranylsalte er: oxalat U0 2 C 2 0 4, phosphater U0 2 HP0., og UO2P2O4, ammoniumuranylphosphat UO2NH4PO4, natriumuranylvanadat NaU0 2 V0 4, ferrocyanid) (ferrocyanid). Uranylionen er kendetegnet ved en tendens til at danne komplekse forbindelser. Således kendes komplekser med fluorioner af -, 4- typen; nitratkomplekser og 2 *; svovlsyrekomplekser 2" og 4-; carbonatkomplekser 4" og 2" osv. Når alkalier virker på opløsninger af uranylsalte, frigives tungtopløselige bundfald af diuranater af typen Me 2 U 2 0 7 (monouranater Me 2 U0 4). ikke er isoleret fra opløsninger, opnås de ved fusion af uranoxider med alkalier. Me 2 U n 0 3 n+i er kendt (f.eks. Na 2 U60i 9).

U(VI) reduceres i sure opløsninger til U(IV) af jern, zink, aluminium, natriumhydrosulfit og natriumamalgam. Opløsningerne er farvet grønne. Alkalier udfælder fra dem hydroxid U0 2 (0H) 2, flussyre - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oxalsyre - oxalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. U 4+ ionen har en tendens til at danner mindre komplekser end uranylioner.

Uran (IV) i opløsning er i form af U 4+ ioner, som er stærkt hydrolyseret og hydreret:

I sure opløsninger undertrykkes hydrolyse.

Uran (VI) i opløsning danner uranyloxokationen - U0 2 2+ Der kendes talrige uranylforbindelser, eksempler på disse er: 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 osv.

Ved hydrolyse af uranylion dannes en række multinukleære komplekser:

Ved yderligere hydrolyse fremkommer U 3 0s(OH) 2 og derefter U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Til kvalitativ påvisning af uran anvendes metoder til kemiske, luminescerende, radiometriske og spektrale analyser. Kemiske metoder er overvejende baseret på dannelsen af ​​farvede forbindelser (for eksempel rød-brun farve af en forbindelse med ferrocyanid, gul med hydrogenperoxid, blå med arsenazo-reagens). Den luminescerende metode er baseret på mange uranforbindelsers evne til at producere en gullig-grønlig glød, når de udsættes for UV-stråler.

Kvantitativ bestemmelse af uran udføres ved forskellige metoder. De vigtigste af dem er: volumetriske metoder, bestående af reduktion af U(VI) til U(IV) efterfulgt af titrering med opløsninger af oxidationsmidler; gravimetriske metoder - udfældning af uranater, peroxid, U(IV) cupferranater, hydroxyquinolat, oxalat osv. efterfulgt af kalcinering ved 00° og vejning U 3 0s; polarografiske metoder i nitratopløsning gør det muligt at bestemme 10*7-g10-9 g uran; talrige kolorimetriske metoder (f.eks. med H 2 0 2 i et alkalisk medium, med arsenazo-reagenset i nærvær af EDTA, med dibenzoylmethan, i form af et thiocyanatkompleks osv.); selvlysende metode, som gør det muligt at bestemme, hvornår fusioneret med NaF til Yu 11 g uran.

235U tilhører strålingsfaregruppe A, den minimale signifikante aktivitet er MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 og - til gruppe D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).