תוכן המאמר

אוּרָנוּס, U (אורניום), יסוד כימי מתכת ממשפחת האקטינידים, הכולל Ac, Th, Pa, U ואלמנטים טרנסאורניום (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). האורניום זכה לגדולה בשל השימוש בו בנשק גרעיני ובכוח גרעיני. תחמוצות אורניום משמשות גם לצביעת זכוכית וקרמיקה.

להיות בטבע.

תכולת האורניום בקרום כדור הארץ היא 0.003%, והיא מצויה בשכבת פני האדמה בצורה של ארבעה סוגי משקעים. ראשית, אלו הם ורידים של אורניניט, או זפת אורניום (אורניום דו חמצני UO 2), עשירים מאוד באורניום, אך נדירים. הם מלווים במרבצי רדיום, שכן רדיום הוא תוצר ישיר של ריקבון איזוטופי של אורניום. ורידים כאלה נמצאים בזאיר, קנדה (אגם הדוב הגדול), צ'כיה וצרפת. המקור השני לאורניום הוא קונגלומרטים של תוריום ו עפרות אורניוםיחד עם עפרות של מינרלים חשובים אחרים. קונגלומרטים מכילים בדרך כלל כמויות מספיקות של זהב וכסף כדי להחזיר אותם, כאשר אורניום ותוריום הם יסודות הקשורים. מרבצים גדולים של עפרות אלה נמצאים בקנדה, דרום אפריקה, רוסיה ואוסטרליה. המקור השלישי לאורניום הוא סלעי משקע ואבני חול העשירים במינרל קרנוט (אשלגן אורניל ונדאט), המכיל, בנוסף לאורניום, כמות משמעותית של ונדיום ויסודות נוספים. עפרות כאלה נמצאות במדינות המערביות של ארצות הברית. פצלי ברזל-אורניום ועפרות פוספט מהווים מקור רביעי למשקעים. מרבצים עשירים נמצאים בפצלי שבדיה. כמה עפרות פוספט במרוקו ובארצות הברית מכילות כמויות משמעותיות של אורניום, ומרבצי פוספט באנגולה וברפובליקה המרכז אפריקאית עשירים אף יותר באורניום. רוב הליניטים וכמה גחלים מכילים בדרך כלל זיהומי אורניום. מרבצי ליגניט עשירים באורניום נמצאו בצפון ובדרום דקוטה (ארה"ב) ופחמים ביטומניים בספרד ובצ'כיה.

פְּתִיחָה.

אורנוס התגלה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מ. קלפרות', שקרא ליסוד לכבוד גילוי כוכב הלכת אורנוס 8 שנים קודם לכן. (קלפרות' היה הכימאי המוביל בתקופתו; הוא גילה גם יסודות נוספים, כולל Ce, Ti ו-Zr.) למעשה, החומר שהתקבל לא היה אורניום יסודי, אלא צורה מחומצנת שלו, ואורניום יסודי הושג לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי E. .Peligo בשנת 1841. מרגע הגילוי ועד המאה ה-20. לאורניום לא הייתה המשמעות שיש לו עכשיו, אם כי רבים ממנו תכונות גשמיות, ו מסה אטומיתוצפיפות נקבעה. בשנת 1896 קבע א.בקרל שלמלחי אורניום יש קרינה המאירה לוח צילום בחושך. תגלית זו הפעילה כימאים למחקר בתחום הרדיואקטיביות ובשנת 1898 בודדו הפיזיקאים הצרפתים פ.קיורי ומ. סקלודאבסקה-קירי מלחים. יסודות רדיואקטיבייםפולוניום ורדיום, ו-E. Rutherford, F. Soddy, K. Fajans ומדענים אחרים פיתחו את התיאוריה של ריקבון רדיואקטיבי, שהניחה את היסודות של כימיה גרעינית מודרנית ואנרגיה גרעינית.

שימושים ראשונים באורניום.

למרות שהרדיואקטיביות של מלחי האורניום הייתה ידועה, עפרותיו בשליש הראשון של מאה זו שימשו רק להשגת רדיום נלווה, והאורניום נחשב לתוצר לוואי לא רצוי. השימוש בו התרכז בעיקר בטכנולוגיה קרמית ומטלורגיה; תחמוצות אורניום היו בשימוש נרחב לצביעת זכוכית בצבעים הנעים בין צהוב חיוור לירוק כהה, מה שתרם לפיתוח ייצור זכוכית זול. כיום, מוצרים מתעשיות אלו מזוהים כפלורסנטים תחת קרניים אולטרה סגולות. במהלך מלחמת העולם הראשונה וזמן קצר לאחר מכן, אורניום בצורת קרביד שימש לייצור פלדות כלי עבודה, בדומה ל-Mo ו-W; 4–8% אורניום החליף טונגסטן, שייצורו היה מוגבל באותה תקופה. כדי להשיג פלדות כלי עבודה בשנים 1914–1926, יוצרו מדי שנה כמה טונות של פרורניום המכילים עד 30% (מסה) U. עם זאת, שימוש זה באורניום לא נמשך זמן רב.

שימושים מודרניים באורניום.

תעשיית האורניום החלה להתגבש בשנת 1939, כאשר בוצע ביקוע איזוטופ האורניום 235 U, שהוביל ליישום טכני של תגובות שרשרת מבוקרות של ביקוע אורניום בדצמבר 1942. זו הייתה הולדת עידן האטום. , כאשר האורניום הפך מיסוד חסר חשיבות לאחד המרכיבים הגדולים ביותר אלמנטים חשוביםבחיי החברה. החשיבות הצבאית של האורניום לייצור פצצת האטום והשימוש בו כדלק בכורים גרעיניים גרמו לגידול בביקוש לאורניום מבחינה אסטרונומית. הכרונולוגיה של הגידול בביקוש לאורניום בהתבסס על ההיסטוריה של משקעים באגם הדובים הגדול (קנדה) היא מעניינת. בשנת 1930 התגלתה באגם זה תערובת שרף, תערובת של תחמוצות אורניום, ובשנת 1932 הוקמה באזור זה טכנולוגיית טיהור רדיום. מכל טון עפרה (שרף בלנד) התקבלו 1 גרם רדיום וכחצי טון תוצר לוואי, תרכיז אורניום. עם זאת, היה מעט רדיום והכרייה שלו הופסקה. מ-1940 עד 1942 חודש הפיתוח והחלה משלוח עפרות אורניום לארצות הברית. בשנת 1949, טיהור אורניום דומה, עם כמה שיפורים, שימש לייצור UO 2 טהור. ייצור זה גדל והוא כיום אחד ממתקני ייצור האורניום הגדולים ביותר.

נכסים.

אורניום הוא אחד היסודות הכבדים ביותר שנמצאים בטבע. מתכת טהורה היא צפופה מאוד, רקיעה, אלקטרופוזיטיבית עם מוליכות חשמלית נמוכה ותגובתית גבוהה.

לאורניום יש שלושה שינויים אלוטרופיים: א-אורניום (סריג קריסטל אורתורומבי), קיים בטווח שבין טמפרטורת החדר ל-668 מעלות צלזיוס; ב-אורניום (סריג גביש מורכב מסוג טטראגונל), יציב בטווח של 668-774 מעלות צלזיוס; ז-אורניום (סריג גביש מעוקב במרכז הגוף), יציב מ-774 מעלות צלזיוס עד לנקודת ההיתוך (1132 מעלות צלזיוס). מכיוון שכל האיזוטופים של האורניום אינם יציבים, כל התרכובות שלו מפגינות רדיואקטיביות.

איזוטופים של אורניום

238 U, 235 U, 234 U מתרחשים בטבע ביחס של 99.3:0.7:0.0058, ו-236 U מופיעים בכמויות עקבות. כל שאר האיזוטופים של אורניום מ-226 U עד 242 U מתקבלים באופן מלאכותי. האיזוטופ 235 U חשוב במיוחד. בהשפעת נויטרונים איטיים (תרמיים), הוא מתחלק ומשחרר אנרגיה עצומה. ביקוע מלא של 235 U מביא לשחרור "שווה ערך לאנרגיה תרמית" של 2H 10 7 קוט"ש שעה/ק"ג. הביקוע של 235 U יכול לשמש לא רק כדי לייצר כמויות גדולות של אנרגיה, אלא גם לסנתז יסודות אקטינידים חשובים אחרים. אורניום איזוטופ טבעי יכול לשמש בכורים גרעיניים לייצור נויטרונים המיוצרים על ידי ביקוע של 235 U, בעוד שעודף נויטרונים שלא נדרש על ידי תגובת השרשרת יכולים להיתפס על ידי איזוטופ טבעי אחר, וכתוצאה מכך לייצור פלוטוניום:

כאשר 238 U מופגז בניוטרונים מהירים, מתרחשות התגובות הבאות:

על פי תכנית זו, ניתן להמיר את האיזוטופ הנפוץ ביותר 238 U לפלוטוניום-239, אשר, כמו 235 U, מסוגל גם להתבקע בהשפעת נויטרונים איטיים.

כרגע התקבל מספר גדולאיזוטופים מלאכותיים של אורניום. ביניהם, 233 U בולט במיוחד מכיוון שהוא גם מתפצל בעת אינטראקציה עם נויטרונים איטיים.

כמה איזוטופים מלאכותיים אחרים של אורניום משמשים לעתים קרובות בתור נותבים רדיואקטיביים במחקר כימי ופיזיקלי; זה קודם כל ב- פולט 237 U ו א- פולט 232 U.

חיבורים.

לאורניום, מתכת מאוד תגובתית, יש מצבי חמצון מ-+3 עד +6, קרוב לבריליום בסדרת הפעילות, יוצר אינטראקציה עם כל הלא-מתכות ויוצר תרכובות בין-מתכתיות עם Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn ו-Zn. אורניום כתוש דק הוא תגובתי במיוחד ובטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס הוא נכנס לעתים קרובות לתגובות האופייניות לאורניום הידריד. גוש אורניום או שיבולים נשרפים בחום ב-700-1000 מעלות צלזיוס, ואדי אורניום נשרפים כבר ב-150-250 מעלות צלזיוס; אורניום מגיב עם HF ב-200-400 מעלות צלזיוס, ויוצר UF 4 ו-H 2 . אורניום מתמוסס לאט ב-HF מרוכז או H 2 SO 4 ו-85% H 3 PO 4 אפילו ב-90 מעלות צלזיוס, אך מגיב בקלות עם קונצרן. HCl ופחות פעיל עם HBr או HI. התגובות האקטיביות והמהירות ביותר של אורניום עם HNO 3 דליל ומרוכז מתרחשות עם היווצרות של חנקתי אורניל ( ראה למטה). בנוכחות HCl, אורניום מתמוסס במהירות פנימה חומצה אורגנית, יוצר מלחי U 4+ אורגניים. בהתאם לדרגת החמצון, אורניום יוצר מספר סוגי מלחים (החשובים ביניהם הם עם U 4+, אחד מהם UCl 4 הוא מלח ירוק מחומצן בקלות); מלחי אורניל (רדיקלי UO 2 2+) מסוג UO 2 (NO 3) 2 הם בצבע צהוב וקורנים ירוק. מלחי אורניל נוצרים על ידי המסת התחמוצת האמפוטרית UO 3 (צבע צהוב) בתווך חומצי. בסביבה בסיסית, UO 3 יוצר אורנאטים כגון Na 2 UO 4 או Na 2 U 2 O 7. התרכובת האחרונה ("אורניל צהוב") משמשת לייצור זיגוגי פורצלן ולייצור כוסות פלורסנט.

הלידי אורניום נחקרו בהרחבה בשנים 1940–1950, שכן הם שימשו לפיתוח שיטות להפרדת איזוטופים של אורניום עבור פצצת האטום או הכור הגרעיני. אורניום טריפלואור UF 3 הושג על ידי הפחתת UF 4 עם מימן, ואורניום טטרפלואוריד UF 4 הושג דרכים שונותעל ידי תגובות של HF עם תחמוצות כגון UO 3 או U 3 O 8 או על ידי הפחתה אלקטרוליטית של תרכובות אורניל. אורניום hexafluoride UF 6 מתקבל על ידי הפלרה של U או UF 4 עם פלואור אלמנטרי או על ידי פעולת חמצן על UF 4. Hexafluoride יוצר גבישים שקופים עם מקדם שבירה גבוה ב-64 מעלות צלזיוס (1137 מ"מ כספית); התרכובת נדיפה (בתנאים לחץ רגילמתנשא ב-56.54 מעלות צלזיוס). אורניום oxohalides, למשל, oxofluorides, יש הרכב UO 2 F 2 (אורניל פלואוריד), UOF 2 (אורניום אוקסיד דיפלואוריד).

אורנוס הוא כוכב הלכת השביעי ב מערכת השמשוענקית הגז השלישית. כוכב הלכת הוא השלישי בגודלו והרביעי בגודלו במסה, וקיבל את שמו לכבוד אביו של האל הרומי שבתאי.

בְּדִיוּק אוּרָנוּסהיה הכבוד להיות הכוכב הראשון שהתגלה בו היסטוריה מודרנית. עם זאת, במציאות, הגילוי הראשוני שלו ככוכב לכת לא התרחש בפועל. בשנת 1781, האסטרונום ויליאם הרשלתוך כדי התבוננות בכוכבים בקבוצת הכוכבים מזל תאומים, הוא הבחין בחפץ מסוים בצורת דיסק, אותו תיעד בתחילה כשביט, עליו דיווח לחברה המלכותית המדעית של אנגליה. עם זאת, מאוחר יותר תהה הרשל עצמו מהעובדה שמסלול האובייקט התברר כמעוגל כמעט ולא אליפטי, כפי שקורה בשביטים. רק כאשר תצפית זו אושרה על ידי אסטרונומים אחרים, הגיע הירשל למסקנה שהוא בעצם גילה כוכב לכת, לא כוכב שביט, והתגלית התקבלה לבסוף ברווחה.

לאחר שאישר את הנתונים שהעצם שהתגלה הוא כוכב לכת, קיבל הרשל את הפריבילגיה יוצאת הדופן לתת לו את שמו. ללא היסוס, האסטרונום בחר את שמו של מלך אנגליה ג'ורג' השלישי וקרא לכוכב הלכת Georgium Sidus, שפירושו "הכוכב של ג'ורג'". עם זאת, השם מעולם לא קיבל הכרה מדעית ו מדענים, לרוב,הגיע למסקנה שעדיף לדבוק במסורת מסוימת במתן שמות לכוכבי הלכת של מערכת השמש, כלומר לתת להם שמות לכבוד האלים הרומיים הקדומים. כך קיבל אורנוס את שמו המודרני.

נכון לעכשיו, המשימה הפלנטרית היחידה שהצליחה לאסוף מידע על אורנוס היא וויאג'ר 2.

פגישה זו, שהתקיימה ב-1986, אפשרה למדענים להשיג מספיק מספר גדול שלנתונים על כדור הארץ ולגלות תגליות רבות. חלליתשידר אלפי תצלומים של אורנוס, ירחיו וטבעותיו. למרות שתצלומים רבים של כוכב הלכת הראו מעט יותר מהצבע הכחול-ירוק שניתן היה לראות מטלסקופים קרקעיים, תמונות אחרות הראו נוכחות של עשרה ירחים שלא היו ידועים בעבר ושתי טבעות חדשות. לא מתוכננות משימות חדשות לאורנוס בעתיד הקרוב.

בשל הצבע הכחול הכהה של אורנוס, התברר שהרבה יותר קשה ליצור מודל אטמוספרי של כוכב הלכת מאשר מודלים של אותו או אפילו . למרבה המזל, תמונות מטלסקופ החלל האבל סיפקו תמונה רחבה יותר. יותר טכנולוגיות מודרניותההדמיות של הטלסקופ אפשרו להשיג תמונות מפורטות הרבה יותר מאלו של וויאג'ר 2. כך, הודות לצילומי האבל, ניתן היה לגלות שיש פסי רוחב על אורנוס, בדיוק כמו בענקי גז אחרים. בנוסף, מהירויות הרוח על הפלנטה יכולות להגיע ליותר מ-576 קמ"ש.

הוא האמין כי הסיבה להופעת אווירה מונוטונית היא הרכב השכבה העליונה שלה. שכבות העננים הנראות לעין מורכבות בעיקר מתאן, הסופג את אורכי הגל הנצפים הללו המקבילים לצבע האדום. לפיכך, הגלים המוחזרים מיוצגים כצבעים כחולים וירוקים.

מתחת לשכבה החיצונית הזו של מתאן, האטמוספירה מורכבת מכ-83% מימן (H2) ו-15% הליום, עם מעט מתאן ואצטילן. הרכב זה דומה לענקי גז אחרים במערכת השמש. עם זאת, האטמוספירה של אורנוס שונה באופן מדהים בצורה אחרת. בעוד שהאטמוספרות של צדק ושבתאי הן בעיקר גזיות, האטמוספירה של אורנוס מכילה הרבה עוד קרח. עדות לכך היא הטמפרטורות הנמוכות ביותר על פני השטח. בהתחשב בעובדה שטמפרטורת האטמוספירה של אורנוס מגיעה ל-224 מעלות צלזיוס, ניתן לקרוא לה האטמוספירה הקרה ביותר במערכת השמש. יתר על כן, נתונים זמינים מצביעים על קיצוניות כזו טמפרטורה נמוכהקיים כמעט על כל פני השטח של אורנוס, אפילו בצד שאינו מואר על ידי השמש.

אורנוס, על פי מדענים פלנטריים, מורכב משתי שכבות: הליבה והמעטפת. מודלים עדכניים מצביעים על כך שהליבה מורכבת בעיקר מסלע וקרח ומסתה בערך פי 55. מעטפת כוכב הלכת שוקלת 8.01 על 10 בחזקת 24 ק"ג, או כ-13.4 מסות כדור הארץ. בנוסף, המעטפת מורכבת ממים, אמוניה ושאר יסודות נדיפים. ההבדל העיקרי בין המעטפת של אורנוס וצדק ושבתאי הוא שהיא קפואה, אם כי לא במובן המסורתי של המילה. העובדה היא שהקרח חם ועבה מאוד, ועובי המעטפת הוא 5.111 ק"מ.

מה הדבר הכי מדהים בהרכבו של אורנוס ומה מבדיל אותו מענקי גז אחרים שלנו? מערכת כוכבים, הוא שהוא לא פולט יותר אנרגיה ממה שהוא מקבל מהשמש. בהתחשב בעובדה שאפילו, שהוא קרוב מאוד בגודלו לאורנוס, מייצר בערך פי 2.6 יותר חום ממה שהוא מקבל מהשמש, מדענים היום מאוד מסוקרנים מכוח חלש כזה שנוצר על ידי אורנוס. יש כרגע שני הסברים התופעה הזו. הראשון מצביע על כך שאורנוס נחשף לעצם חלל מסיבי בעבר, מה שגרם לכוכב הלכת לאבד הרבה מהחום הפנימי שלו (שנצבר במהלך היווצרותו) לחלל. התיאוריה השנייה קובעת שיש סוג של מחסום בתוך הפלנטה שלא מאפשר לחום הפנימי של הפלנטה לברוח אל פני השטח.

מסלול וסיבוב של אורנוס

עצם הגילוי של אורנוס אפשר למדענים להכפיל כמעט את הרדיוס של מערכת השמש הידועה. המשמעות היא שבממוצע מסלולו של אורנוס הוא כ-2.87 על 10 בחזקת 9 ק"מ. הסיבה למרחק כה עצום היא משך המעבר של קרינת השמש מהשמש לכוכב הלכת. אור השמש לוקח כשעתיים וארבעים דקות להגיע לאורנוס, שאורכו כמעט פי עשרים ממה שלוקח לאור השמש להגיע לכדור הארץ. המרחק העצום משפיע גם על אורך השנה באורנוס; הוא נמשך כמעט 84 שנות כדור הארץ.

האקסצנטריות המסלולית של אורנוס היא 0.0473, שהיא רק מעט פחות מזו של צדק - 0.0484. גורם זה הופך את אורנוס לרביעי מבין כל כוכבי הלכת במערכת השמש במונחים של מסלול מעגלי. הסיבה לאקסצנטריות כה קטנה של מסלולו של אורנוס היא שההבדל בין הפריהליון שלו של 2.74 x 10 בחזקת 9 ק"מ לבין האפליון שלו של 3.01 x 109 ק"מ הוא רק 2.71 x 10 בחזקת 8 ק"מ.

הנקודה המעניינת ביותר לגבי סיבובו של אורנוס היא מיקום הציר. העובדה היא שציר הסיבוב של כל כוכב לכת מלבד אורנוס ניצב בערך למישור המסלול שלהם, אבל הציר של אורנוס נוטה כמעט ב-98°, מה שאומר למעשה שאורנוס מסתובב על צדו. התוצאה של מיקום זה של ציר כוכב הלכת היא שהקוטב הצפוני של אורנוס נמצא על השמש במשך מחצית השנה הפלנטרית, והחצי השני נמצא בקוטב הדרומי של כוכב הלכת. במילים אחרות, שְׁעוֹת הַיוֹםעל חצי כדור אחד של אורנוס נמשך 42 שנות אדמה, וחיי הלילה בחצי הכדור השני זהים. מדענים מציינים שוב התנגשות עם גוף קוסמי ענק כסיבה לכך שאורנוס "הסתובב על צדו".

בהתחשב בעובדה שהטבעות הפופולריות ביותר במערכת השמש שלנו הרבה זמןהטבעות של שבתאי נשארו; הטבעות של אורנוס לא התגלו עד 1977. עם זאת, זו לא הסיבה היחידה; יש עוד שתי סיבות לגילוי מאוחר כל כך: המרחק של כוכב הלכת מכדור הארץ והרפלקטיביות הנמוכה של הטבעות עצמן. ב-1986 הצליחה החללית וויאג'ר 2 לקבוע את נוכחותן של שתי טבעות נוספות על כוכב הלכת, בנוסף לאלו הידועות באותה תקופה. בשנת 2005, טלסקופ החלל האבל הבחין בשניים נוספים. כיום, מדענים פלנטריים יודעים על 13 טבעות של אורנוס, שהבהירה שבהן היא טבעת האפסילון.

הטבעות של אורנוס שונות מאלו של שבתאי כמעט בכל המובנים - מגודל החלקיקים ועד הרכב. ראשית, החלקיקים המרכיבים את הטבעות של שבתאי הם קטנים, בקוטר של קצת יותר ממטרים בודדים, בעוד שהטבעות של אורנוס מכילות גופים רבים בקוטר של עד עשרים מטרים. שנית, החלקיקים בטבעות שבתאי עשויים ברובם מקרח. הטבעות של אורנוס, לעומת זאת, מורכבות מקרח ואבק ופסולת משמעותיים.

ויליאם הרשל גילה את אורנוס רק בשנת 1781 מכיוון שכוכב הלכת היה עמום מכדי להיראות על ידי תרבויות עתיקות. הרשל עצמו האמין בתחילה שאורנוס הוא שביט, אך מאוחר יותר תיקן את דעתו והמדע אישר את מעמדו הפלנטרי של העצם. כך, אורנוס הפך לכוכב הלכת הראשון שהתגלה בהיסטוריה המודרנית. השם המקורי שהציע הרשל היה "הכוכב של ג'ורג'" - לכבודו של המלך ג'ורג' השלישי, אך הקהילה המדעית לא קיבלה זאת. השם "אורנוס" הוצע על ידי האסטרונום יוהאן בודה, לכבוד האל הרומי העתיק אורנוס.
אורנוס מסתובב על צירו אחת ל-17 שעות ו-14 דקות. כמו , כוכב הלכת מסתובב בכיוון לאחור, מנוגד לכיוון כדור הארץ וששת כוכבי הלכת האחרים.
מאמינים שהטיה יוצאת הדופן של הציר של אורנוס עלולה לגרום להתנגשות ענקית עם גוף קוסמי אחר. התיאוריה היא שכוכב לכת שכביכול בגודל של כדור הארץ התנגש בחדות באורנוס, שהזיז את צירו בכמעט 90 מעלות.
מהירויות הרוח באורנוס יכולות להגיע עד 900 ק"מ לשעה.
לאורנוס יש מסה של בערך פי 14.5 מהמסה של כדור הארץ, מה שהופך אותו לקל ביותר מבין ארבע ענקי הגז של מערכת השמש שלנו.
אורנוס מכונה לעתים קרובות "ענק הקרח". בנוסף למימן והליום ב שכבה עליונה(כמו ענקי גז אחרים), גם לאורנוס יש מעטה קפואה המקיפה את ליבת הברזל שלו. האטמוספירה העליונה מורכבת מאמוניה וגבישי מתאן קפואים, המעניקים לאורנוס את צבעו הכחול הבהיר האופייני.
אורנוס הוא כוכב הלכת השני הכי פחות צפוף במערכת השמש, אחרי שבתאי.

אורניום הוא יסוד כימי ממשפחת האקטינידים עם מספר אטומי 92. זהו הדלק הגרעיני החשוב ביותר. ריכוזו בקרום כדור הארץ הוא כ-2 חלקים למיליון. מינרלים חשובים של אורניום כוללים תחמוצת אורניום (U 3 O 8), אוראניט (UO 2), קרנוט (אשלגן אורניל ונדאט), אוטניט (אשלגן אורניל פוספט) וטורברניט (אורניל פוספט נחושת מיים). עפרות אורניום אלו ואחרות הן מקורות לדלק גרעיני ומכילות פי כמה יותר אנרגיה מכל מרבצי הדלק המאובנים המוכרים. 1 ק"ג של אורניום 92 U מספק את אותה אנרגיה כמו 3 מיליון ק"ג של פחם.

היסטוריה של גילוי

יסוד כימיאורניום הוא מתכת צפופה וקשה בעלת צבע כסוף-לבן. הוא רקיע, ניתן לגימור וניתן לליטוש. באוויר מתכת מתחמצנת וכאשר היא נמעכת היא מתלקחת. מוליכה חשמל גרועה יחסית. הנוסחה האלקטרונית של אורניום היא 7s2 6d1 5f3.

למרות שהיסוד התגלה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מרטין היינריך קלפרוט, שקרא לו על שם כוכב הלכת אורנוס שהתגלה לאחרונה, המתכת עצמה בודדה בשנת 1841 על ידי הכימאי הצרפתי יוג'ין-מלכיור פליגוט על ידי הפחתת אורניום טטרכלוריד (UCl 4) עם אֶשׁלָגָן.

רדיואקטיבי

יצירת הטבלה המחזורית על ידי הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב בשנת 1869 מיקדה את תשומת הלב באורניום כיסוד הידוע הכבד ביותר, שנשאר עד לגילוי הנפטוניום בשנת 1940. בשנת 1896 גילה הפיזיקאי הצרפתי אנרי בקארל את תופעת הרדיואקטיביות בו. תכונה זו נמצאה מאוחר יותר בחומרים רבים אחרים. כיום ידוע שאורניום, רדיואקטיבי בכל האיזוטופים שלו, מורכב מתערובת של 238 U (99.27%, מחצית חיים - 4,510,000,000 שנים), 235 U (0.72%, מחצית חיים - 713,000,000 שנים) ו-2006 U (0. %, זמן מחצית חיים - 247,000 שנים). זה מאפשר, למשל, לקבוע את גילם של סלעים ומינרלים כדי לחקור תהליכים גיאולוגיים וגיל כדור הארץ. כדי לעשות זאת, הם מודדים את כמות העופרת, כלומר המוצר הסופיהתפרקות רדיואקטיבית של אורניום. במקרה זה, 238 U הוא האלמנט הראשוני, ו-234 U הוא אחד המוצרים. 235 U מולידה את סדרת ההתפרקות של אקטיניום.

גילוי של תגובת שרשרת

היסוד הכימי אורניום הפך לנושא לעניין נרחב ולמחקר אינטנסיבי לאחר שהכימאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן גילו בו ביקוע גרעיני בסוף 1938 כשהופגז בניוטרונים איטיים. בתחילת 1939, הפיזיקאי האמריקאי ממוצא איטלקי אנריקו פרמי הציע שבין תוצרי הביקוע האטומי יכולים להיות חלקיקים אלמנטריים המסוגלים ליצור תגובת שרשרת. בשנת 1939, הפיזיקאים האמריקאים ליאו סילארד והרברט אנדרסון, כמו גם הכימאי הצרפתי פרדריק ג'וליוט-קירי ועמיתיהם אישרו תחזית זו. מחקרים שלאחר מכן הראו שבממוצע משתחררים 2.5 נויטרונים בעת ביקוע אטום. תגליות אלו הובילו לתגובת השרשרת הגרעינית הראשונה המקיימת את עצמה (12/02/1942), הראשונה פצצת אטום(16/07/1945), השימוש הראשון בה במהלך פעולות צבאיות (08/06/1945), הצוללת הגרעינית הראשונה (1955) ותחנת הכוח הגרעינית הראשונה בקנה מידה מלא (1957).

מצבי חמצון

היסוד הכימי אורניום, בהיותו מתכת אלקטרו-חיובית חזקה, מגיב עם מים. זה מתמוסס בחומצות, אבל לא באלקליות. מצבי חמצון חשובים הם +4 (כמו בתחמוצת UO 2, טטרהאלידים כגון UCl 4 ויון המים הירוק U 4+) ו-+6 (כמו בתחמוצת UO 3, UF 6 hexafluoride ויון האורניל UO 2 2+ ). בתמיסה מימית, האורניום יציב ביותר בהרכב יון האורניל, בעל מבנה ליניארי [O = U = O] 2+. לאלמנט יש גם מצבים +3 ו-+5, אבל הם לא יציבים. Red U 3+ מתחמצן לאט במים, שאינם מכילים חמצן. הצבע של יון UO 2+ אינו ידוע מכיוון שהוא עובר חוסר פרופורציה (UO 2+ גם מופחת ל-U 4+ וגם מתחמצן ל-UO 2 2+) אפילו בתמיסות מדוללות מאוד.

דלק גרעיני

כאשר נחשפים לנייטרונים איטיים, מתרחש ביקוע של אטום האורניום באיזוטופ הנדיר יחסית 235 U. זהו החומר הבקיע היחיד הקיים באופן טבעי, ויש להפריד אותו מהאיזוטופ 238 U. עם זאת, לאחר ספיגה והתפרקות בטא שלילית, אורניום -238 הופך ליסוד הסינטטי פלוטוניום, שמתפצל בהשפעת נויטרונים איטיים. לכן, אורניום טבעי יכול לשמש בכורי ממירים ומגדלים, שבהם הביקוע נתמך על ידי 235 U נדירים ופלוטוניום מיוצר בו זמנית עם התמרה של 238 U. ניתן לסנתז את ה-233 U הבקע מהאיזוטופ הטבעי תוריום-232 הנפוץ ביותר לשימוש כדלק גרעיני. אורניום חשוב גם כחומר העיקרי ממנו מתקבלים יסודות טרנסאורניום סינתטיים.

שימושים אחרים באורניום

תרכובות של היסוד הכימי שימשו בעבר כצבעים לקרמיקה. Hexafluoride (UF 6) הוא מוצקעם יוצא דופן לחץ גבוהאדים (0.15 atm = 15,300 Pa) ב-25 מעלות צלזיוס. UF 6 הוא מאוד תגובתי מבחינה כימית, אך למרות אופיו המאכל במצב אדים, UF 6 נמצא בשימוש נרחב בשיטות דיפוזיה גזים וצנטריפוגות גז להפקת אורניום מועשר.

תרכובות אורגנו-מתכתיות הן קבוצה מעניינת וחשובה של תרכובות שבהן קשרי מתכת-פחמן מחברים את המתכת לקבוצות אורגניות. אורנוקן הוא תרכובת אורגנית U(C 8 H 8) 2 שבה אטום האורניום כרוך בין שתי שכבות של טבעות אורגניות הקשורות ל-cyclooctatetraene C 8 H 8. גילויו ב-1968 פתח תחום חדש של כימיה אורגנו-מתכתית.

אורניום טבעי מדולדל משמש כהגנה מפני קרינה, נטל, בפגזים חודרי שריון ושריון טנקים.

מִחזוּר

היסוד הכימי, למרות שהוא צפוף מאוד (19.1 גרם/סמ"ק), הוא חומר חלש יחסית ולא דליק. ואכן, נראה שהתכונות המתכתיות של האורניום מציבות אותו איפשהו בין כסף למתכות אמיתיות אחרות ולא-מתכות, ולכן הוא אינו משמש חומר בנייה. הערך העיקרי של האורניום טמון בתכונות הרדיואקטיביות של האיזוטופים שלו וביכולת הביקוע שלהם. בטבע, כמעט כל המתכת (99.27%) מורכבת מ-238 U. השאר הוא 235 U (0.72%) ו-234 U (0.006%). מבין האיזוטופים הטבעיים הללו, רק 235 U מבוקעים ישירות על ידי קרינת נויטרונים. עם זאת, כאשר הוא נספג, 238 U יוצר 239 U, אשר בסופו של דבר מתפרק ל-239 Pu, חומר בקיע בעל חשיבות רבהעבור אנרגיה גרעינית ונשק גרעיני. איזוטופ בקיע נוסף, 233 U, יכול להיווצר על ידי הקרנת נויטרונים של 232 Th.

נוצרים קריסטלים

המאפיינים של האורניום גורמים לו להגיב עם חמצן וחנקן גם בתנאים רגילים. עם עוד טמפרטורה גבוהההו הוא מגיב עם טווח רחבסגסוגת מתכות, יצירת תרכובות בין-מתכתיות. היווצרות תמיסות מוצקות עם מתכות אחרות נדירה בשל מבני הגביש המיוחדים שנוצרים על ידי אטומי היסוד. בין טמפרטורת החדר לנקודת ההיתוך של 1132 מעלות צלזיוס, מתכת אורניום קיימת ב-3 צורות גבישיות הידועות כאלפא (α), בטא (β) וגמא (γ). טרנספורמציה ממצב α ל-β מתרחשת ב-668 מעלות צלזיוס ומ-β ל-γ ב-775 מעלות צלזיוס. ל-γ-אורניום יש מבנה גבישי קוביות במרכז הגוף, בעוד של-β יש מבנה גבישי טטראגונלי. שלב α מורכב משכבות של אטומים במבנה אורתורומבי סימטרי ביותר. המבנה המעוות האניזוטרופי הזה מונע מאטומי מתכת מתכתים להחליף את אטומי האורניום או לכבוש את החלל ביניהם בסריג הגביש. נמצא שרק מוליבדן וניוביום יוצרים תמיסות מוצקות.

בֶּצֶר

קרום כדור הארץ מכיל כ-2 חלקים למיליון של אורניום, מה שמעיד על התרחשותו הנרחבת בטבע. לפי ההערכות, האוקיינוסים מכילים 4.5 × 10 9 טון של יסוד כימי זה. אורניום הוא מרכיב חשוב של יותר מ-150 מינרלים שונים ומרכיב מינורי של 50 נוספים. מינרלים ראשוניים המצויים בוורידים הידרותרמיים מגמטיים ובפגמטיטים כוללים אורניניט ו-pitchblende המשתנה שלו. בעפרות אלו היסוד מתרחש בצורה של דו חמצני, אשר עקב חמצון יכול לנוע בין UO 2 ל-UO 2.67. מוצרים נוספים בעלי משמעות כלכלית ממכרות אורניום הם אוטוניט (אורניל פוספט סידן מודר), טוברניט (אורניל פוספט נחושת מודר), קוביניט (סיליקט אורניום מולידה שחור) וקרנוטיט (אורניל ואשלגן מודר).

ההערכה היא שיותר מ-90% ממאגרי האורניום המוכרים בעלות נמוכה נמצאים באוסטרליה, קזחסטן, קנדה, רוסיה, דרום אפריקה, ניז'ר, נמיביה, ברזיל, סין, מונגוליה ואוזבקיסטן. מרבצים גדולים נמצאים בתצורות הסלע הקונגלומרט של אגם אליוט, הממוקם צפונית לאגם הורון באונטריו, קנדה, ובמכרה הזהב הדרום אפריקאי ויטוואטרסאנד. תצורות חול ברמת קולורדו ובאגן ויומינג במערב ארצות הברית מכילות גם עתודות אורניום משמעותיות.

הפקה

עפרות אורניום נמצאות הן במרבצים קרובים לפני השטח והן במרבצים עמוקים (300-1200 מ'). מתחת לאדמה, עובי התפר מגיע ל-30 מ'. כמו במקרה של עפרות מתכות אחרות, אורניום נכרה על פני השטח באמצעות ציוד חפירה גדול, ופיתוח מרבצים עמוקים מתבצע על ידי שיטות מסורתיותמוקשים אנכיים ונטויים. הייצור העולמי של תרכיז אורניום בשנת 2013 הסתכם ב-70 אלף טון. מכרות האורניום היצרניים ביותר נמצאים בקזחסטן (32% מכלל הייצור), קנדה, אוסטרליה, ניז'ר, נמיביה, אוזבקיסטן ורוסיה.

עפרות אורניום מכילות בדרך כלל רק כמויות קטנות של מינרלים המכילים אורניום ואינן ניתנות להתכה בשיטות פירומטלורגיות ישירות. במקום זאת, יש להשתמש בהליכים הידרו-מטלורגיים למיצוי וטיהור האורניום. הגדלת הריכוז מפחיתה משמעותית את העומס על מעגלי העיבוד, אך אף אחת משיטות ההטבה הקונבנציונליות הנפוצות לעיבוד מינרלים, כגון כוח משיכה, ציפה, אלקטרוסטטית ואפילו מיון ידני, איננה ישימה. למעט יוצאים מן הכלל, שיטות אלו מביאות לאובדן אורניום משמעותי.

שריפה

עיבוד הידרו-מטלורגי של עפרות אורניום קודם לעתים קרובות על ידי שלב סידוד בטמפרטורה גבוהה. השריפה מייבשת את החימר, מסירה חומרים פחמניים, מחמצנת תרכובות גופרית לסולפטים בלתי מזיקים, ומחמצנת כל חומר מפחית אחר שעלול להפריע לעיבוד הבא.

שטיפה

אורניום מופק מעפרות קלויות על ידי חומצי ובסיס תמיסות מימיות. כדי שכל מערכות השטיפה יתפקדו בהצלחה, היסוד הכימי חייב להיות נוכח בתחילה בצורה המשושה היציבה יותר או להתחמצן למצב זה במהלך העיבוד.

שטיפת חומצה מתבצעת בדרך כלל על ידי ערבוב של תערובת של עפרות ו-lixiviant במשך 4-48 שעות בשעה סביבה. למעט בנסיבות מיוחדות, משתמשים בחומצה גופרתית. הוא מסופק בכמויות מספיקות כדי להשיג את המשקאות הסופיים ב-pH של 1.5. תוכניות שטיפת חומצה גופרתית משתמשות בדרך כלל במנגן דו חמצני או בכלורט כדי לחמצן את U4+ ארבע ערכי לאוראניל משושה (UO22+). בדרך כלל, כ-5 ק"ג של מנגן דו-חמצני או 1.5 ק"ג של נתרן כלורט לטון מספיקים לחמצון U 4+. בכל מקרה, אורניום מחומצן מגיב עם חומצה גופרתית ויוצר את האניון המורכב של אורניל סולפט 4-.

עפרה המכילה כמויות משמעותיות של מינרלים חיוניים כמו קלציט או דולומיט שוטפת עם תמיסה מולרית של נתרן קרבונט בגודל 0.5-1. למרות שמגיבים שונים נחקרו ונבדקו, חומר החמצון העיקרי לאורניום הוא חמצן. בדרך כלל, עפר שוטף באוויר בשעה לחץ אטמוספריובטמפרטורה של 75-80 מעלות צלזיוס לפרק זמן שתלוי בספציפי תרכובת כימית. אלקלי מגיב עם אורניום ויוצר את היון המורכב המסיס בקלות 4-.

יש לברר פתרונות הנובעים משטיפה של חומצה או קרבונט לפני עיבוד נוסף. הפרדה בקנה מידה גדול של חרסיות ותמיסות עפרות אחרות מושגת באמצעות שימוש בחומרים יעילים להצקה, כולל פוליאקרילאמידים, גואר גאם ודבק בעלי חיים.

הוֹצָאָה

ניתן לספוג את היונים המורכבים 4 ו-4 מתמיסות שטיפת שרף חילופי היונים בהתאמה. שרפים מיוחדים אלה, המאופיינים בקינטיקה של ספיגה ואלוציה, גודל חלקיקים, יציבות ותכונות הידראוליות שלהם, יכולים לשמש ב טכנולוגיות שונותעיבוד, למשל במיטה קבועה ונעה, בשיטת שרף חילופי יונים בסל ועיסה רציפה. בדרך כלל, תמיסות של נתרן כלורי ואמוניה או חנקות משמשות להוצאת אורניום נספג.

ניתן לבודד אורניום משיכרי עפר חומציים על ידי מיצוי ממס. חומצות אלקיל-פוספוריות, כמו גם אלקילאמינים משניים ושלישוניים, משמשים בתעשייה. ככלל, מיצוי ממס מועדף על פני שיטות חילופי יונים עבור תסנני חומצה המכילים יותר מ-1 גרם/ליטר אורניום. עם זאת, שיטה זו אינה חלה על שטיפת קרבונט.

לאחר מכן מטהרים את האורניום על ידי המסה בחומצה חנקתית ליצירת חנקתי אורניל, מופק, מתגבש ומסייד ליצירת טריאוקסיד UO 3. דו-חמצני מופחת UO2 מגיב עם מימן פלואוריד ליצירת תטאפלואוריד UF4, שממנו מתכת אורניום מופחתת על ידי מגנזיום או סידן בטמפרטורה של 1300 מעלות צלזיוס.

ניתן להפליר טטרפלואוריד ב-350 מעלות צלזיוס ליצירת UF 6 hexafluoride, המשמש להפרדת אורניום-235 מועשר על ידי דיפוזיה גזית, צנטריפוגה של גז או דיפוזיה תרמית נוזלית.

המאמר מדבר על מתי התגלה היסוד הכימי אורניום ובאילו תעשיות נעשה שימוש בחומר זה בזמננו.

אורניום הוא יסוד כימי של תעשיות האנרגיה והצבא

בכל עת, אנשים ניסו למצוא מקורות אנרגיה יעילים ביותר, ובאופן אידיאלי, ליצור את מה שנקרא. למרבה הצער, חוסר האפשרות של קיומו הוכח תיאורטית והוצדק עוד במאה ה-19, אך מדענים עדיין לא איבדו תקווה לממש את החלום על סוג של מכשיר שיוכל לספק כמויות גדולות של אנרגיה "נקיה" לזמן ארוך מאוד.

זה התממש חלקית עם גילוי חומר כזה כמו אורניום. היסוד הכימי בשם זה היווה את הבסיס לפיתוח כורים גרעיניים, שבזמננו מספקים אנרגיה לערים שלמות, צוללות, ספינות קוטב וכו'. נכון, האנרגיה שלהם לא יכולה להיקרא "טהורה", אבל השנים האחרונותחברות רבות מפתחות "סוללות אטומיות" קומפקטיות המבוססות על טריטיום למכירה רחבה - אין להן חלקים נעים והן בטוחות לבריאות.

עם זאת, במאמר זה נבחן בפירוט את ההיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הנקרא אורניום ואת תגובת הביקוע של גרעיניו.

הַגדָרָה

אורניום הוא יסוד כימי שיש לו מספר אטומי 92 בטבלה המחזורית של מנדלייב. המסה האטומית שלו היא 238.029. זה מסומן על ידי הסמל U. בתנאים רגילים, זה מתכת צפופה וכבדה עם צבע כסוף. אם מדברים על הרדיואקטיביות שלו, אז האורניום עצמו הוא יסוד עם רדיואקטיביות חלשה. הוא גם אינו מכיל איזוטופים יציבים לחלוטין. והאיזוטופים היציבים ביותר מבין האיזוטופים הקיימים נחשבים לאורניום-338.

הבנו מהו האלמנט הזה, ועכשיו נסתכל על ההיסטוריה של גילויו.

כַּתָבָה

חומר כמו תחמוצת אורניום טבעית מוכר לאנשים עוד מימי קדם, ובעלי מלאכה קדומים השתמשו בו להכנת זיגוג, ששימש לכיסוי קרמיקה שונות לכלים אטומים למים ומוצרים אחרים, כמו גם עיטור שלהם.

תאריך חשוב בהיסטוריה של גילוי יסוד כימי זה היה 1789. זה היה אז כימאי והגרמני מלידה מרטין קלפרות' הצליח להשיג את האורניום המתכתי הראשון. והיסוד החדש קיבל את שמו לכבוד כוכב הלכת שהתגלה שמונה שנים קודם לכן.

במשך כמעט 50 שנה, האורניום שהושג באותה תקופה נחשב למתכת טהורה, אולם בשנת 1840 הצליח הכימאי הצרפתי יוג'ין-מלכיור פליגו להוכיח שהחומר שהושג על ידי קלפרוט, למרות מתאים סימנים חיצוניים, אינו מתכת כלל, אלא תחמוצת אורניום. קצת מאוחר יותר, אותו פליגו קיבל אורניום אמיתי - מאוד מתכת כבדה אפור. זה היה אז כי המשקל האטומי של חומר כזה כמו אורניום נקבע בפעם הראשונה. היסוד הכימי הוצב בשנת 1874 על ידי דמיטרי מנדלייב בטבלת היסודות המחזורית המפורסמת שלו, כאשר מנדלייב מכפיל את המשקל האטומי של החומר. ורק 12 שנים לאחר מכן הוכח בניסוי שהוא לא טעה בחישוביו.

רדיואקטיבי

אבל ההתעניינות הנרחבת באמת ביסוד זה בחוגים מדעיים החלה ב-1896, כשבקרל גילה את העובדה שאורניום פולט קרניים, שנקראו על שמו של החוקר - קרני בקוורל. מאוחר יותר, אחת המדעניות המפורסמות ביותר בתחום זה, מארי קירי, כינתה את התופעה הזו רדיואקטיבית.

התאריך החשוב הבא בחקר האורניום נחשב לשנת 1899: אז גילה רתרפורד שקרינת האורניום אינה הומוגנית ומחולקת לשני סוגים - קרני אלפא וביטא. שנה לאחר מכן גילה פול וילאר (וילארד) את הסוג השלישי והאחרון של קרינה רדיואקטיבית המוכרת לנו כיום – מה שנקרא קרני גמא.

שבע שנים מאוחר יותר, ב-1906, ערך רתרפורד, בהתבסס על תיאוריית הרדיואקטיביות שלו, את הניסויים הראשונים, שמטרתם הייתה לקבוע את גילם של מינרלים שונים. מחקרים אלו הניחו את היסוד, בין היתר, לגיבוש התיאוריה והפרקטיקה

ביקוע גרעיני של אורניום

אבל כנראה התגלית החשובה ביותר, שבזכותו החלה כרייה והעשרת אורניום נרחבת למטרות שלום וצבאיות כאחד, הוא תהליך הביקוע של גרעיני אורניום. זה קרה ב-1938, התגלית בוצעה על ידי הפיזיקאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן. מאוחר יותר, תיאוריה זו קיבלה אישור מדעי בעבודותיהם של עוד כמה פיזיקאים גרמנים.

המהות של המנגנון שהם גילו הייתה כדלקמן: אם מקרינים את גרעין האיזוטופ אורניום-235 בניוטרון, אז, לכידת נויטרון חופשי, הוא מתחיל להתבקע. וכפי שכולנו יודעים כעת, תהליך זה מלווה בשחרור של כמות עצומה של אנרגיה. זה קורה בעיקר בגלל אנרגיה קינטיתהקרינה עצמה ושברי גרעין. אז עכשיו אנחנו יודעים איך מתרחש ביקוע גרעיני אורניום.

גילוי מנגנון זה ותוצאותיו מהווה נקודת מוצא לשימוש באורניום למטרות שלום וצבאיות כאחד.

אם נדבר על השימוש בו למטרות צבאיות, אז בפעם הראשונה התיאוריה שאפשר ליצור תנאים לתהליך כזה כמו תגובה מתמשכת של ביקוע של גרעין האורניום (מאז לפיצוץ פצצה גרעיניתנדרשת אנרגיה עצומה), הוכיחו הפיזיקאים הסובייטים זלדוביץ' וקאריטון. אבל כדי ליצור תגובה כזו, יש להעשיר אורניום, שכן במצבו הרגיל אין לו את התכונות הדרושות.

הכרנו את ההיסטוריה של האלמנט הזה, עכשיו בואו נבין היכן הוא משמש.

יישומים וסוגים של איזוטופים של אורניום

לאחר גילוי תהליך כמו תגובת ביקוע השרשרת של אורניום, עמדו בפני הפיזיקאים השאלה היכן ניתן להשתמש בו?

נכון לעכשיו, ישנם שני אזורים עיקריים שבהם משתמשים באיזוטופים של אורניום. אלה הם תעשיית השלום (או האנרגיה) והצבא. גם הראשון וגם השני משתמשים בתגובה של איזוטופ אורניום-235, רק הספק המוצא שונה. במילים פשוטות, בכור גרעיני אין צורך ליצור ולתחזק את התהליך הזה באותו הכוח הנדרש לפיצוץ פצצה גרעינית.

אז, התעשיות העיקריות המשתמשות בתגובת ביקוע האורניום פורטו.

אבל השגת איזוטופ אורניום-235 היא משימה טכנולוגית מורכבת ויקרה בצורה יוצאת דופן, ולא כל מדינה יכולה להרשות לעצמה לבנות מפעלי העשרה. לדוגמה, כדי להשיג עשרים טונות של דלק אורניום, שבו תכולת האיזוטופ אורניום 235 תהיה בין 3-5%, יהיה צורך להעשיר יותר מ-153 טונות של אורניום טבעי, "גולמי".

האיזוטופ אורניום-238 משמש בעיקר בתכנון של נשק גרעיני כדי להגביר את כוחם. כמו כן, כאשר הוא לוכד נויטרון בתהליך של ריקבון בטא לאחר מכן, איזוטופ זה יכול להפוך בסופו של דבר לפלוטוניום-239, דלק נפוץ עבור רוב הכורים הגרעיניים המודרניים.

למרות כל החסרונות של כורים כאלה (עלות גבוהה, קושי בתחזוקה, סכנת תאונה), פעולתם משתלמת מהר מאוד, והם מפיקים יותר אנרגיה לאין ערוך מתחנות כוח תרמיות או הידרואלקטריות קלאסיות.

התגובה אפשרה גם יצירת נשק גרעיני הרס המוני. הוא מובחן בחוזקו העצום, בדחיסות היחסית ובעובדה שהוא מסוגל להפוך שטחי אדמה נרחבים לבלתי מתאימים למגורי אדם. נכון, נשק אטומי מודרני משתמש בפלוטוניום, לא באורניום.

אורניום מדולל

יש גם סוג של אורניום שנקרא מדולדל. יש לו רמה נמוכה מאוד של רדיואקטיביות, מה שאומר שהוא לא מסוכן לאנשים. הוא משמש שוב בתחום הצבאי, למשל, הוא מתווסף לשריון של טנק אברמס האמריקאי כדי לתת לו כוח נוסף. בנוסף, כמעט בכל צבאות ההייטק ניתן למצוא שונים, בנוסף למסה הגבוהה שלהם, יש להם עוד תכונה מאוד מעניינת - לאחר השמדת קליע, שבריו ואבק המתכת שלו מתלקחים באופן ספונטני. ודרך אגב, קליע כזה שימש לראשונה במהלך מלחמת העולם השנייה. כפי שאנו רואים, אורניום הוא יסוד שמצא יישום במגוון רחב של תחומי פעילות אנושית.

סיכום

לפי תחזיות המדענים, בסביבות שנת 2030 כל מרבצי האורניום הגדולים יתרוקנו לחלוטין, ולאחר מכן יתחיל פיתוח השכבות הקשות לגישה והמחיר יעלה. אגב, הוא עצמו אינו מזיק לאנשים - כמה כורים עבדו על החילוץ שלו במשך דורות שלמים. כעת אנו מבינים את ההיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הזה וכיצד משתמשים בתגובת הביקוע של גרעיניו.

אגב, זה ידוע עובדה מעניינת- תרכובות אורניום במשך זמן רבמשמש כצבעים לפורצלן ולזכוכית (מה שנקרא עד שנות החמישים.

בשנים האחרונות, נושא האנרגיה הגרעינית נעשה יותר ויותר רלוונטי. להפקת אנרגיה גרעינית, מקובל להשתמש בחומר כמו אורניום. זהו יסוד כימי השייך למשפחת האקטינידים.

הפעילות הכימית של יסוד זה קובעת את העובדה שהוא אינו כלול בצורה חופשית. לייצורו משתמשים בתצורות מינרלים הנקראות עפרות אורניום. הם מרכזים כמות כזו של דלק המאפשרת מיצוי של יסוד כימי זה להיחשב רציונלי ורווחי מבחינה כלכלית. כרגע, בבטן הפלנטה שלנו, התוכן של מתכת זו עולה על עתודות הזהב 1000 פעמים(ס"מ. ). באופן כללי, משקעים של יסוד כימי זה בקרקע, בסביבה מימית ובסלע נאמדים ביותר מ 5 מיליון טון.

במדינה החופשית, אורניום הוא מתכת אפורה-לבנה, המאופיינת ב-3 שינויים אלוטרופיים: סריג מעוין גבישי, טטראגונל ומרכז גוף. נקודת הרתיחה של יסוד כימי זה היא 4200 מעלות צלזיוס.

אורניום הוא חומר פעיל מבחינה כימית. באוויר, יסוד זה מתחמצן לאט, מתמוסס בקלות בחומצות, מגיב עם מים, אך אינו יוצר אינטראקציה עם אלקליות.

עפרות אורניום ברוסיה מסווגות בדרך כלל לפי סימנים שונים. לרוב הם שונים במונחים של חינוך. כן הם כן עפרות אנדוגניות, אקסוגניות ומטמורפוגניות. במקרה הראשון, הם תצורות מינרלים שנוצרו בהשפעת טמפרטורות גבוהות, לחות ונמס פגמטיט. תצורות מינרלים אקסוגניים של אורניום מתרחשות בתנאי פני השטח. הם יכולים להיווצר ישירות על פני כדור הארץ. זה מתרחש עקב מחזור מי תהום והצטברות משקעים. תצורות מינרלים מטמורפוגניות מופיעות כתוצאה מהחלוקה מחדש של אורניום שהתפזר בתחילה.

על פי רמת תכולת האורניום, תצורות טבעיות אלה יכולות להיות:

• סופר עשיר (מעל 0.3%);
• עשיר (מ-0.1 עד 0.3%);
• פרטיים (מ-0.05 ל-0.1%);
• עניים (מ-0.03 ל-0.05%);
• חוץ-מאזן (מ-0.01 ל-0.03%).

שימושים מודרניים באורניום

כיום, אורניום משמש לרוב כדלק עבור מנועי רקטותוכורים גרעיניים. בהתחשב בתכונותיו של חומר זה, הוא נועד גם להגביר את כוחו של נשק גרעיני. יסוד כימי זה מצא את השימוש שלו גם בציור. הוא משמש באופן פעיל כפיגמנטים צהובים, ירוקים, חומים ושחורים. אורניום משמש גם לייצור ליבות עבור קליעים חודרי שריון.

כריית עפרות אורניום ברוסיה: מה צריך בשביל זה?

הפקת עפרות רדיואקטיביות מתבצעת באמצעות שלוש טכנולוגיות עיקריות. אם מרבצי עפרות מרוכזים קרוב ככל האפשר לפני השטח של כדור הארץ, אז נהוג להשתמש בטכנולוגיית בור פתוח לצורך מיצובם. זה כרוך בשימוש בדחפורים ובמחפרים החופרים בורות מידה גדולהולהעמיס את המינרלים שנוצרו לתוך משאיות מזבלה. לאחר מכן הוא נשלח למתחם העיבוד.

כאשר תצורת מינרלים זו נמצאת בעומק, נהוג להשתמש בטכנולוגיית כרייה תת-קרקעית, הכוללת יצירת מכרה בעומק של עד 2 קילומטרים. הטכנולוגיה השלישית שונה משמעותית מהקודמת. שטיפה בקרקע לפיתוח מרבצי אורניום כרוכה בקידוח בארות דרכן נשאבת חומצה גופרתית למרבצים. לאחר מכן, קודחים באר נוספת, אשר יש צורך לשאוב את הפתרון המתקבל אל פני השטח של כדור הארץ. לאחר מכן הוא עובר תהליך ספיגה, המאפשר לאסוף את המלחים של המתכת הזו על שרף מיוחד. השלב האחרון של טכנולוגיית SPV הוא טיפול מחזורי בשרף עם חומצה גופרתית. הודות לטכנולוגיה זו, הריכוז של מתכת זו הופך למקסימלי.

מרבצי עפרות אורניום ברוסיה

רוסיה נחשבת לאחת המובילות בעולם בכריית עפרות אורניום. במהלך העשורים האחרונים, רוסיה דורגה בעקביות בין 7 המדינות המובילות במדד זה.

המרבצים הגדולים ביותר של תצורות מינרלים טבעיות אלה הם:

מרבצי כריית האורניום הגדולים בעולם - מדינות מובילות

אוסטרליה נחשבת למובילה בעולם בכריית אורניום. יותר מ-30% מכל עתודות העולם מרוכזות במדינה זו. המרבצים הגדולים ביותר באוסטרליה הם סכר אולימפי, בוורלי, ריינג'ר וירח דבש.

המתחרה העיקרית של אוסטרליה היא קזחסטן, המכילה כמעט 12% ממאגרי הדלק בעולם. קנדה ודרום אפריקה מכילות כל אחת 11% ממאגרי האורניום בעולם, נמיביה - 8%, ברזיל - 7%. רוסיה סוגרת את השביעייה הראשונה עם 5%. רשימת המנהיגים כוללת גם מדינות כמו נמיביה, אוקראינה וסין.

מרבצי האורניום הגדולים בעולם הם:

רזרבות וכמויות ייצור של עפרות אורניום ברוסיה

עתודות האורניום שנחקרו בארצנו נאמדות ביותר מ-400 אלף טון. במקביל, המשאבים החזויים הם יותר מ-830 אלף טון. נכון לשנת 2017, ישנם 16 מרבצי אורניום ברוסיה. יתרה מכך, 15 מהם מרוכזים בטרנסבייקליה. המרבץ העיקרי של עפרות אורניום נחשב לשדה עפרות Streltsovskoe. ברוב המרבצים המקומיים, הייצור מתבצע בשיטת הפיר.

• האורניום התגלה עוד במאה ה-18. בשנת 1789 הצליח המדען הגרמני מרטין קלפרוט לייצר אורניום דמוי מתכת מעפרות. מעניין שהמדען הזה הוא גם מגלה הטיטניום והזירקוניום.
• תרכובות אורניום משמשות באופן פעיל בתחום הצילום. אלמנט זה משמש לצביעה חיובית ולשיפור השליליות.
• ההבדל העיקרי בין אורניום ליסודות כימיים אחרים הוא הרדיואקטיביות הטבעית שלו. אטומי אורניום נוטים להשתנות באופן עצמאי לאורך זמן. במקביל, הם פולטים קרניים בלתי נראות לעין האנושית. קרניים אלו מתחלקות ל-3 סוגים - קרינת גמא, בטא ואלפא (ראה).