Uranus(lat. uran), u, radioaktivt kjemisk element av gruppe III i det periodiske systemet til Mendeleev, tilhører familien aktinider, atomnummer 92, atommasse 238.029; metall. Naturlig U. består av en blanding av 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). Av de 11 kunstige radioaktive isotopene med massetall fra 227 til 240, er den langlevende 233 u (t 1 / 2 = 1,62 10 5 år); det oppnås ved nøytronbestråling av thorium. 238 u og 235 u er forfedrene til to radioaktive serier.

Historisk referanse. U. åpnet i 1789. kjemiker M. G. Klaproth og navngav ham til ære for planeten Uranus, oppdaget av V. Herschel i 1781. I metallisk tilstand ble U. erholdt i 1841 av franskmennene. kjemiker E. Peligo under reduksjonen av ucl 4 med kaliummetall. Opprinnelig ble U. tildelt en atommasse på 120, og først i 1871 ble D.I. Mendeleev Jeg kom til den konklusjonen at denne verdien burde dobles.

I lang tid var uran kun av interesse for en smal krets av kjemikere og fant begrenset bruk i produksjon av maling og glass. Med oppdagelsen av fenomenet radioaktivitet U. i 1896 og radium i 1898 begynte industriell prosessering av uranmalm for å utvinne og bruke radium i vitenskapelig forskning og medisin. Siden 1942, etter oppdagelsen i 1939 av fenomenet kjernefysisk fisjon , U. ble det viktigste atombrenselet.

Utbredelse i naturen. U. er et karakteristisk grunnstoff for jordskorpens granittlag og sedimentære skall. Gjennomsnittlig uraninnhold i jordskorpen (clarke) er 2,5 10 -4 masse%, i sure magmatiske bergarter 3,5 10 -4%, i leire og skifer 3,2 10 -4%, i basiske bergarter 5 · 10 -5%, i ultrabasiske bergarter av mantelen 3 · 10 -7%. U. migrerer kraftig i kaldt og varmt, nøytralt og alkalisk vann i form av enkle og komplekse ioner, spesielt i form av karbonatkomplekser. Redoksreaksjoner spiller en viktig rolle i geokjemien til uran, siden uranforbindelser som regel er svært løselige i vann med et oksiderende miljø og lite løselige i vann med et reduserende miljø (for eksempel hydrogensulfid).

Omtrent 100 uranmineraler er kjent; 12 av dem er av industriell betydning . I løpet av geologisk historie gikk karboninnholdet i jordskorpen ned på grunn av radioaktivt forfall; Denne prosessen er assosiert med akkumulering av Pb- og He-atomer i jordskorpen. Det radioaktive forfallet av karbon spiller en viktig rolle i energien til jordskorpen, og er en betydelig kilde til dyp varme.

Fysiske egenskaper. U. ligner i fargen på stål og er lett å behandle. Den har tre allotropiske modifikasjoner - a, b og g med fasetransformasjonstemperaturer: a ® b 668,8 ± 0,4 ° C, b® g 772,2 ± 0,4 ° C; a-form 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 – kroppssentrert kubisk gitter (ved 850°c a = 3.538 å). Tetthet av U. i a-form (25°c) 19,05 ± 0,2 g/cm 3 , t pl 1132 ± 1°C; t topp 3818 °C; varmeledningsevne (100–200°c), 28.05 Tirs/(m· TIL) , (200–400 °c) 29,72 Tirs/(m· TIL) ; spesifikk varmekapasitet (25°c) 27,67 kJ/(kg· TIL) ; elektrisk resistivitet ved romtemperatur er ca. 3 10 -7 ohm· cm, ved 600°c 5,5 10-7 ohm· cm; har superledning på 0,68 ± 0,02K; svak paramagnetisk, spesifikk magnetisk følsomhet ved romtemperatur 1,72 · 10 -6.

De mekaniske egenskapene til karbon avhenger av dets renhet og av modusene for mekanisk og varmebehandling. Gjennomsnittsverdien av elastisitetsmodulen for støpt U. 20,5 10 -2 Mn/m 2 strekkfasthet ved romtemperatur 372–470 Mn/m 2 , styrken øker etter herding fra b - og g -faser; gjennomsnittlig Brinell-hardhet 19,6–21,6 10 2 Mn/m 2 .

Bestråling av en nøytronfluks (som oppstår i kjernereaktor) endrer de fysiske og mekaniske egenskapene til uran: kryp utvikler seg og skjørheten øker, deformasjon av produkter observeres, noe som tvinger bruken av uran i atomreaktorer i form av ulike uranlegeringer.

U. – radioaktivt element. Kjerner 235 u og 233 u fisjons spontant, så vel som ved fangst av både langsomme (termiske) og raske nøytroner med et effektivt fisjonstverrsnitt på 508 10 -24 cm 2 (508 låve) og 533 10-24 cm 2 (533 låve) henholdsvis. 238u-kjernefisjon ved fangst av bare raske nøytroner med en energi på minst 1 Mev; ved fangst av langsomme nøytroner blir 238 u til 239 pu , hvis kjernefysiske egenskaper er nær 235 u. Kritisk massen av U. (93,5 % 235 u) i vandige løsninger er mindre enn 1 kg, for en åpen ball - ca 50 kg, for en ball med reflektor - 15 - 23 kg; kritisk masse 233 u – omtrent 1/3 av den kritiske massen 235 u.

Kjemiske egenskaper. Konfigurasjon av det ytre elektronskallet til atomet U. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . U. er et reaktivt metall i forbindelser viser det oksidasjonstilstander + 3, + 4, + 5, + 6, noen ganger + 2; de mest stabile forbindelsene er u (iv) og u (vi). I luft oksiderer det sakte med dannelse av en film av dioksid på overflaten, som ikke beskytter metallet mot ytterligere oksidasjon. I pulverisert tilstand er U. pyrofor og brenner med en lys flamme. Med oksygen danner det dioksid uo 2, trioksid uo 3 og et stort antall mellomliggende oksider, hvorav den viktigste er u 3 o 8. Disse mellomliggende oksidene har egenskaper nær uo 2 og uo 3. Ved høye 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, lett løselig i vann og syrer) og heksafluorid uf 6 (en hvit krystallinsk substans som sublimerer uten å smelte ved 56,4°c); med svovel - en rekke forbindelser, hvorav oss (atombrensel) er den viktigste. Når uran reagerer med hydrogen ved 220°C, oppnås hydridet uh 3; med nitrogen ved temperaturer fra 450 til 700 °C og atmosfærisk trykk - nitrid u 4 n 7, ved et høyere nitrogentrykk og samme temperatur kan du få un, u 2 n 3 og un 2; med karbon ved 750–800°c – uc-monokarbid, uc 2-dikarbid, og også u 2 c 3; danner legeringer av ulike typer med metaller . U. reagerer sakte med kokende vann for å danne uo 2 og h 2, med vanndamp - i temperaturområdet 150-250 ° C; løselig i saltsyre og salpetersyre, lett løselig i konsentrert flussyre. U (vi) er karakterisert ved dannelsen av uranylionet uo 2 2 + ; uranylsalter er gule i fargen og er svært løselige i vann og mineralsyrer; salter u (iv) er grønne og mindre løselige; uranylion er ekstremt i stand til kompleksdannelse i vandige løsninger med både uorganiske og organiske stoffer; De viktigste for teknologi er karbonat, sulfat, fluor, fosfat og andre komplekser. Et stort antall uranater (salter av uransyre som ikke er isolert i ren form) er kjent, hvis sammensetning varierer avhengig av produksjonsforholdene; Alle uranater har lav løselighet i vann.

U. og dets forbindelser er stråling og kjemisk giftige. Maksimal tillatt dose (MAD) for yrkesmessig eksponering 5 rem i år.

Kvittering. U. er hentet fra uranmalm som inneholder 0,05–0,5 % u. Malmene er praktisk talt ikke anriket, med unntak av en begrenset metode for radiometrisk sortering basert på stråling av radium, som alltid følger med uran. I utgangspunktet utlutes malmer med løsninger av svovelsyre, noen ganger salpetersyre eller sodaløsninger med overføring av uran til en sur løsning i form av uo 2 so 4 eller komplekse anioner 4-, og til en sodaløsning - i form av 4 -. For å ekstrahere og konsentrere uran fra løsninger og masser, samt å rense det fra urenheter, brukes sorpsjon på ionebytterharpikser og ekstraksjon med organiske løsningsmidler (tributylfosfat, alkylfosforsyrer, aminer). Deretter utfelles ammonium- eller natriumuranater eller u(oh)4-hydroksid fra løsningene ved å tilsette alkali. For å oppnå forbindelser med høy renhet, løses tekniske produkter i salpetersyre og utsettes for raffineringsrenseoperasjoner, hvis sluttprodukter er uo 3 eller u 3 o 8; disse oksidene reduseres ved 650–800°c med hydrogen eller dissosiert ammoniakk til uo 2, etterfulgt av omdannelsen til uf4 ved behandling med gassformig hydrogenfluorid ved 500–600°c. uf 4 kan også oppnås ved utfelling av krystallinsk hydrat uf 4 · nh 2 o med flussyre fra løsninger, etterfulgt av dehydrering av produktet ved 450°C i en strøm av hydrogen. I industrien er hovedmetoden for å oppnå uran fra uf 4 dets kalsium-termiske eller magnesium-termiske reduksjon med utbyttet av uran i form av barrer som veier opp til 1,5 tonn. Barren raffineres i vakuumovner.

En svært viktig prosess innen uranteknologi er anrikningen av dens 235 u isotop over det naturlige innholdet i malm eller isolering av denne isotopen i sin rene form , siden det er 235 u som er det viktigste atombrenselet; Dette gjøres ved gass termisk diffusjon, sentrifugale og andre metoder basert på forskjellen i massene 235 u og 238 u; i separasjonsprosesser brukes uran i form av flyktig heksafluorid uf 6. Når man oppnår høyt anriket karbon eller isotoper, tas deres kritiske masse i betraktning; den mest praktiske måten i dette tilfellet er reduksjon av uranoksider med kalsium; Det resulterende slagget, cao, skilles lett fra karbonet ved oppløsning i syrer.

Pulvermetallurgimetoder brukes til å produsere pulverisert karbondioksid, karbider, nitrider og andre ildfaste forbindelser.

Applikasjon. Metal U. eller dets forbindelser brukes hovedsakelig som kjernebrensel i atomreaktorer. En naturlig eller lavanriket blanding av karbonisotoper brukes i stasjonære reaktorer til atomkraftverk atomkraftverk eller i raske nøytronreaktorer. 235 u er en kilde til kjernekraft i atomvåpen. 238 u tjener som en kilde til sekundært kjernebrensel - plutonium.

V. M. Kulifeev.

Uran i kroppen. I spormengder (10 -5 –10 -5%) finnes det i vev til planter, dyr og mennesker. I planteaske (med et U-innhold i jorden på ca · 10 -4) er konsentrasjonen 1,5 · 10 -5 %. I størst grad akkumuleres uran av noen sopp og alger (sistnevnte deltar aktivt i den biogene migrasjonen av uran langs kjeden vann - vannplanter - fisk - mennesker). U. kommer inn i kroppen til dyr og mennesker med mat og vann inn i mage-tarmkanalen, med luft inn i luftveiene, og også gjennom hud og slimhinner. U. forbindelser absorberes i mage-tarmkanalen - omtrent 1% av den innkommende mengden løselige forbindelser og ikke mer enn 0,1% av tungtløselige; 50 % og 20 % tas opp i henholdsvis lungene. U. er ujevnt fordelt i kroppen. Hoveddepotene (deponerings- og akkumuleringssteder) er milten, nyrene, skjelettet, leveren og, ved inhalering av dårlig løselige forbindelser, lungene og bronkopulmonale lymfeknuter. U. (i form av karbonater og komplekser med proteiner) sirkulerer ikke i blodet i lang tid. U-innholdet i organer og vev hos dyr og mennesker overstiger ikke 10 -7 y/y. Således inneholder blodet til storfe 1 10 -8 g/ml, lever 8 10 -8 å/å, muskler 4 10 -8 å/å, milt 9 10 -8 y/y. U-innholdet i menneskelige organer er: i leveren 6 10 -9 y/y, i lungene 6 10 -9 –9 10 -9 g/g, i milten 4,7 10 -9 y/y, i blod 4 10 -9 g/ml, i nyrene 5,3 10 -9 (kortikalt lag) og 1,3 10 -9 y/y(medullært lag), i bein 1 10 -9 y/y, i benmarg 1 10 -9 y/y, i hår 1,3 10 -7 y/y. U. inneholdt i beinvev forårsaker konstant bestråling (halveringstiden til U. fra skjelettet er ca. 300 dager) . De laveste konsentrasjonene av U er i hjernen og hjertet (10-10 y/y). Daglig inntak av U. fra mat og væske – 1,9 10 -6 g, s luft – 7 10 -9 G. Den daglige utskillelsen av U fra menneskekroppen er: med urin 0,5 · 10 -7 –5 · 10 -7, med avføring – 1,4 · 10 -6 –1,8 · 10 -6 g, s hår – 2 10 -8 g.

I følge Den internasjonale strålebeskyttelseskommisjonen er det gjennomsnittlige U-innholdet i menneskekroppen 9·10 -8 g. Denne verdien kan variere for ulike regioner. Det antas at U er nødvendig for det normale livet til dyr og planter, men dets fysiologiske funksjoner er ikke avklart.

G.P. Galibin.

Giftig effekt Uran skyldes dets kjemiske egenskaper og avhenger av løselighet: uranyl og andre løselige uranforbindelser er mer giftige. Forgiftning med uran og dets forbindelser er mulig i bedrifter for utvinning og prosessering av uranråvarer og andre industrielle anlegg der det brukes i. den teknologiske prosessen. Når det kommer inn i kroppen, påvirker det alle organer og vev, og er en generell cellulær gift. Tegn på forgiftning skyldes først og fremst nyreskade (utseendet til protein og sukker i urinen, etterfølgende oliguri) , leveren og mage-tarmkanalen påvirkes også. Det er akutte og kroniske forgiftninger; sistnevnte er preget av gradvis utvikling og mindre alvorlige symptomer. Med kronisk forgiftning er forstyrrelser av hematopoiesis, nervesystemet, etc. mulig. Det antas at den molekylære virkningsmekanismen til U. er assosiert med dens evne til å undertrykke aktiviteten til enzymer.

Forebygging av forgiftning: kontinuitet i teknologiske prosesser, bruk av forseglet utstyr, forebygging av luftforurensning, behandling av avløpsvann før det slippes ut i vannforekomster, honning. overvåking av helsetilstanden til arbeidere og overholdelse av hygieniske standarder for det tillatte innholdet av U og dets forbindelser i miljøet.

V. F. Kirillov.

Litt.: Læren om radioaktivitet. Historie og modernitet, red. B. M. Kedrova, M., 1973; Petrosyants A. M., Fra vitenskapelig 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 and its legeringer, M., 1971; Evseeva L. S., Perelman A. I., Ivanov K. E., Geochemistry of uranium in the hypergenetic zone, 2. utgave, M., 1974; Farmakologi og toksikologi av uranforbindelser, [trans. fra engelsk], vol. 2, M., 1951; Guskova V.N., Uranus. Strålingshygieniske egenskaper, M., 1972; Andreeva O. S., Yrkeshygiene ved arbeid med uran og dets forbindelser, M., 1960; Novikov Yu V., Hygieniske spørsmål ved å studere uraninnholdet i det ytre miljøet og dets effekt på kroppen, M., 1974.

Uranus er et av tungmetallelementene i det periodiske system. Uran er mye brukt i energi- og militærindustrien. I det periodiske systemet kan det bli funnet ved nummer 92 og er betegnet med den latinske bokstaven U med et massenummer på 238.

Hvordan Uranus ble oppdaget

Generelt har et slikt kjemisk element som uran vært kjent i svært lang tid. Det er kjent at selv før vår tidsregning ble naturlig uranoksid brukt til å lage gul glasur for keramikk. Oppdagelsen av dette grunnstoffet kan spores tilbake til 1789, da en tysk kjemiker ved navn Martin Heinrich Klaproth gjenvunnet et svart metalllignende materiale fra en malm. Martin bestemte seg for å kalle dette materialet Uranus for å støtte navnet på den nyoppdagede planeten med samme navn (planeten Uranus ble oppdaget samme år). I 1840 ble det avslørt at dette materialet, oppdaget av Klaproth, viste seg å være uranoksid, til tross for den karakteristiske metalliske glansen. Eugene Melchior Peligot syntetiserte atomuran fra oksid og bestemte atomvekten til 120 AU, og i 1874 doblet Mendeleev denne verdien, og plasserte den i den fjerneste cellen på bordet hans. Bare 12 år senere ble Mendeleevs beslutning om å doble massen bekreftet av eksperimentene til den tyske kjemikeren Zimmermann.

Hvor og hvordan utvinnes uran?

Uran er et ganske vanlig grunnstoff, men det er vanlig i form av uranmalm. Slik at du forstår, er innholdet i jordskorpen 0,00027% av jordens totale masse. Uranmalm finnes typisk i sure mineralbergarter med høyt silisiuminnhold. Hovedtypene av uranmalm er bekblende, karnotitt, kasolitt og samarskitt. De største reservene av uranmalm, tatt i betraktning reserveforekomster, er i land som Australia, Russland og Kasakhstan, og av alle disse har Kasakhstan en ledende posisjon. Utvinning av uran er en svært vanskelig og kostbar prosedyre. Ikke alle land har råd til å utvinne og syntetisere rent uran. Produksjonsteknologien er som følger: malm eller mineraler utvinnes i gruver, sammenlignbare med gull eller edelstener. De utvunne bergartene knuses og blandes med vann for å skille uranstøvet fra resten. Uranstøv er veldig tungt og derfor feller det ut raskere enn andre. Det neste trinnet er å rense uranstøvet fra andre bergarter ved sur eller alkalisk utvasking. Prosedyren ser omtrent slik ut: uranblandingen varmes opp til 150 °C og rent oksygen tilføres under trykk. Som et resultat dannes svovelsyre, som renser uran fra andre urenheter. Vel, i sluttfasen velges rene uranpartikler. I tillegg til uranstøv finnes det også andre nyttige mineraler.

Faren for radioaktiv stråling fra uran

Alle er godt klar over konseptet med radioaktiv stråling og det faktum at det forårsaker uopprettelig helseskade, som fører til døden. Uran er et slikt grunnstoff som under visse forhold kan frigjøre radioaktiv stråling. I fri form, avhengig av variasjonen, kan den avgi alfa- og betastråler. Alfastråler utgjør ingen stor fare for mennesker dersom bestrålingen er ekstern siden denne strålingen har lav penetrasjonsevne, men når de kommer inn i kroppen forårsaker de uopprettelig skade. Selv et ark med skrivepapir er nok til å inneholde eksterne alfastråler. Med betastråling er ting mer alvorlig, men ikke mye. Den penetrerende kraften til betastråling er høyere enn alfastrålingen, men 3-5 mm vev vil være nødvendig for å inneholde betastråling. Kan du fortelle meg hvordan dette er? Uran er et radioaktivt grunnstoff som brukes i atomvåpen! Det er riktig, det brukes i atomvåpen, som forårsaker kolossale skader på alt levende. Det er bare det at når et kjernefysisk stridshode detonerer, er hovedskaden på levende organismer forårsaket av gammastråling og en fluks av nøytroner. Disse typer stråling dannes som et resultat av en termonukleær reaksjon under eksplosjonen av et stridshode, som fjerner uranpartikler fra en stabil tilstand og ødelegger alt liv på jorden.

Varianter av uran

Som nevnt ovenfor har uran flere varianter. Varianter innebærer tilstedeværelsen av isotoper, slik at du forstår, innebærer isotoper de samme elementene, men med forskjellige massetall.

Så det er to typer:

1. Naturlig;
2. Kunstig;

Som du kanskje har gjettet, er den naturlige den som er utvunnet fra jorden, og den kunstige er skapt av mennesker på egen hånd. Naturlige isotoper inkluderer uranisotoper med massenummer 238, 235 og 234. Dessuten er U-234 en datter av U-238, det vil si at den første er oppnådd fra forfallet av den andre under naturlige forhold. Den andre gruppen av isotoper, som er skapt kunstig, har massetall fra 217 til 242. Hver av isotopene har forskjellige egenskaper og er preget av ulik oppførsel under visse forhold. Avhengig av behovene prøver atomforskere å finne alle slags løsninger på problemer, fordi hver isotop har en annen energiverdi.

Halveringstider

Som nevnt ovenfor har hver av isotopene til uran en annen energiverdi og forskjellige egenskaper, hvorav en er halveringstid. For å forstå hva det er, må du starte med en definisjon. Halveringstiden er tiden hvor antall radioaktive atomer er halvert. Halveringstiden påvirker mange faktorer, for eksempel energiverdien eller fullstendig rensing. Hvis vi tar det siste som eksempel, kan vi beregne hvor lang tid det vil ta å fjerne den radioaktive forurensningen av jorda fullstendig. Halveringstider for uranisotoper:

Som det fremgår av tabellen, varierer halveringstiden til isotoper fra minutter til hundrevis av millioner år. Hver av dem finner anvendelse på forskjellige områder av folks liv.

Bruken av uran er svært utbredt i mange virksomhetsområder, men den er av størst verdi i energi- og militærsektoren. Isotopen U-235 er av størst interesse. Dens fordel er at den er i stand til uavhengig å opprettholde en kjernefysisk kjedereaksjon, som er mye brukt i militære anliggender for fremstilling av atomvåpen og som drivstoff i atomreaktorer. I tillegg er uran mye brukt i geologi for å bestemme alderen på mineraler og bergarter, samt for å bestemme forløpet av geologiske prosesser. I bil- og flyindustrien brukes utarmet uran som motvekt og sentreringselement. Anvendelse ble også funnet i maling, og mer spesifikt som maling for porselen og til fremstilling av keramiske glasurer og emaljer. Et annet interessant poeng kan betraktes som bruken av utarmet uran for beskyttelse mot radioaktiv stråling, så rart det enn kan høres ut.

URAN (fra navnet på planeten Uranus), U - radioaktivt kjemikalie. element av gruppe III i det periodiske systemet av elementer; på. n. 92, kl. m. 238,029; tilhører aktinider. Sølvhvitt skinnende metall. I forbindelser viser den oksidasjonstilstander fra +2 til +6, den mest karakteristiske er +4 og +6.

Naturlig uran består av isotopene 238U (99,282%), 235U (0,712%) og 234U (0,006%). Blant kunstige isotoper er 233U isotopen av praktisk betydning. U. i form av oksid U02 ble oppdaget (1789) av tysk. kjemiker M.-G. Klaproth. Uranmetall ble mottatt (1841) av franskmennene. kjemiker E.-M. Peligo. Siden 40-tallet. Det 20. århundre U. har fått betydning som en kilde til kjernekraft frigjort under fisjon av atomene under fangst av nøytroner; 235U og 233U har denne egenskapen. Isotopen 238U, når den fanger nøytroner, blir til (239Pu), som også er et kjernebrensel. Uraninnholdet i jordskorpen er 0,3-0,0004 %. Dens viktigste mineral er en rekke uranitt - bekblende (uranbek) (40-76% U). Uran finnes i små mengder i granitt (0,0004%), jord (0,0001 -0,00004%) og vann (~10 -8%).

Tre av dens allotropiske modifikasjoner er kjent: alfa-uran med et ortorhombisk krystallgitter og med periodene 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 krystallgitter 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 kroppssentrert kubisk gitter og med en periode a = 3,524 A (temperatur 805°C).

Tettheten av alfa-uran ved romtemperatur er 19,05 g/cm3; smeltepunkt 1132°C; kokepunkt 3820°C (trykk 1 ved). Varme av transformasjoner alfa⇄ beta, beta ⇄ gamma, smelting og fordampning av uran, henholdsvis ~ 0,70; 1,15; 4,75 og 107-117 kcal/mol. Varmekapasitet c = 6,4 cal/mol (temperatur 25° C). Gjennomsnittlig koeffisient termisk ekspansjon av alfa-uran langs a-, b- og c-aksene i temperaturområdet 20-500 ° C, henholdsvis 32,9; -6,3 og 27,6 10-6 grader-1. Den termiske konduktivitetskoeffisienten til uran ved romtemperatur er ~ 0,06 cal/cm sek grader og øker med økende temperatur. Den elektriske resistiviteten til alfauran avhenger av den krystallografiske retningen; dens gjennomsnittlige verdi for uran av en polykrystallinsk prøve med høy renhet er ~ 30 μΩ x cm ved romtemperatur og øker til ~ 54 μΩ x cm ved 600 ° C. Anisotropi av Youngs modul er også observert i alfa-uran. Polykrystallinsk alfa-uran har en Youngs modul på 2,09 x 10 4 kgf/mm2; skjærmodul 0,85 x 104 kgf/mm2; koeffisient Poisson 0,23. Hardheten til alfa-uran ved romtemperatur er HV = 200, men avtar til 12 ved 600°C.

Under overgangen fra alfa- til beta-uran øker hardheten fra ~ 10 til ~ 30. Strekkstyrken til glødet alfa-uran (0,02 % C) ved en temperatur på 20 ° C er ~ 42 kgf/mm2, øker til 49 kgf/ mm2 ved en temperatur på 100 9 C og avtar deretter nesten lineært til ~ 11 kgf/mm2 med en temperaturøkning til 600° C. Ved en temperatur på 20° C er henholdsvis flytegrensen, relativ forlengelse og relativ sammentrekning. 26 kgf/mm2, 8 og 11%, og ved en temperatur på 600°C - 9 kgf/mm2, 26 og 65%. Å øke karboninnholdet fra 0,01 til 0,20 % øker styrke- og flytegrenseneσ 0,2, henholdsvis fra 37 og 24 til 52 og 32 kgf/mm2. Alle mekaniske egenskaper til uran avhenger betydelig av tilstedeværelsen av urenheter og forbehandling.

Krypet av uran er spesielt avhengig av sykliske endringer i temperaturen, som er forbundet med ytterligere termiske spenninger som oppstår på grunn av den store forskjellen i koeffisienten. termisk ekspansjon langs forskjellige krystallografiske retninger av alfa-uran. Slagstyrken til alfa-uran (0,03 % C), lav ved temperaturer på 20 og 100 ° C (henholdsvis 1,4 og 2,3 kgf-m/cm2), øker nesten lineært til 11,7 kgf-m/cm2 ved en temperatur på 500° C. Et karakteristisk trekk er forlengelsen av polykrystallinske alfa-uranstaver med en tekstur langs aksen under påvirkning av gjentatt oppvarming og avkjøling.

Når uranatomer spaltes, og uløselig i uran dannes, noe som fører til svelling av metallet (svært uønsket for kjernebrensel). Selv ved romtemperatur oksiderer uran i tørr luft med dannelse av en tynn oksidfilm når det oppvarmes til en temperatur på 200°C, dannes det avleiringsdioksid U02, ved en temperatur på 200-400°C - U308, ved en høyere temperatur; temperatur - U308 (mer presist, faste løsninger basert på disse oksidene). Oksydasjonshastigheten er lav ved en temperatur på 50°C og meget høy ved en temperatur på 300°C. Uran reagerer sakte med nitrogen under en temperatur på 400°C, men ganske raskt ved en temperatur på 750-800°C med hydrogen oppstår allerede ved romtemperatur med dannelse av hydrid UH3.

I vann ved temperaturer opp til 70°C dannes det en film av dioksid på uran, som har en beskyttende effekt; ved en temperatur på 100°C akselererer interaksjonen betydelig. For å oppnå U. blir malmene anriket med våte kjemikalier. metode, utluting med svovelsyre i nærvær av et oksidasjonsmiddel - mangandioksid. Uran ekstraheres fra en sulfatløsning med organiske løsemidler eller isoleres med fenolharpikser. Det resulterende konsentratet oppløses i nitrogenløsning. Det resulterende uranylnitrat U02 (N03)2 ekstraheres for eksempel med butylfosfat, og etter frigjøring fra sistnevnte spaltes U-forbindelsene ved en temperatur på 500-700 °C. De resulterende høyrenhet U308 og U03 er redusert med hydrogen ved en temperatur på 600-800 °C til dioksid U02.

Uranmetall oppnås ved metallotermisk reduksjon (med kalsium eller magnesium) av urandioksid UO2 eller urantetrafluorid UF4, tidligere oppnådd fra dioksidet ved påvirkning av vannfritt hydrogenfluorid ved en temperatur på 500 ° C. Sistnevnte metode er mer vanlig og tillater en for å oppnå rene blokker (0,0045 % Fe, 0,001 % Si, 0,003 % C) og som veier mer enn ett tonn. Uranmetall oppnås også ved elektrolyse i saltbad som inneholder UF4 ved en temperatur på 800-1200°C. Råuran utsettes vanligvis for raffineringssmelting (temperatur 1450-1600°C) i grafittdigler, i høyfrekvente vakuumovner med støping i grafittformer.

Små prototyper deformeres ved smiing i alfatilstand, som også brukes, sammen med pressing i alfa- eller gammatilstand, for å deformere store barrer. Kaldvalsing øker styrkeegenskapene til uran, hardheten under kompresjon med 40%, øker HV fra 235 til 325. Fjerning av herding skjer hovedsakelig ved en temperatur på 350-450 ° C i metall av teknisk renhet og er ledsaget av omkrystallisering under disse forholdene ; sekundær, kollektiv rekrystallisering utvikles ved en temperatur på 600-650° C. Avkjøling av uran i vann eller olje fra beta- eller gammatilstand undertrykker ikke dannelsen av alfa-fasen, men foredler korn av alfa-uran, spesielt i nærvær av urenheter. Metal U.,

; atomnummer 92, atommasse 238.029; metall. Naturlig uran består av en blanding av 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).

Av de 11 kunstige radioaktive isotopene med massetall fra 227 til 240, er den langlevende 233 U (T ½ = 1,62·10 5 år); det oppnås ved nøytronbestråling av thorium. 238 U og 235 U er forfedrene til to radioaktive serier.

Historisk referanse. Uran ble oppdaget i 1789 av den tyske kjemikeren M. G. Klaproth og navngitt av ham til ære for planeten Uranus, oppdaget av W. Herschel i 1781. I metallisk tilstand ble uran oppnådd i 1841 av den franske kjemikeren E. Peligo under reduksjonen av UCl 4 med kaliummetall. Opprinnelig ble Uranus tildelt en atommasse på 120, og først i 1871 kom D.I. Mendeleev til den konklusjonen at denne verdien skulle dobles.

I lang tid var uran kun av interesse for en smal krets av kjemikere og fant begrenset bruk i produksjon av maling og glass. Med oppdagelsen av fenomenet radioaktivitet i uran i 1896 og radium i 1898, begynte industriell prosessering av uranmalm for å utvinne og bruke radium i vitenskapelig forskning og medisin. Siden 1942, etter oppdagelsen av kjernefysisk fisjon i 1939, har uran blitt det viktigste atombrenselet.

Utbredelse av Uranus i naturen. Uran er et karakteristisk grunnstoff for granittlaget og sedimentære skallet på jordskorpen. Gjennomsnittlig innhold av uran i jordskorpen (clarke) er 2,5 10 -4 masse%, i sure magmatiske bergarter 3,5 10 -4%, i leire og skifer 3,2 10 -4%, i basiske bergarter 5 ·10 -5% , i ultrabasiske bergarter av mantelen 3·10 -7%. Uran migrerer kraftig i kaldt og varmt, nøytralt og alkalisk vann i form av enkle og komplekse ioner, spesielt i form av karbonatkomplekser. Redoksreaksjoner spiller en viktig rolle i geokjemien til uran, siden uranforbindelser som regel er svært løselige i vann med et oksiderende miljø og lite løselige i vann med et reduserende miljø (for eksempel hydrogensulfid).

Omtrent 100 uranmineraler er kjent; 12 av dem er av industriell betydning. I løpet av geologisk historie har innholdet av uran i jordskorpen gått ned på grunn av radioaktivt forfall; Denne prosessen er assosiert med akkumulering av Pb- og He-atomer i jordskorpen. Det radioaktive forfallet av uran spiller en viktig rolle i energien til jordskorpen, og er en betydelig kilde til dyp varme.

Fysiske egenskaper til uran. Uran ligner i fargen på stål og er lett å behandle. Den har tre allotropiske modifikasjoner - α, β og γ med fasetransformasjonstemperaturer: 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 - kroppssentrert kubisk gitter (ved 850 °C a = 3,538 Å). Tettheten av uran i α-form (25 °C) er 19,05 g/cm 3 ; t pl 1132 °C; kokepunkt 3818 °C; termisk ledningsevne (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); spesifikk varmekapasitet (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); spesifikk elektrisk resistivitet ved romtemperatur er ca. 3·10 -7 ohm·cm, ved 600 °C 5,5·10 -7 ohm·cm; har superledning ved 0,68 K; svak paramagnetisk, spesifikk magnetisk følsomhet ved romtemperatur 1,72·10 -6.

De mekaniske egenskapene til uran avhenger av dets renhet og av modusene for mekanisk og termisk behandling. Gjennomsnittsverdien av elastisitetsmodulen for støpt uran er 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; strekkfasthet ved romtemperatur 372-470 Mn/m2; styrken øker etter herding fra β- og γ-faser; gjennomsnittlig Brinell-hardhet 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .

Bestråling av en nøytronstrøm (som finner sted i en atomreaktor) endrer de fysiske og mekaniske egenskapene til uran: kryp utvikler seg og skjørhet øker, deformasjon av produkter observeres, noe som tvinger bruk av uran i atomreaktorer i form av forskjellige uran legeringer.

Uran er et radioaktivt grunnstoff. Kjernene 235 U og 233 U fisjons spontant, så vel som ved fangst av både langsomme (termiske) og raske nøytroner med et effektivt fisjonstverrsnitt på 508 10 -24 cm 2 (508 barn) og 533 10 -24 cm 2 (533) låve). 238 U-kjerner fisjon ved kun å fange hurtige nøytroner med en energi på minst 1 MeV; når du fanger langsomme nøytroner, blir 238 U til 239 Pu, hvis kjernefysiske egenskaper er nær 235 U. Den kritiske massen av uran (93,5% 235 U) i vandige løsninger er mindre enn 1 kg, for en åpen ball - omtrent 50 kg, for en ball med reflektor - 15-23 kg; kritisk masse 233 U er omtrent 1/3 av den kritiske massen 235 U.

Kjemiske egenskaper av uran. Konfigurasjonen av det ytre elektronskallet til uranatomet er 7s 2 6d l 5f 3. Uran er et reaktivt metall i forbindelser som det viser oksidasjonstilstander på +3, +4, + 5, +6, noen ganger +2; de mest stabile forbindelsene er U (IV) og U (VI). I luft oksiderer det sakte med dannelse av en oksidfilm (IV) på overflaten, som ikke beskytter metallet mot ytterligere oksidasjon. I sin pulveriserte tilstand er uran pyrofor og brenner med en lys flamme. Med oksygen danner det oksid (IV) UO 2, oksid (VI) UO 3 og et stort antall mellomliggende oksider, hvorav den viktigste er U 3 O 8. Disse mellomliggende oksidene har egenskaper som ligner på UO 2 og UO 3 . Ved høye temperaturer har UO 2 et bredt homogenitetsområde fra UO 1,60 til UO 2,27. Med fluor ved 500-600 ° C danner det UF 4 tetrafluorid (grønne nåleformede krystaller, lett løselig i vann og syrer) og UF 6 heksafluorid (en hvit krystallinsk substans som sublimerer uten å smelte ved 56,4 ° C); med svovel - en rekke forbindelser, hvorav US (atombrensel) er den viktigste. Når uran reagerer med hydrogen ved 220 °C, oppnås hydridet UH 3; med nitrogen ved temperaturer fra 450 til 700 ° C og atmosfærisk trykk - U 4 N 7 nitrid ved et høyere nitrogentrykk og samme temperatur, kan UN, U 2 N 3 og UN 2 oppnås; med karbon ved 750-800 °C - monokarbid UC, dikarbid UC 2, samt U 2 C 3; med metaller danner det legeringer av forskjellige typer. Uran reagerer sakte med kokende vann for å danne UO 2 nH 2, med vanndamp - i temperaturområdet 150-250 ° C; løselig i saltsyre og salpetersyre, lett løselig i konsentrert flussyre. U(VI) er karakterisert ved dannelsen av uranylionet UO 2 2+; uranylsalter er gule i fargen og er svært løselige i vann og mineralsyrer; U(IV)-salter er grønne og mindre løselige; uranylion er ekstremt i stand til kompleksdannelse i vandige løsninger med både uorganiske og organiske stoffer; De viktigste for teknologi er karbonat, sulfat, fluor, fosfat og andre komplekser. Et stort antall uranater (salter av uransyre som ikke er isolert i ren form) er kjent, hvis sammensetning varierer avhengig av produksjonsforholdene; Alle uranater har lav løselighet i vann.

Uran og dets forbindelser er stråling og kjemisk giftige. Maksimal tillatt dose (MAD) for yrkesmessig eksponering er 5 rem per år.

Mottar Uranus. Uran hentes fra uranmalm som inneholder 0,05-0,5 % U. Malmene er praktisk talt ikke anriket, med unntak av en begrenset radiometrisk sorteringsmetode basert på γ-stråling av radium, som alltid følger med uran. I utgangspunktet utlutes malmer med løsninger av svovelsyre, noen ganger salpetersyre eller brusløsninger med overføring av uran til en sur løsning i form av UO 2 SO 4 eller komplekse anioner 4-, og til en sodaløsning - i form av 4 -. For å ekstrahere og konsentrere uran fra løsninger og masser, samt å rense det fra urenheter, brukes sorpsjon på ionebytterharpikser og ekstraksjon med organiske løsningsmidler (tributylfosfat, alkylfosforsyrer, aminer). Deretter blir ammonium- eller natriumuranater eller U(OH)4-hydroksid utfelt fra løsningene ved å tilsette alkali. For å oppnå forbindelser med høy renhet, løses tekniske produkter i salpetersyre og utsettes for raffineringsrenseoperasjoner, hvis sluttprodukter er UO 3 eller U 3 O 8; disse oksidene reduseres ved 650-800 °C med hydrogen eller dissosiert ammoniakk til UO 2, etterfulgt av omdannelsen til UF 4 ved behandling med hydrogenfluoridgass ved 500-600 °C. UF 4 kan også oppnås ved utfelling av krystallinsk hydrat UF 4 nH 2 O med flussyre fra løsninger, etterfulgt av dehydrering av produktet ved 450 ° C i en strøm av hydrogen. I industrien er hovedmetoden for å oppnå uran fra UF 4 dets kalsium-termiske eller magnesium-termiske reduksjon med frigjøring av uran i form av barrer som veier opptil 1,5 tonn. Barren raffineres i vakuumovner.

En svært viktig prosess innen uranteknologi er anrikningen av dens 235 U-isotop over det naturlige innholdet i malm eller isoleringen av denne isotopen i sin rene form, siden 235 U er det viktigste kjernebrenselet; Dette gjøres ved gasstermisk diffusjon, sentrifugale og andre metoder basert på forskjellen i massene på 238 U og 235 U; i separasjonsprosesser brukes uran i form av flyktig heksafluorid UF 6. Når man oppnår høyt anriket uran eller isotoper, tas deres kritiske masse i betraktning; den mest praktiske metoden i dette tilfellet er reduksjon av uranoksider med kalsium; det resulterende CaO-slagget skilles lett fra uran ved oppløsning i syrer. For å oppnå pulverisert uran, oksid (IV), karbider, nitrider og andre ildfaste forbindelser, brukes pulvermetallurgiske metoder.

Anvendelse av Uranus. Uranmetall eller dets forbindelser brukes først og fremst som kjernefysisk brensel i atomreaktorer. En naturlig eller lavanriket blanding av uranisotoper brukes i stasjonære reaktorer til kjernekraftverk, et høyt anriket produkt brukes i kjernekraftverk eller i reaktorer som opererer på raske nøytroner. 235 U er kilden til kjernefysisk energi i atomvåpen. 238 U tjener som en kilde til sekundært kjernebrensel - plutonium.

Uran i kroppen. Det finnes i mikromengder (10 -5 -10 -8%) i vev til planter, dyr og mennesker. I planteaske (med et uraninnhold på ca. 10 -4% i jorda) er konsentrasjonen 1,5·10 -5%. I størst grad akkumuleres uran av noen sopp og alger (sistnevnte deltar aktivt i den biogene migrasjonen av uran langs kjeden vann - vannplanter - fisk - mennesker). Uran kommer inn i kroppen til dyr og mennesker med mat og vann i mage-tarmkanalen, med luft i luftveiene, samt gjennom hud og slimhinner. Uranforbindelser absorberes i mage-tarmkanalen - omtrent 1% av den innkommende mengden løselige forbindelser og ikke mer enn 0,1% av tungtløselige; 50 % og 20 % tas opp i henholdsvis lungene. Uran fordeles ujevnt i kroppen. Hoveddepotet (deponerings- og akkumuleringssteder) er milten, nyrene, skjelettet, leveren og, ved inhalering av dårlig løselige forbindelser, lungene og bronkopulmonale lymfeknuter. Uran (i form av karbonater og komplekser med proteiner) sirkulerer ikke i blodet på lenge. Innholdet av uran i organer og vev til dyr og mennesker overstiger ikke 10 -7 g/g. Således inneholder storfeblod 1·10 -8 g/ml, lever 8·10 -8 g/g, muskler 4·10 -11 g/g, milt 9·10 8-8 g/g. Innholdet av uran i menneskelige organer er: i leveren 6·10 -9 g/g, i lungene 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, i milten 4,7·10 -7 g/g , i blodet 4-10 -10 g/ml, i nyrene 5,3·10 -9 (kortikalt lag) og 1,3·10 -8 g/g (medullært lag), i beinene 1·10 -9 g/g , i benmarg 1 -10 -8 g/g, i hår 1,3·10 -7 g/g. Uran inneholdt i beinvev forårsaker konstant bestråling (halveringstiden til uran fra skjelettet er ca. 300 dager). De laveste konsentrasjonene av uran er i hjernen og hjertet (10 -10 g/g). Det daglige inntaket av uran med mat og væske er 1,9·10 -6 g, med luft - 7·10 -9 g. Den daglige utskillelsen av uran fra menneskekroppen er: med urin 0,5·10 -7 - 5·10 -. 7 g, med avføring - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, med hår - 2·10 -8 g.

I følge Den internasjonale strålebeskyttelseskommisjonen er det gjennomsnittlige innholdet av uran i menneskekroppen 9·10 -5 g. Denne verdien kan variere for ulike regioner. Det antas at uran er nødvendig for normal funksjon av dyr og planter.

Den toksiske effekten av uran bestemmes av dets kjemiske egenskaper og avhenger av løselighet: uranyl og andre løselige forbindelser av uran er mer giftige. Forgiftning med uran og dets forbindelser er mulig i bedrifter for utvinning og prosessering av uranråvarer og andre industrielle anlegg der det brukes i den teknologiske prosessen. Når det kommer inn i kroppen, påvirker uran alle organer og vev, og er en generell cellulær gift. Tegn på forgiftning er forårsaket av primær skade på nyrene (utseendet til protein og sukker i urinen, påfølgende oliguri); leveren og mage-tarmkanalen påvirkes også. Det er akutte og kroniske forgiftninger; sistnevnte er preget av gradvis utvikling og mindre alvorlige symptomer. Med kronisk forgiftning er forstyrrelser av hematopoiesis, nervesystemet, etc. mulig. Det antas at den molekylære virkningsmekanismen til Uran er assosiert med dens evne til å undertrykke aktiviteten til enzymer.

Kjernefysiske teknologier er i stor grad basert på bruk av radiokjemimetoder, som igjen er basert på de kjernefysiske, fysiske, kjemiske og giftige egenskapene til radioaktive grunnstoffer.

I dette kapittelet vil vi begrense oss til en kort beskrivelse av egenskapene til de viktigste spaltbare isotopene - uran og plutonium.

Uranus

Uranus ( uran) U - element av aktinidgruppen, 7-0. periode i det periodiske system, Z=92, atommasse 238.029; den tyngste som finnes i naturen.

Det er 25 kjente isotoper av uran, alle radioaktive. Det letteste 217U (Tj/ 2 =26 ms), den tyngste 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 min). Det er 6 nukleære isomerer. Naturlig uran inneholder 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 spesifikke radioaktiviteten til naturlig uran er 2,48104 Bq, delt nesten i to mellom 2 34 U og 288 U; 2 35U gir et lite bidrag (den spesifikke aktiviteten til 2 zi-isotopen i naturlig uran er 21 ganger mindre enn aktiviteten til 2 3 8 U). Termisk nøytronfangst-tverrsnitt er 46, 98 og 2,7 barn for henholdsvis 2 zzi, 2 35U og 2 3 8 U; deling seksjon 527 og 584 låve for 2 zzi og 2 z 8 og hhv; naturlig blanding av isotoper (0,7% 235U) 4,2 barn.

Bord 1. Kjernefysiske egenskaper 2 h9 Ri og 2 35Ts.

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

Seks isotoper av uran er i stand til spontan fisjon: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i og 2 z 8 i. De naturlige isotopene 2 33 og 2 35 U fisjon under påvirkning av både termiske og raske nøytroner, og 2 3 8 kjerner er kun i stand til fisjon når de fanger opp nøytroner med en energi på mer enn 1,1 MeV. Når nøytroner fanges med lavere energi, transformeres 288 U-kjernene først til 2 -i9U-kjerner, som deretter gjennomgår p-forfall og transformeres først til 2 -"*9Np, og deretter til 2 39Pu. De effektive tverrsnittene for fangst av termisk nøytroner på 2 34U, 2 kjerner 35U og 2 з 8 og er lik henholdsvis 98, 683 og 2,7-barn 2 35U og 2 zi brukes som kjernefysisk kjedereaksjon.

Atomreaktorer produserer n kunstige isotoper av uran med massetall 227-^240, hvorav den lengstlevende er 233U (7 V2 = i.62 *io 5 år); det oppnås ved nøytronbestråling av thorium. I de superkraftige nøytronstrømmene til en termonukleær eksplosjon, blir uranisotoper med massetall på 239^257 født.

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

Uran-232 dannes som et resultat av følgende forfall:

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

I kjernefysisk industri produseres 2 3 2 U som et biprodukt under syntesen av den fissile (våpenkvalitet) nukliden 2 zi i thoriumbrenselsyklusen. Når 2 3 2 Th blir bestrålt med nøytroner, skjer hovedreaksjonen:

og en to-trinns sidereaksjon:

Produksjonen av 232 U fra thorium skjer kun med raske nøytroner (E>6 MeV). Hvis utgangsstoffet inneholder 2 3°TH, så kompletteres dannelsen av 2 3 2 U av reaksjonen: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Denne reaksjonen skjer ved bruk av termiske nøytroner. Generering av 2 3 2 U er uønsket av en rekke årsaker. Det undertrykkes ved å bruke thorium med en minimumskonsentrasjon på 2 3°TH.

Forfallet på 2 × 2 skjer i følgende retninger:

Et forfall i 228 Th (sannsynlighet 10 %, forfallsenergi 5,414 MeV):

energien til utsendte alfapartikler er 5,263 MeV (i 31,6 % av tilfellene) og 5,320 MeV (i 68,2 % av tilfellene).

• - spontan fisjon (sannsynlighet mindre enn ~ 12%);
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (sannsynlighet for forfall mindre enn 5*10" 12%):

Klyngeforfall med dannelse av nuklid 2

Uran-232 er grunnleggeren av en lang forfallskjede, som inkluderer nuklider - emittere av harde y-kvanter:

^U-(3,64 dager, 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 (stikk), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

Akkumuleringen av 2 3 2 U er uunngåelig under produksjonen av 2 zi i thorium-energisyklusen. Intens y-stråling som oppstår fra nedbrytning av 2 3 2 U hindrer utviklingen av thoriumenergi. Det som er uvanlig er at den jevne isotopen 2 3 2 11 har et høyt fisjonstverrsnitt under påvirkning av nøytroner (75 fjøs for termiske nøytroner), samt et høyt nøytronfangstverrsnitt - 73 fjøs. 2 3 2 U brukes i den radioaktive sporstoffmetoden i kjemisk forskning.

2 h 2 og er grunnleggeren av en lang forfallskjede (i henhold til 2 h 2 T-skjemaet), som inkluderer nuklidemittere av harde y-kvanter. Akkumuleringen av 2 3 2 U er uunngåelig under produksjonen av 2 zi i thoriumenergisyklusen. Intens y-stråling som oppstår fra nedbrytningen av 232 U hindrer utviklingen av thoriumenergi. Det som er uvanlig er at den jevne isotopen 2 3 2 U har et høyt fisjonstverrsnitt under påvirkning av nøytroner (75 fjøs for termiske nøytroner), samt et høyt nøytronfangstverrsnitt - 73 fjøs. 2 3 2 U brukes ofte i den radioaktive sporstoffmetoden i kjemisk og fysisk forskning.

Uran-233- menneskeskapt 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 oppnås i kjernereaktorer fra thorium: 2 z 2 Th fanger et nøytron og blir til 2 zzT, som henfaller til 2 zzRa, og deretter til 2 zzi. Kjernene til 2 zi (odde isotop) er i stand til både spontan fisjon og fisjon under påvirkning av nøytroner av enhver energi, noe som gjør den egnet for produksjon av både atomvåpen og reaktorbrensel. Effektivt fisjonstverrsnitt er 533 barn, fangstverrsnitt er 52 barn, nøytronutbytte: per fisjonshendelse - 2,54, per absorbert nøytron - 2,31. Den kritiske massen på 2 zzi er tre ganger mindre enn den kritiske massen på 2 35U (-16 kg). Intensiteten av spontan fisjon er 720 divisjoner/s kg.

Uran-233 dannes som et resultat av følgende forfall:

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

I industriell skala oppnås 2 zi fra 2 32Th ved bestråling med nøytroner:

Når et nøytron absorberes, deler 2 zzi-kjernen seg vanligvis, men fanger av og til et nøytron og blir til 2 34U. Selv om 2 zzi vanligvis deler seg etter å ha absorbert et nøytron, beholder det noen ganger et nøytron, og blir til 2 34U. Produksjonen av 2 zirer utføres i både hurtige og termiske reaktorer.

Fra et våpensynspunkt er 2 ZZI sammenlignbar med 2 39Pu: radioaktiviteten er 1/7 av aktiviteten til 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 liter mot 24100 liter for Pu), den kritiske massen på 2 zi er 60 % høyere enn den for ^Pu (16 kg mot 10 kg), og hastigheten for spontan fisjon er 20 ganger høyere (bth - ' kontra 310 10). Nøytronfluksen fra 2 zzi er tre ganger høyere enn for 2 39Pi. Å lage en atomladning basert på 2 zi krever mer innsats enn på ^Pi. Hovedhindringen er tilstedeværelsen av 232 U-urenheter i 2ZZI, hvis y-stråling av forfallsprosjekter gjør det vanskelig å jobbe med 2ZZI og gjør det enkelt å oppdage ferdige våpen. I tillegg gjør den korte halveringstiden på 2 3 2 U den til en aktiv kilde til alfapartikler. 2 zi med 1 % 232 og har tre ganger sterkere a-aktivitet enn plutonium av våpenkvalitet og følgelig større radiotoksisitet. Denne a-aktiviteten forårsaker dannelsen av nøytroner i de lette elementene i våpenladningen. For å minimere dette problemet, bør tilstedeværelsen av elementer som Be, B, F, Li være minimal. Tilstedeværelsen av en nøytronbakgrunn påvirker ikke driften av implosjonssystemer, men kanonkretser krever et høyt nivå av renhet for lette elementer. Innholdet av 23 2 U i våpenklasse 2-zis bør ikke overstige 5 deler per million (0,0005 %. ). I brenselet til termiske kraftreaktorer er tilstedeværelsen av 2 ikke skadelig, og til og med ønskelig, fordi det reduserer muligheten for å bruke uran til våpenformål 1+0,2 %.

Forfallet av 2 zi skjer i følgende retninger:

Et forfall i 22 9Th (sannsynlighet 10 %, forfallsenergi 4,909 MeV):

energien til utsendte yahr-partikler er 4,729 MeV (i 1,61 % av tilfellene), 4,784 MeV (i 13,2 % av tilfellene) og 4,824 MeV (i 84,4 % av tilfellene).

• - spontan deling (sannsynlighet
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (nedbrytningssannsynlighet mindre enn 1,3*10_13%):

Klyngeforfall med dannelsen av nuklidet 24 Ne (forfallssannsynlighet 7,3-10-“%):

Forfallskjeden på 2 zzi tilhører neptunium-serien.

Den spesifikke radioaktiviteten til 2 zi er 3,57-8 Bq/g, som tilsvarer a-aktivitet (og radiotoksisitet) på -15 % av plutonium. Bare 1 % 2 3 2 U øker radioaktiviteten til 212 mCi/g.

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

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

datter isotop i 2 z”th.

Typisk er 234 U i likevekt med 2 t 8 u, forfaller og dannes med samme hastighet. Omtrent halvparten av radioaktiviteten til naturlig uran kommer fra 234U. Vanligvis oppnås 234U ved ionebyttekromatografi av gamle preparater av rene 2 × 8 Pu. Under a-forfall gir *zRi 2 34U, så gamle preparater på 2 h 8 Ru er gode kilder til 2 34U. yuo g 238Pi inneholder etter et år 776 mg 2 34U, etter 3 år

2,2 g 2 34U. Konsentrasjonen av 2 34U i høyt anriket uran er ganske høy på grunn av preferanseanrikning med lette isotoper. Siden 2 34u er en sterk y-emitter, er det restriksjoner på konsentrasjonen i uran beregnet på prosessering til drivstoff. Økte nivåer av 234i er akseptable for reaktorer, men reprosessert brukt brensel inneholder allerede uakseptable nivåer av denne isotopen.

Forfallet til 234i skjer i følgende retninger:

A-forfall ved 2 3°Т (sannsynlighet 100 %, forfallsenergi 4,857 MeV):

energien til utsendte alfapartikler er 4,722 MeV (i 28,4 % av tilfellene) og 4,775 MeV (i 71,4 % av tilfellene).

• - spontan deling (sannsynlighet 1,73-10-9%).
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (sannsynlighet for forfall 1,4-10%, ifølge andre data 3,9-10%):

• - klyngeforfall med dannelse av nuklider 2 4Ne og 26 Ne (forfallssannsynlighet 9-10", 2%, ifølge andre data 2,3-10_11%):

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

Absorpsjonstverrsnittet av 2 34U termiske nøytroner er 100 barn, og for resonansintegralen gjennomsnittlig over ulike mellomliggende nøytroner er det 700 barn. Derfor blir det i termiske nøytronreaktorer omdannet til spaltbart 235U med en raskere hastighet enn den mye større mengden 238U (med et tverrsnitt på 2,7 barn) omdannes til 2 39Ru. Som et resultat inneholder brukt brensel mindre 2 34U enn ferskt brensel.

Uran-235 tilhører 4P+3-familien, i stand til å produsere en fisjonskjedereaksjon. Dette er den første isotopen der reaksjonen av tvungen kjernefysisk fisjon under påvirkning av nøytroner ble oppdaget. Ved å absorbere et nøytron blir 235U 2 zbi, som er delt i to deler, frigjør energi og sender ut flere nøytroner. Spaltbar av nøytroner av enhver energi og i stand til spontan fisjon, er isotopen 2 35U en del av 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 fisjonshastighet 2 3su 0,16 fisjon/s kg. Når én 2 35U kjernefisjonering frigjøres 200 MeV energi = 3.210 p J, dvs. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Tverrsnittet av fisjon av termiske nøytroner er 545 fjøs, og ved raske nøytroner - 1,22 fjøs, nøytronutbytte: per fisjonshandling - 2,5, per absorbert nøytron - 2,08.

Kommentar. Tverrsnittet for langsom nøytronfangst for å produsere isotopen 2 sii (oo barn), slik at det totale tverrsnittet for sakte nøytronabsorpsjon er 645 barn.

• - spontan fisjon (sannsynlighet 7*10~9%);
• - klyngeforfall med dannelse av nuklider 2 °Ne, 2 5Ne og 28 Mg (sannsynlighetene er henholdsvis 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Ris. 1.

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

Spesifikk aktivitet 2 35C 7,77-4 Bq/g. Den kritiske massen av våpenkvalitetsuran (93,5% 2 35U) for en ball med reflektor er 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U brukes i atomvåpen, til energiproduksjon og til syntese av viktige aktinider. Kjedereaksjonen opprettholdes av overskuddet av nøytroner som produseres under fisjon av 2 35C.

Uran-236 finnes naturlig på jorden i spormengder (det er mer av det på månen), a-emitter (?

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

I en atomreaktor absorberer 2 sz et termisk nøytron, hvoretter det spalter med en sannsynlighet på 82 %, og med en sannsynlighet på 18 % avgir det et y-kvante og blir til 2 sb og (for 100 spaltede kjerner 2 35U der er 22 dannede kjerner 2 3 6 U) . I små mengder er det en del av ferskt drivstoff; akkumuleres når uran bestråles med nøytroner i en reaktor, og brukes derfor som "signalanordning" for brukt kjernebrensel. 2 hb og dannes som et biprodukt under separasjon av isotoper ved gassdiffusjon under regenerering av brukt kjernebrensel. 236 U er en nøytrongift som dannes i en kraftreaktor, og dens tilstedeværelse i kjernebrensel kompenseres for av et høyt anrikningsnivå på 2 35 U.

2 z b og brukes som sporstoff for blanding av havvann.

Uran-237,T&= 6,75 dager, beta- og gamma-emitter, kan oppnås fra kjernefysiske reaksjoner:

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

237U brukes i radiotracer-metoden i kjemisk forskning. Måling av konsentrasjonen (2-4°Am) i nedfall fra atomvåpenprøver gir verdifull informasjon om typen ladning og utstyret som brukes.

Uran-238- tilhører 4P+2-familien, er spaltbar av høyenerginøytroner (mer enn 1,1 MeV), i stand til spontan fisjon, danner grunnlaget for naturlig uran (99,27%), a-emitter, 7’; /2=4>468-109 år, henfaller direkte til 2 34Th, danner en rekke genetisk beslektede radionuklider, og blir etter 18 produkter til 206 Рb. Pure 2 3 8 U har en spesifikk radioaktivitet på 1,22-104 Bq. Halveringstiden er veldig lang - ca 10 16 år, så sannsynligheten for fisjon i forhold til hovedprosessen - utslippet av en alfapartikkel - er bare 10" 7. Ett kilo uran gir kun 10 spontane fisjoninger i sekundet, og i løpet av samme tid avgir alfapartikler 20 millioner kjerner: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, datter. T,/ 2 = 2 :Jeg 4 Th.

Uran-238 dannes som et resultat av følgende forfall:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Blant de sekundære mineralene er hydratisert kalsiumuranylfosfat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 vanlig. Ofte er uran i mineraler ledsaget av andre nyttige elementer - titan , tantal, sjeldne jordarter. Derfor er det naturlig å tilstrebe kompleks bearbeiding av uranholdige malmer.

Grunnleggende fysiske egenskaper av uran: atommasse 238,0289 amu. (g/mol); atomradius 138 pm (1 pm = 12 m); ioniseringsenergi (første elektron 7,11 eV; elektronisk konfigurasjon -5f36d‘7s 2; oksidasjonstilstander 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t 1=3818°; tetthet 19,05; spesifikk varmekapasitet 0,115 JDKmol); strekkfasthet 450 MPa, smeltevarme 12,6 kJ/mol, fordampningsvarme 417 kJ/mol, spesifikk varme 0,115 J/(mol-K); molvolum 12,5 cm3/mol; karakteristikk Debye temperatur © D =200K, temperatur for overgang til superledende tilstand ca.68K.

Uran er et tungt, sølvhvitt, skinnende metall. Den er litt mykere enn stål, formbar, fleksibel, har små paramagnetiske egenskaper og er pyrofor i pulverform. Uran har tre allotropiske former: alfa (ortorombisk, a-U, gitterparametere 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil opp til 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil fra 667,7 til 774,8°), gamma (med et kubisk kroppssentrert gitter, y-U, eksisterende fra 774,8° til smeltepunkter, frm= ii34 0), hvor uran er mest formbart og praktisk for prosessering.

Ved romtemperatur er den ortorhombiske a-fasen stabil den prismatiske strukturen består av bølgete atomlag parallelt med planet ABC, i et ekstremt asymmetrisk prismatisk gitter. Innenfor lag er atomer tett forbundet, mens styrken på bindinger mellom atomer i tilstøtende lag er mye svakere (Figur 4). Denne anisotrope strukturen gjør det vanskelig å legere uran med andre metaller. Bare molybden og niob lager fastfaselegeringer med uran. Imidlertid kan uranmetall samhandle med mange legeringer og danne intermetalliske forbindelser.

I området 668^775° er det (3-uran. Den tetragonale typen gitter har en lagdelt struktur med lag parallelt med planet ab i posisjonene 1/4С, 1/2 Med og 3/4C av enhetscellen. Ved temperaturer over 775° dannes y-uran med et kroppssentrert kubisk gitter. Tilsetningen av molybden gjør at y-fasen kan være tilstede ved romtemperatur. Molybden danner et bredt spekter av faste løsninger med y-uran og stabiliserer y-fasen ved romtemperatur. y-uran er mye mykere og mer formbart enn de sprø a- og (3-fasene.

Nøytronbestråling har en betydelig innvirkning på de fysiske og mekaniske egenskapene til uran, noe som forårsaker en økning i størrelsen på prøven, en endring i form, samt en kraftig forringelse av de mekaniske egenskapene (krypning, sprøhet) til uranblokker under drift av en atomreaktor. Økningen i volum skyldes akkumulering i uran under fisjon av urenheter av grunnstoffer med lavere tetthet (oversettelse 1% uran til fragmenteringselementer øker volumet med 3,4 %).

Ris. 4. Noen krystallstrukturer av uran: a - a-uran, b - p-uran.

De vanligste metodene for å oppnå uran i metallisk tilstand er reduksjon av deres fluorider med alkali- eller jordalkalimetaller eller elektrolyse av smeltede salter. Uran kan også oppnås ved metallotermisk reduksjon fra karbider med wolfram eller tantal.

Evnen til lett å gi fra seg elektroner bestemmer de reduserende egenskapene til uran og dets større kjemiske aktivitet. Uran kan samhandle med nesten alle grunnstoffer unntatt edelgasser, og får oksidasjonstilstander +2, +3, +4, +5, +6. I løsning er hovedvalensen 6+.

Metallisk uran oksiderer raskt i luft og er dekket med en iriserende film av oksid. Fint uranpulver antennes spontant i luft (ved temperaturer på 1504-175°), danner og;) Ov. Ved 1000° kombineres uran med nitrogen og danner gult urannitrid. Vann kan reagere med metall, sakte ved lave temperaturer og raskt ved høye temperaturer. Uran reagerer voldsomt med kokende vann og damp for å frigjøre hydrogen, som danner et hydrid med uran

Denne reaksjonen er mer energisk enn forbrenning av uran i oksygen. Denne kjemiske aktiviteten til uran gjør det nødvendig å beskytte uran i atomreaktorer fra kontakt med vann.

Uran løses opp i saltsyre, salpetersyre og andre syrer og danner U(IV)-salter, men interagerer ikke med alkalier. Uran fortrenger hydrogen fra uorganiske syrer og saltløsninger av metaller som kvikksølv, sølv, kobber, tinn, platina og gull. Når de ristes kraftig, begynner metallpartiklene av uran å gløde.

De strukturelle egenskapene til elektronskallene til uranatomet (tilstedeværelsen av ^/-elektroner) og noen av dets fysisk-kjemiske egenskaper tjener som grunnlag for å klassifisere uran som et medlem av aktinidserien. Det er imidlertid en kjemisk analogi mellom uran og Cr, Mo og W. Uran er svært reaktivt og reagerer med alle grunnstoffer unntatt edelgasser. I fast fase er eksempler på U(VI) uranyltrioksid U0 3 og uranylklorid U0 2 C1 2. Urantetraklorid UC1 4 og urandioksyd U0 2

Eksempler på U(IV). Stoffer som inneholder U(IV) er vanligvis ustabile og blir seksverdige når de utsettes for luft i lang tid.

Seks oksider er installert i uran-oksygensystemet: UO, U0 2, U 4 0 9 og 3 Ov, U0 3. De er preget av et bredt spekter av homogenitet. U0 2 er et basisk oksid, mens U0 3 er amfotert. U0 3 - interagerer med vann og danner en rekke hydrater, hvorav de viktigste er diuransyre H 2 U 2 0 7 og uransyre H 2 1U 4. Med alkalier danner U0 3 salter av disse syrene - uranater. Når U0 3 er oppløst i syrer, dannes det salter av det dobbeltladede uranylkation U0 2 a+.

Urandioksyd, U0 2, med støkiometrisk sammensetning er brunt. Når oksygeninnholdet i oksidet øker, endres fargen fra mørkebrun til svart. Krystallstruktur av CaF 2-typen, EN = 0,547 nm; tetthet 10,96 g/cm"* (den høyeste tettheten blant uranoksider). T , pl =2875 0, Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Urandioksid er en halvleder med hullledningsevne og en sterk paramagnetisk. MPC = o,015 mg/m3. Uløselig i vann. Ved en temperatur på -200° tilfører den oksygen, og når sammensetningen U02>25.

Uran (IV) oksid kan fremstilles ved følgende reaksjoner:

Urandioksyd viser bare basiske egenskaper det tilsvarer det basiske hydroksydet U(OH) 4, som deretter omdannes til hydratisert hydroksyd U0 2 H 2 0. Urandioksyd oppløses sakte i sterke ikke-oksiderende syrer i fravær av atmosfærisk oksygen; dannelse av III + ioner:

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

Det er løselig i konsentrerte syrer, og oppløsningshastigheten kan økes betydelig ved å tilsette fluorion.

Når det er oppløst i salpetersyre, oppstår dannelsen av uranylion 1O 2 2+:

Triuran oktaoksid U 3 0s (uran oksid) er et pulver hvis farge varierer fra svart til mørkegrønn; når den er sterkt knust, blir den olivengrønn i fargen. Store svarte krystaller etterlater grønne striper på porselenet. Tre krystallmodifikasjoner av U30 er kjent h: a-U3C>8 - rombisk krystallstruktur (romgruppe C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = 0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - rombisk krystallstruktur (romgruppe Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Begynnelsen av dekomponering er oooo° (overganger til 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U3C>8 kan oppnås ved reaksjonen:

Ved kalsinering 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 oksygenatmosfære ( p = 150+750 mmHg) oppnå støkiometrisk ren U 3 08.

Når U 3 0s kalsineres ved T>oooo° reduseres den til 10 2 , men ved avkjøling i luft går den tilbake til U 3 0s. U 3 0e løses kun i konsentrerte sterke syrer. I saltsyre og svovelsyre dannes en blanding av U(IV) og U(VI), og i salpetersyre - uranylnitrat. Fortynnede svovelsyrer og saltsyrer reagerer svært svakt med U 3 Os selv når de varmes opp, øker oppløsningshastigheten kraftig. Konsentrert H2S04 løser U3Os for å danne U(S04)2 og U02S04. Salpetersyre løser opp U 3 Oe og danner uranylnitrat.

Urantrioksid, U0 3 - en krystallinsk eller amorf substans med lys gul farge. Reagerer med vann. MPC = 0,075 mg/m3.

Det oppnås ved å kalsinere ammoniumpolyuranater, uraniumperoksid, uranyloksalat ved 300-500° og uranylnitratheksahydrat. Dette produserer et oransje pulver med en amorf struktur med en tetthet

6,8 g/cmz. Den krystallinske formen av IU 3 kan oppnås ved oksidasjon av U 3 0 8 ved temperaturer på 450°h-750°C i en strøm av oksygen. Det er seks krystallinske modifikasjoner av U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 er hygroskopisk og blir i fuktig luft til uranylhydroksid. Dens oppvarming ved 520°-^6oo° gir en sammensetningsforbindelse 1U 2>9, videre oppvarming til 6oo° gjør at man kan oppnå U 3 Os.

Hydrogen, ammoniakk, karbon, alkali og jordalkalimetaller reduserer U0 3 til U0 2. Ved passering av en blanding av gasser HF og NH 3 dannes UF 4. Ved høyere valens viser uran amfotere egenskaper. Ved eksponering for syrer U0 3 eller dets hydrater, dannes uranylsalter (U0 2 2+), farget gulgrønt:

De fleste uranylsalter er svært løselige i vann.

Når smeltet sammen med alkalier, danner U0 3 uransyresalter - MDKH-uranater:

Med alkaliske løsninger danner urantrioksid salter av polyuransyrer - polyuranater DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Uransyresalter er praktisk talt uløselige i vann.

De sure egenskapene til U(VI) er mindre uttalte enn de basiske.

Uran reagerer med fluor ved romtemperatur. Stabiliteten til høyere halogenider avtar fra fluorider til jodider. Fluoridene UF 3, U4F17, U2F9 og UF 4 er ikke-flyktige, og UFe er flyktige. De viktigste fluoridene er UF 4 og UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart i henhold til praksis:

Reaksjonen i et fluidisert sjikt utføres i henhold til ligningen:

Det er mulig å bruke fluoreringsmidler: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) eller CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranfluorid (1U) UF 4 ("grønt salt") er et blågrønnaktig til smaragdfarget pulver. G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8 = 1856 kJ/mol. Krystallstrukturen 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"; tetthet 6,72 g/cm3. UF 4 er en stabil, inaktiv, ikke-flyktig forbindelse, lite løselig i vann. Det beste løsningsmidlet for UF 4 er rykende perklorsyre HC10 4. Løses opp i oksiderende syrer for å danne et uranylsalt løses raskt i en varm løsning av Al(N0 3) 3 eller AlC1 3, samt i en løsning av borsyre surgjort med H 2 S0 4, HC10 4 eller HC1 for eksempel Fe3 +, Al3 + eller borsyre, bidrar også til oppløsningen av UF 4. Med fluorider av andre metaller danner det en rekke dårlig løselige dobbeltsalter (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, etc. NH. 4 UF 5 er av industriell betydning.

U(IV)fluorid er et mellomprodukt i preparatet

både UF6 og uranmetall.

UF 4 kan oppnås ved reaksjoner:

eller ved elektrolytisk reduksjon av uranylfluorid.

Uranheksafluorid UFe - ved romtemperatur, elfenbensfargede krystaller med høy brytningsindeks. Tetthet

5,09 g/cmz, tetthet av flytende UFe - 3,63 g/cmz. Flyktig forbindelse. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (under trykk). Det mettede damptrykket når atmosfæren ved 560°. Entalpi av formasjonen AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Krystallstrukturen er ortorombisk (romgruppe. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o,5207 nm; d 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015 mg/m3. Fra fast tilstand kan UF6 sublimere (sublimere) til en gass ved å omgå væskefasen over et bredt trykkområde. Sublimasjonsvarme ved 50 0 50 kJ/mg. Molekylet har ikke noe dipolmoment, så UF6 assosieres ikke. UFr-damp er en ideell gass.

Det oppnås ved virkningen av fluor på U-forbindelsen:

I tillegg til gassfasereaksjoner er det også væskefasereaksjoner

produsere UF6 ved å bruke halofluorider, for eksempel

Det er en måte å oppnå UF6 uten bruk av fluor - ved oksidasjon av UF 4:

UFe reagerer ikke med tørr luft, oksygen, nitrogen og C0 2, men ved kontakt med vann, selv spor av det, gjennomgår det hydrolyse:

Det samhandler med de fleste metaller og danner deres fluorider, noe som kompliserer metodene for lagring. Egnede karmaterialer for arbeid med UF6 er: ved oppvarming, Ni, Monel og Pt, i kulde - også Teflon, absolutt tørr kvarts og glass, kobber og aluminium. Ved temperaturer på 25-0°C danner det komplekse forbindelser med fluorider av alkalimetaller og sølv av typen 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Det løser seg godt i ulike organiske væsker, uorganiske syrer og alle halofluorider. Inert til tørk 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr er preget av reduksjonsreaksjoner med de fleste rene metaller. UF6 reagerer kraftig med hydrokarboner og andre organiske stoffer, slik at lukkede beholdere med UFe kan eksplodere. UF6 i området 25 -r100° danner komplekse salter med fluorider av alkalier og andre metaller. Denne egenskapen brukes i teknologi for selektiv utvinning av UF

Uranhydrider UH 2 og UH 3 inntar en mellomposisjon mellom saltlignende hydrider og hydrider av typen faste løsninger av hydrogen i metallet.

Når uran reagerer med nitrogen, dannes nitrider. Det er fire kjente faser i U-N-systemet: UN (urannitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p- U 2 N 3 og FN If90. Det er ikke mulig å oppnå sammensetningen UN 2 (dinitrid). Synteser av uranmononitride FN er pålitelige og godt kontrollerte, som best utføres direkte fra elementene. Urannitrider er pulveraktige stoffer, hvis farge varierer fra mørkegrå til grå; ser ut som metall. UN har en kubisk ansiktssentrert krystallstruktur, som NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, stabil i vakuum opp til 1700 0. Den fremstilles ved å reagere U- eller U-hydrid med N 2 eller NH 3 , dekomponering av høyere U-nitrider ved 1300° eller deres reduksjon med uranmetall. U 2 N 3 er kjent i to polymorfe modifikasjoner: kubisk a og heksagonal p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), frigjør N 2 i et vakuum over 8oo°. Det oppnås ved å redusere UN 2 med hydrogen. UN2-dinitrid syntetiseres ved å reagere U med N2 under høyt N2-trykk. Urannitrider er lett løselige i syrer og alkaliløsninger, men dekomponeres av smeltede alkalier.

Urannitrid oppnås ved to-trinns karbotermisk reduksjon av uranoksid:

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

Urannitrid av en sammensetning nær dinitrid, UN 2, kan oppnås ved å eksponere UF 4 for ammoniakk ved høy temperatur og trykk.

Uran dinitrid brytes ned ved oppvarming:

Urannitrid, anriket med 2 35 U, har en høyere fisjonstetthet, varmeledningsevne og smeltepunkt enn uranoksider - det tradisjonelle drivstoffet til moderne kraftreaktorer. Den har også gode mekaniske egenskaper og stabilitet overlegen tradisjonelle drivstoff. Derfor anses denne forbindelsen som et lovende grunnlag for kjernebrensel i raske nøytronreaktorer (generasjon IV kjernefysiske reaktorer).

Kommentar. Det er veldig nyttig å berike FN med '5N, fordi .4 N har en tendens til å fange nøytroner, og genererer den radioaktive isotopen 14 C gjennom (n,p)-reaksjonen.

Urankarbid UC 2 (?-fase) er en lysegrå krystallinsk substans med metallisk glans. I U-C-systemet (urankarbider) er det UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - urankarbider. Urandikarbid UC 2 kan oppnås ved reaksjonene:

U + 2C^UC 2 (54v)

Urankarbider brukes som drivstoff til atomreaktorer de er lovende som drivstoff for romrakettmotorer.

Uranylnitrat, uranylnitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Rollen til metallet i dette saltet spilles av uranyl 2+ kation. Gule krystaller med en grønnaktig fargetone, lett løselig i vann. En vandig løsning er sur. Løselig i etanol, aceton og eter, uløselig i benzen, toluen og kloroform. Ved oppvarming smelter krystallene og frigjør HN0 3 og H 2 0. Krystallinsk hydrat fordampes lett i luft. En karakteristisk reaksjon er at det under påvirkning av NH 3 dannes et gult bunnfall av ammoniumuran.

Uran er i stand til å danne metallorganiske forbindelser. Eksempler er cyklopentadienylderivater med sammensetningen U(C 5H 5) 4 og deres halogensubstituerte u(C 5 H 5) 3 G eller u(C 5 H 5) 2 G 2.

I vandige løsninger er uran mest stabil i oksidasjonstilstanden U(VI) i form av uranylionet U0 2 2+. I mindre grad er det preget av U(IV)-tilstanden, men det kan til og med forekomme i U(III)-form. Oksydasjonstilstanden til U(V) kan eksistere som IO2+-ionet, men denne tilstanden observeres sjelden på grunn av dens tendens til disproporsjonering og hydrolyse.

I nøytrale og sure løsninger finnes U(VI) i form av U0 2 2+ - et gult uranylion. Godt løselige uranylsalter inkluderer nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, klorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Disse saltene frigjøres fra løsninger i form av krystallinske hydrater med forskjellig antall vannmolekyler. Lite løselige uranylsalter er: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfater U0 2 HP0., og UO2P2O4, ammoniumuranylfosfat UO2NH4PO4, natriumuranylvanadat NaU0 2 V0 4, ferrocyanid) (ferrocyanid). Uranylionet er preget av en tendens til å danne komplekse forbindelser. Således er komplekser med fluorioner av -, 4- typen kjent; nitratkomplekser og 2 *; svovelsyrekomplekser 2 " og 4-; karbonatkomplekser 4 " og 2 " osv. Når alkalier virker på løsninger av uranylsalter, frigjøres tungtløselige utfellinger av diuranater av typen Me 2 U 2 0 7 (monouranater Me 2 U0 4). er ikke isolert fra løsninger, er de oppnådd ved fusjon av uranoksider med alkalier. Me 2 U n 0 3 n+i er kjent (for eksempel Na 2 U60i 9).

U(VI) reduseres i sure løsninger til U(IV) av jern, sink, aluminium, natriumhydrosulfitt og natriumamalgam. Løsningene er farget grønne. Alkalier utfeller fra dem hydroksyd U0 2 (0H) 2, flussyre - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalsyre - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. U 4+-ionet har en tendens til å danner komplekser mindre enn uranylioner.

Uran (IV) i løsning er i form av U 4+ ioner, som er sterkt hydrolysert og hydrert:

I sure løsninger undertrykkes hydrolyse.

Uran (VI) i løsning danner uranyloksokasjonen - U0 2 2+ Det er kjent mange 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, etc.

Ved hydrolyse av uranylion dannes en rekke multinukleære komplekser:

Ved ytterligere hydrolyse oppstår U 3 0s(OH) 2 og deretter U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

For kvalitativ påvisning av uran brukes metoder for kjemiske, luminescerende, radiometriske og spektrale analyser. Kjemiske metoder er hovedsakelig basert på dannelsen av fargede forbindelser (for eksempel rød-brun farge på en forbindelse med ferrocyanid, gul med hydrogenperoksid, blå med arsenazo-reagens). Den luminescerende metoden er basert på evnen til mange uranforbindelser til å produsere en gulaktig-grønnaktig glød når de utsettes for UV-stråler.

Kvantitativ bestemmelse av uran utføres ved ulike metoder. De viktigste av dem er: volumetriske metoder, bestående av reduksjon av U(VI) til U(IV) etterfulgt av titrering med løsninger av oksidasjonsmidler; gravimetriske metoder - utfelling av uranater, peroksid, U(IV) cupferranater, hydroksykinolat, oksalat, etc. etterfulgt av kalsinering ved 00° og veiing U 3 0s; polarografiske metoder i nitratløsning gjør det mulig å bestemme 10*7-g10-9 g uran; tallrike kolorimetriske metoder (for eksempel med H 2 0 2 i et alkalisk medium, med arsenazo-reagenset i nærvær av EDTA, med dibenzoylmetan, i form av et tiocyanatkompleks, etc.); selvlysende metode, som gjør det mulig å bestemme når smeltet med NaF til Yu 11 g uran.

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