Raksta saturs

URĀNS, U (urāns), aktinīdu dzimtas metālisks ķīmiskais elements, kurā ietilpst Ac, Th, Pa, U un transurāna elementi (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Urāns ir ieguvis ievērību, pateicoties tā izmantošanai kodolieročos un kodolenerģijā. Urāna oksīdus izmanto arī stikla un keramikas krāsošanai.

Atrodoties dabā.

Urāna saturs zemes garozā ir 0,003%, un tas atrodas zemes virsmas slānī četru veidu nogulumu veidā. Pirmkārt, tās ir uranīta jeb urāna piķa (urāna dioksīds UO 2) dzīslas, kas ir ļoti bagātas ar urānu, bet reti sastopamas. Tos pavada rādija nogulsnes, jo rādijs ir tiešs urāna izotopu sabrukšanas produkts. Šādas vēnas ir sastopamas Zairā, Kanādā (Lielajā Lāču ezerā), Čehijā un Francijā. Otrs urāna avots ir torija un torija konglomerāti urāna rūda kopā ar citu svarīgu minerālu rūdām. Konglomerāti parasti satur pietiekamu daudzumu zelta un sudraba, kas jāatgūst, un urāns un torijs ir saistītie elementi. Lielas šo rūdu atradnes atrodas Kanādā, Dienvidāfrikā, Krievijā un Austrālijā. Trešais urāna avots ir nogulumieži un smilšakmeņi, kas bagāti ar minerālu karnotītu (kālija uranilvanadātu), kas papildus urānam satur ievērojamu daudzumu vanādija un citu elementu. Šādas rūdas ir atrodamas ASV rietumu štatos. Dzelzs-urāna slānekļi un fosfāta rūdas ir ceturtais nogulumu avots. Zviedrijas slānekļos atrodamas bagātīgas atradnes. Dažas fosfātu rūdas Marokā un ASV satur ievērojamu daudzumu urāna, un fosfātu atradnes Angolā un Centrālāfrikas Republikā ir vēl bagātākas ar urānu. Lielākā daļa lignītu un dažas ogles parasti satur urāna piemaisījumus. Ar urānu bagātas lignīta atradnes atrastas Ziemeļdakotā un Dienviddakotā (ASV), bet bitumena ogles - Spānijā un Čehijā.

Atvēršana.

Urānu 1789. gadā atklāja vācu ķīmiķis M. Klaprots, kurš elementu nosauca par godu planētas Urāna atklāšanai 8 gadus agrāk. (Klaprots bija sava laika vadošais ķīmiķis; viņš atklāja arī citus elementus, tostarp Ce, Ti un Zr.) Faktiski Klaprota iegūtā viela nebija elementārais urāns, bet gan tā oksidēta forma, un elementāro urānu pirmo reizi ieguva franču ķīmiķis E. .Peligo 1841. No atklāšanas brīža līdz 20. gs. urānam nebija tādas nozīmes kā tagad, lai gan daudzi no tā fizikālās īpašības, un atomu masa un blīvums tika noteikts. 1896. gadā A. Bekerels konstatēja, ka urāna sāļiem piemīt starojums, kas tumsā izgaismo fotoplati. Šis atklājums aktivizēja ķīmiķus veikt pētījumus radioaktivitātes jomā, un 1898. gadā franču fiziķi P. Kirī un M. Sklodovska-Kirī izolēja sāļus. radioaktīvie elementi polonijs un rādijs, un E. Raterfords, F. Sodijs, K. Fajanss un citi zinātnieki izstrādāja radioaktīvās sabrukšanas teoriju, kas lika pamatus mūsdienu kodolķīmijai un kodolenerģijai.

Urāna pirmie lietojumi.

Lai gan urāna sāļu radioaktivitāte bija zināma, tā rūdas šī gadsimta pirmajā trešdaļā tika izmantotas tikai pavadošā rādija iegūšanai, un urāns tika uzskatīts par nevēlamu blakusproduktu. Tās izmantošana galvenokārt tika koncentrēta keramikas tehnoloģijā un metalurģijā; Urāna oksīdus plaši izmantoja stikla krāsošanai no gaiši dzeltenas līdz tumši zaļai, kas veicināja lētas stikla ražošanas attīstību. Mūsdienās šo nozaru produkti tiek identificēti kā fluorescējoši ultravioleto staru ietekmē. Pirmā pasaules kara laikā un neilgi pēc tam urānu karbīda veidā izmantoja instrumentu tēraudu ražošanā, līdzīgi kā Mo un W; 4–8% urāna aizstāja volframu, kura ražošana tajā laikā bija ierobežota. Lai iegūtu instrumentu tēraudu 1914.–1926. gadā, katru gadu tika saražotas vairākas tonnas ferourāna, kas satur līdz 30% (masas) U. Tomēr šāda urāna izmantošana nebija ilga.

Mūsdienu urāna izmantošanas veidi.

Urāna rūpniecība sāka veidoties 1939. gadā, kad tika veikta urāna izotopa 235 U skaldīšana, kā rezultātā 1942. gada decembrī tika tehniski īstenotas kontrolētas urāna skaldīšanas ķēdes reakcijas. Tā sākās atoma laikmets. , kad urāns no nenozīmīga elementa kļuva par vienu no visvairāk svarīgiem elementiem sabiedrības dzīvē. Urāna militārā nozīme atombumbas ražošanā un tā izmantošanai kā degvielai kodolreaktoros izraisīja astronomisku urāna pieprasījumu. Interesanta ir urāna pieprasījuma pieauguma hronoloģija, pamatojoties uz nogulumu vēsturi Lielajā Lāču ezerā (Kanāda). 1930. gadā šajā ezerā tika atklāts sveķu maisījums, urāna oksīdu maisījums, un 1932. gadā šajā teritorijā tika izveidota rādija attīrīšanas tehnoloģija. No katras tonnas rūdas (sveķu maisījuma) tika iegūts 1 g rādija un aptuveni pustonna blakusprodukta – urāna koncentrāta. Tomēr rādija bija maz, un tā ieguve tika pārtraukta. No 1940. līdz 1942. gadam attīstība tika atsākta un urāna rūdu sāka sūtīt uz ASV. 1949. gadā līdzīgu urāna attīrīšanu ar dažiem uzlabojumiem izmantoja, lai iegūtu tīru UO 2 . Šī ražošana ir pieaugusi un tagad ir viena no lielākajām urāna ražotnēm.

Īpašības.

Urāns ir viens no smagākajiem dabā sastopamajiem elementiem. Tīrs metāls ir ļoti blīvs, elastīgs, elektropozitīvs ar zemu elektrisko vadītspēju un ļoti reaģējošs.

Urānam ir trīs allotropas modifikācijas: a-urāns (ortorombiskais kristālrežģis), pastāv diapazonā no istabas temperatūras līdz 668 ° C; b-urāns (komplekss tetragonāla tipa kristāliskais režģis), stabils 668–774°C diapazonā; g-urāns (uz ķermeni centrēts kubiskais kristālrežģis), stabils no 774°C līdz kušanas temperatūrai (1132°C). Tā kā visi urāna izotopi ir nestabili, visiem tā savienojumiem ir radioaktivitāte.

Urāna izotopi

238 U, 235 U, 234 U dabā sastopami attiecībā 99,3:0,7:0,0058, un 236 U sastopami nelielā daudzumā. Visi pārējie urāna izotopi no 226 U līdz 242 U tiek iegūti mākslīgi. Izotops 235 U ir īpaši svarīgs. Lēnu (termisko) neitronu ietekmē tas sadalās, atbrīvojot milzīgu enerģiju. Pilnīgas 235 U sadalīšanās rezultātā tiek atbrīvots “siltuma enerģijas ekvivalents” 2H 10 7 kWh h/kg. 235 U skaldīšanu var izmantot ne tikai liela enerģijas daudzuma ražošanai, bet arī citu svarīgu aktinīdu elementu sintezēšanai. Dabisko urāna izotopu var izmantot kodolreaktoros, lai ražotu neitronus, kas rodas, sadaloties 235 U, savukārt liekos neitronus, kas nav nepieciešami ķēdes reakcijai, var uztvert cits dabiskais izotops, kā rezultātā rodas plutonijs:

Kad 238 U tiek bombardēts ar ātriem neitroniem, notiek šādas reakcijas:

Saskaņā ar šo shēmu visizplatītākais izotops 238 U var tikt pārveidots par plutoniju-239, kas, tāpat kā 235 U, arī spēj sadalīties lēnu neitronu ietekmē.

Šobrīd saņemts liels skaitlis mākslīgie urāna izotopi. Starp tiem 233 U ir īpaši ievērojams, jo tas arī sadalās, mijiedarbojoties ar lēniem neitroniem.

Dažus citus mākslīgos urāna izotopus bieži izmanto kā radioaktīvos marķierus ķīmiskajos un fizikālajos pētījumos; tas ir pirmkārt b- izstarotājs 237 U un a- izstarotājs 232 U.

Savienojumi.

Urāns, ļoti reaģējošs metāls, ar oksidācijas pakāpi no +3 līdz +6, aktivitāšu sērijā ir tuvu berilijam, mijiedarbojas ar visiem nemetāliem un veido intermetāliskus savienojumus ar Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn un Zn. Smalki sasmalcināts urāns ir īpaši reaktīvs, un temperatūrā virs 500 ° C tas bieži nonāk reakcijās, kas raksturīgas urāna hidrīdam. Urāna gabaliņi vai skaidas spilgti deg 700–1000 ° C temperatūrā, un urāna tvaiki deg jau 150–250 ° C temperatūrā urāns reaģē ar HF 200–400 ° C temperatūrā, veidojot UF 4 un H 2 . Urāns lēni šķīst koncentrētā HF vai H 2 SO 4 un 85% H 3 PO 4 pat 90 ° C temperatūrā, bet viegli reaģē ar konc. HCl un mazāk aktīvs ar HBr vai HI. Aktīvākās un ātrākās urāna reakcijas ar atšķaidītu un koncentrētu HNO 3 notiek, veidojoties uranilnitrātam ( Skatīt zemāk). HCl klātbūtnē urāns ātri izšķīst organiskās skābes, veidojot organiskos U 4+ sāļus. Atkarībā no oksidācijas pakāpes urāns veido vairāku veidu sāļus (no tiem svarīgākie ir ar U 4+, viens no tiem UCl 4 ir viegli oksidējams zaļais sāls); uranila sāļi (radikālis UO 2 2+) UO 2 (NO 3) 2 tips ir dzeltenā krāsā un fluorescē zaļš. Uranila sāļi veidojas, izšķīdinot amfoterisko oksīdu UO 3 (dzeltenā krāsā) skābā vidē. Sārmainā vidē UO 3 veido urānus, piemēram, Na 2 UO 4 vai Na 2 U 2 O 7. Pēdējo savienojumu ("dzelteno uranilu") izmanto porcelāna glazūru un fluorescējošu stiklu ražošanā.

Urāna halogenīdi tika plaši pētīti 1940.–1950. gadā, jo tos izmantoja, lai izstrādātu metodes urāna izotopu atdalīšanai atombumbai vai kodolreaktoram. Urāna trifluorīds UF 3 tika iegūts, reducējot UF 4 ar ūdeņradi, un tika iegūts urāna tetrafluorīds UF 4 Dažādi ceļi HF reaģējot ar oksīdiem, piemēram, UO 3 vai U 3 O 8, vai elektrolītiski reducējot uranila savienojumus. Urāna heksafluorīdu UF 6 iegūst, fluorējot U vai UF 4 ar elementāru fluoru vai skābekļa iedarbību uz UF 4 . Heksafluorīds veido caurspīdīgus kristālus ar augstu refrakcijas indeksu 64 ° C (1137 mm Hg) temperatūrā; savienojums ir gaistošs (apstākļos normāls spiediens sublimējas 56,54°C). Urāna oksohalogenīdiem, piemēram, oksofluorīdiem, ir UO 2 F 2 (uranilfluorīds), UOF 2 (urāna oksīda difluorīds).

Urāns ir septītā planēta Saules sistēma un trešais gāzes gigants. Planēta ir trešā lielākā un ceturtā lielākā pēc masas, un savu nosaukumu saņēma par godu romiešu dieva Saturna tēvam.

Tieši tā Urāns gadā bija tas gods būt pirmajai planētai, kas atklāta mūsdienu vēsture. Tomēr patiesībā viņa sākotnējais atklājums par planētu faktiski nenotika. 1781. gadā astronoms Viljams Heršels Vērojot zvaigznes Dvīņu zvaigznājā, viņš pamanīja noteiktu diskveida objektu, kuru sākotnēji fiksēja kā komētu, par ko ziņoja Anglijas Karaliskajai zinātniskajai biedrībai. Tomēr vēlāk pats Heršels bija neizpratnē par to, ka objekta orbīta izrādījās praktiski apļveida, nevis eliptiska, kā tas ir komētu gadījumā. Tikai tad, kad šo novērojumu apstiprināja citi astronomi, Heršels nonāca pie secinājuma, ka viņš patiesībā ir atklājis planētu, nevis komētu, un atklājums beidzot tika plaši atzīts.

Pēc datu apstiprināšanas, ka atklātais objekts ir planēta, Heršels saņēma ārkārtēju privilēģiju dot tam savu vārdu. Astronoms bez vilcināšanās izvēlējās Anglijas karaļa Džordža III vārdu un planētu nosauca par Džordžiju Sidusu, kas tulkojumā nozīmē "Džordža zvaigzne". Tomēr vārds nekad nav saņēmis zinātnisku atzinību un zinātnieki lielākoties nonāca pie secinājuma, ka Saules sistēmas planētu nosaukšanā labāk pieturēties pie noteiktas tradīcijas, proti, nosaukt tās par godu seno romiešu dieviem. Tā Urāns ieguva savu mūsdienu nosaukumu.

Pašlaik vienīgā planētu misija, kurai ir izdevies savākt informāciju par Urānu, ir Voyager 2.

Šī tikšanās, kas notika 1986. gadā, ļāva zinātniekiem iegūt pietiekami daudz liels skaits datus par planētu un veikt daudzus atklājumus. Kosmosa kuģis pārsūtīja tūkstošiem Urāna, tā pavadoņu un gredzenu fotogrāfiju. Lai gan daudzās planētas fotogrāfijās bija redzams nedaudz vairāk par zilganzaļo krāsu, ko varēja redzēt no zemes teleskopiem, citos attēlos bija redzami desmit iepriekš nezināmi pavadoņi un divi jauni gredzeni. Tuvākajā laikā jaunas misijas uz Urānu nav plānotas.

Urāna tumši zilās krāsas dēļ izrādījās daudz grūtāk izveidot planētas atmosfēras modeli nekā tādas pašas vai pat . Par laimi, Habla kosmiskā teleskopa attēli ir nodrošinājuši plašāku priekšstatu. Vairāk modernās tehnoloģijas Teleskopa vizualizācijas ļāva iegūt daudz detalizētākus attēlus nekā Voyager 2. Tādējādi, pateicoties Habla fotogrāfijām, izdevās noskaidrot, ka uz Urāna, tāpat kā uz citiem gāzes milžiem, ir platuma joslas. Turklāt vēja ātrums uz planētas var sasniegt vairāk nekā 576 km/h.

Tiek uzskatīts, ka monotonas atmosfēras parādīšanās iemesls ir tās augšējā slāņa sastāvs. Redzamie mākoņu slāņi galvenokārt sastāv no metāna, kas absorbē šos novērotos viļņu garumus, kas atbilst sarkanajai krāsai. Tādējādi atstarotie viļņi tiek attēloti kā zilā un zaļā krāsā.

Zem šī ārējā metāna slāņa atmosfēru veido aptuveni 83% ūdeņraža (H2) un 15% hēlija, kā arī nedaudz metāna un acetilēna. Šis sastāvs ir līdzīgs citiem gāzes gigantiem Saules sistēmā. Tomēr Urāna atmosfēra ir pārsteidzoši atšķirīga citā veidā. Kamēr Jupitera un Saturna atmosfēra lielākoties ir gāzveida, Urāna atmosfērā ir daudz vairāk ledus. Par to liecina ārkārtīgi zemā virsmas temperatūra. Ņemot vērā faktu, ka Urāna atmosfēras temperatūra sasniedz -224 ° C, to var saukt par aukstāko atmosfēru Saules sistēmā. Turklāt pieejamie dati liecina, ka šāda ekstrēma zema temperatūra atrodas gandrīz visā Urāna virsmā, pat tajā pusē, kuru neapgaismo Saule.

Urāns, pēc planētu zinātnieku domām, sastāv no diviem slāņiem: kodola un mantijas. Pašreizējie modeļi liecina, ka kodols galvenokārt sastāv no akmeņiem un ledus, un tā masa ir aptuveni 55 reizes lielāka par . Planētas apvalks sver 8,01 x 10 līdz 24 kg jeb aptuveni 13,4 Zemes masas. Turklāt mantija sastāv no ūdens, amonjaka un citiem gaistošiem elementiem. Galvenā atšķirība starp Urāna un Jupitera un Saturna mantiju ir tā, ka tā ir ledaina, lai gan ne šī vārda tradicionālajā nozīmē. Fakts ir tāds, ka ledus ir ļoti karsts un biezs, un mantijas biezums ir 5,111 km.

Kas ir pārsteidzošākais Urāna sastāvā un kas to atšķir no citiem mūsu gāzes gigantiem? zvaigžņu sistēma, ir tas, ka tas neizdala vairāk enerģijas, nekā saņem no Saules. Ņemot vērā faktu, ka pat , kas pēc izmēra ir ļoti tuvu Urānam, ražo apmēram 2,6 reizes vairāk siltuma nekā saņem no Saules, mūsdienu zinātniekus ļoti interesē tik vāja Urāna radītā jauda. Pašlaik ir divi skaidrojumi šī parādība. Pirmais norāda, ka Urāns pagātnē bija pakļauts masīvam kosmosa objektam, kā rezultātā planēta zaudēja lielu daļu no sava iekšējā siltuma (kas iegūta veidošanās laikā) kosmosā. Otrā teorija apgalvo, ka planētas iekšpusē ir kaut kāda barjera, kas neļauj planētas iekšējam siltumam izkļūt uz virsmu.

Urāna orbīta un rotācija

Pats Urāna atklājums ļāva zinātniekiem gandrīz dubultot zināmās Saules sistēmas rādiusu. Tas nozīmē, ka vidēji Urāna orbīta ir aptuveni 2,87 x 10 līdz 9 km jaudai. Šāda milzīga attāluma iemesls ir saules starojuma pārejas ilgums no Saules uz planētu. Saules gaismai ir nepieciešamas aptuveni divas stundas un četrdesmit minūtes, lai sasniegtu Urānu, kas ir gandrīz divdesmit reizes ilgāks laiks, nekā nepieciešams, lai Saule sasniegtu Zemi. Milzīgais attālums ietekmē arī gada garumu uz Urāna, tas ilgst gandrīz 84 Zemes gadus.

Urāna orbītas ekscentricitāte ir 0,0473, kas ir tikai nedaudz mazāka nekā Jupitera - 0,0484. Šis faktors padara Urānu par ceturto vietu no visām Saules sistēmas planētām apļveida orbītas ziņā. Iemesls tik mazai Urāna orbītas ekscentricitātei ir tas, ka atšķirība starp tā perihēliju 2,74 x 10 līdz 9 km jaudai un tā afēliju 3,01 x 109 km ir tikai 2,71 x 10 līdz 8 km jaudai.

Interesantākais punkts par Urāna rotāciju ir ass pozīcija. Fakts ir tāds, ka katras planētas, izņemot Urānu, rotācijas ass ir aptuveni perpendikulāra to orbitālajai plaknei, bet Urāna ass ir sasvērta gandrīz par 98°, kas faktiski nozīmē, ka Urāns griežas uz sāniem. Šādas planētas ass pozīcijas rezultāts ir tāds, ka Urāna ziemeļpols pusi planētas gada atrodas uz Saules, bet otra puse atrodas uz planētas dienvidu pola. Citiem vārdiem sakot, dienas laikā vienā Urāna puslodē ilgst 42 zemes gadus, un nakts dzīve otrā puslodē ir tāda pati. Zinātnieki atkal min sadursmi ar milzīgu kosmisko ķermeni kā iemeslu, kāpēc Urāns "pagriezās uz sāniem".

Ņemot vērā to, ka vispopulārākais no gredzeniem mūsu Saules sistēmā ilgu laiku Saturna gredzeni palika Urāna gredzeni tika atklāti tikai 1977. gadā. Tomēr tas nav vienīgais iemesls tik vēlai atklāšanai: planētas attālums no Zemes un pašu gredzenu zemā atstarošanās spēja. 1986. gadā kosmosa kuģis Voyager 2 spēja noteikt vēl divu gredzenu klātbūtni uz planētas, papildus tiem, kas bija zināmi tajā laikā. 2005. gadā Habla kosmiskais teleskops pamanīja vēl divus. Mūsdienās planētu zinātnieki zina par 13 Urāna gredzeniem, no kuriem spožākais ir Epsilon gredzens.

Urāna gredzeni no Saturna atšķiras gandrīz visos veidos – no daļiņu izmēra līdz sastāvam. Pirmkārt, daļiņas, kas veido Saturna gredzenus, ir mazas, nedaudz vairāk par dažiem metriem diametrā, savukārt Urāna gredzenos ir daudz ķermeņu, kuru diametrs ir līdz divdesmit metriem. Otrkārt, daļiņas Saturna gredzenos lielākoties ir izgatavotas no ledus. Tomēr Urāna gredzenus veido gan ledus, gan ievērojami putekļi un gruveši.

Viljams Heršels Urānu atklāja tikai 1781. gadā, jo planēta bija pārāk blāva, lai to redzētu senās civilizācijas. Pats Heršels sākotnēji uzskatīja, ka Urāns ir komēta, taču vēlāk pārskatīja savu viedokli, un zinātne apstiprināja objekta planetāro stāvokli. Tādējādi Urāns kļuva par pirmo mūsdienu vēsturē atklāto planētu. Sākotnējais Heršela piedāvātais nosaukums bija "Džordža zvaigzne" - par godu karalim Džordžam III, taču zinātnieku aprindas to nepieņēma. Nosaukumu "Urāns" ierosināja astronoms Johans Bode, godinot seno romiešu dievu Urānu.
Urāns griežas ap savu asi reizi 17 stundās un 14 minūtēs. Tāpat kā , planēta griežas retrogrādā virzienā, pretēji Zemes un pārējo sešu planētu virzienam.
Tiek uzskatīts, ka neparastais Urāna ass slīpums var izraisīt milzīgu sadursmi ar citu kosmisko ķermeni. Teorija ir tāda, ka planēta, kas, domājams, ir Zemes izmēra, strauji sadūrās ar Urānu, kas pabīdīja savu asi par gandrīz 90 grādiem.
Vēja ātrums uz Urāna var sasniegt pat 900 km/h.
Urāna masa ir aptuveni 14,5 reizes lielāka par Zemes masu, padarot to par vieglāko no četriem mūsu Saules sistēmas gāzes gigantiem.
Urānu bieži dēvē par "ledus milzi". Papildus ūdeņradim un hēlijam in augšējais slānis(tāpat kā citiem gāzes gigantiem), Urānam ir arī ledus apvalks, kas ieskauj tā dzelzs kodolu. Augšējā atmosfēra sastāv no amonjaka un ledainiem metāna kristāliem, kas piešķir Urānam raksturīgo gaiši zilo krāsu.
Urāns ir otrā vismazāk blīvā planēta Saules sistēmā pēc Saturna.

Urāns ir aktinīdu saimes ķīmiskais elements ar atomskaitli 92. Tā ir vissvarīgākā kodoldegviela. Tās koncentrācija zemes garozā ir aptuveni 2 daļas uz miljonu. Svarīgi urāna minerāli ir urāna oksīds (U 3 O 8), uranīts (UO 2), karnotīts (kālija uranilvanadāts), otenīts (kālija uranilfosfāts) un torbernīts (ūdens vara uranilfosfāts). Šīs un citas urāna rūdas ir kodoldegvielas avoti un satur daudzkārt vairāk enerģijas nekā visas zināmās reģenerējamās fosilā kurināmā atradnes. 1 kg urāna 92 ​​U nodrošina tādu pašu enerģiju kā 3 miljoni kg ogļu.

Atklājumu vēsture

Ķīmiskais elements urāns ir blīvs, ciets metāls ar sudrabaini baltu krāsu. Tas ir elastīgs, kaļams un var tikt pulēts. Gaisā metāls oksidējas un, to sasmalcinot, aizdegas. Salīdzinoši slikti vada elektrību. Urāna elektroniskā formula ir 7s2 6d1 5f3.

Lai gan elementu 1789. gadā atklāja vācu ķīmiķis Martins Heinrihs Klaprots, nosaucot to nesen atklātās planētas Urāna vārdā, pašu metālu 1841. gadā izolēja franču ķīmiķis Eižens Melhiors Peligo, reducējot no urāna tetrahlorīda (UCl 4) ar kālijs.

Radioaktivitāte

Krievu ķīmiķa Dmitrija Mendeļejeva periodiskās tabulas izveide 1869. gadā pievērsa uzmanību urānam kā vissmagākajam zināmajam elementam, kas saglabājās līdz neptūnija atklāšanai 1940. gadā. 1896. gadā franču fiziķis Anrī Bekerels atklāja tajā radioaktivitātes fenomenu. Vēlāk šī īpašība tika atklāta daudzās citās vielās. Tagad ir zināms, ka urāns, kas ir radioaktīvs visos tā izotopos, sastāv no 238 U (99,27%, pussabrukšanas periods - 4 510 000 000 gadi), 235 U (0,72%, pussabrukšanas periods - 713 000 000 gadi) un 234 U (0,006) maisījuma. %, pussabrukšanas periods - 247 000 gadi). Tas ļauj, piemēram, noteikt iežu un minerālu vecumu, lai pētītu ģeoloģiskos procesus un Zemes vecumu. Lai to izdarītu, viņi mēra svina daudzumu, kas ir gala produkts urāna radioaktīvā sabrukšana. Šajā gadījumā 238 U ir sākotnējais elements, un 234 U ir viens no produktiem. 235 U rada aktīnija sabrukšanas sēriju.

Ķēdes reakcijas atklāšana

Ķīmiskais elements urāns kļuva par plašas intereses un intensīvas izpētes objektu pēc tam, kad vācu ķīmiķi Otto Hāns un Frics Strasmans 1938. gada beigās atklāja tajā kodola skaldīšanu, kad to bombardēja ar lēniem neitroniem. 1939. gada sākumā itāļu izcelsmes amerikāņu fiziķis Enriko Fermi ierosināja, ka starp atomu skaldīšanas produktiem varētu būt elementārdaļiņas, kas spēj radīt ķēdes reakcija. 1939. gadā amerikāņu fiziķi Leo Szilards un Herberts Andersons, kā arī franču ķīmiķis Frederiks Džolio-Kirī un viņu kolēģi apstiprināja šo prognozi. Turpmākie pētījumi parādīja, ka, sadaloties atomam, izdalās vidēji 2,5 neitroni. Šie atklājumi noveda pie pirmās pašpietiekamas kodolķēdes reakcijas (12/02/1942), pirmā atombumba(16.07.1945.), pirmo reizi izmantoja militāro operāciju laikā (08.06.1945.), pirmo kodolzemūdeni (1955.) un pirmo pilna mēroga atomelektrostaciju (1957.).

Oksidācijas stāvokļi

Ķīmiskais elements urāns, būdams spēcīgs elektropozitīvs metāls, reaģē ar ūdeni. Tas šķīst skābēs, bet ne sārmos. Svarīgi oksidācijas stāvokļi ir +4 (kā UO 2 oksīdā, tetrahalogenīdos, piemēram, UCl 4 , un zaļajā ūdens jonā U 4+ ) un +6 (kā UO 3 oksīdā, UF 6 heksafluorīdā un uraniljonā UO 2 2+ ). Ūdens šķīdumā urāns ir visstabilākais uraniljona sastāvā, kam ir lineāra struktūra [O = U = O] 2+. Elementam ir arī stāvokļi +3 un +5, taču tie ir nestabili. Sarkanais U 3+ ūdenī, kas nesatur skābekli, oksidējas lēni. UO 2+ jona krāsa nav zināma, jo tas tiek pakļauts disproporcijai (UO 2+ tiek reducēts līdz U 4+ un oksidēts līdz UO 2 2+) pat ļoti atšķaidītos šķīdumos.

Kodoldegviela

Iedarbojoties ar lēniem neitroniem, urāna atoma sadalīšanās notiek salīdzinoši retajā izotopā 235 U. Šis ir vienīgais dabā sastopamais skaldmateriāls, un tas ir jāatdala no izotopa 238 U. Tomēr pēc absorbcijas un negatīvas beta sabrukšanas urāns -238 pārvēršas sintētiskā elementā plutonijā, kas sadalās lēnu neitronu ietekmē. Tāpēc dabisko urānu var izmantot pārveidotāju un selekcijas reaktoros, kuros skaldīšanu atbalsta reti sastopamie 235 U un plutonijs tiek ražots vienlaikus ar 238 U transmutāciju. Skaldāmo 233 U var sintezēt no plaši sastopamā dabā sastopamā izotopa torija-232, lai to izmantotu kā kodoldegvielu. Urāns ir svarīgs arī kā primārais materiāls, no kura iegūst sintētiskos transurāna elementus.

Citi urāna lietojumi

Ķīmiskā elementa savienojumi iepriekš tika izmantoti kā krāsvielas keramikai. Heksafluorīds (UF 6) ir ciets ar neparastu augstspiediena tvaiki (0,15 atm = 15 300 Pa) 25 °C temperatūrā. UF 6 ir ķīmiski ļoti reaģējošs, taču, neskatoties uz tā korozīvo raksturu tvaiku stāvoklī, UF 6 plaši izmanto gāzu difūzijas un gāzu centrifūgas metodēs bagātināta urāna ražošanai.

Organometāliskie savienojumi ir interesanta un svarīga savienojumu grupa, kurā metāla-oglekļa saites savieno metālu ar organiskām grupām. Uranocēns ir organourāns savienojums U(C 8 H 8) 2, kurā urāna atoms ir iestiprināts starp diviem organisko gredzenu slāņiem, kas saistīti ar ciklooktatetraēnu C 8 H 8. Tā atklājums 1968. gadā pavēra jaunu metālorganiskās ķīmijas jomu.

Noplicināts dabīgais urāns tiek izmantots kā aizsardzība pret radiāciju, balasts, bruņu caurduršanas čaulās un tanku bruņās.

Pārstrāde

Ķīmiskais elements, lai arī ļoti blīvs (19,1 g/cm3), ir salīdzinoši vāja, neuzliesmojoša viela. Patiešām, šķiet, ka urāna metāliskās īpašības novieto to kaut kur starp sudrabu un citiem īstiem metāliem un nemetāliem, tāpēc to neizmanto kā celtniecības materiāls. Urāna galvenā vērtība ir tā izotopu radioaktīvās īpašības un spēja skaldīties. Dabā gandrīz viss (99,27%) metāls sastāv no 238 U. Pārējais ir 235 U (0,72%) un 234 U (0,006%). No šiem dabiskajiem izotopiem tikai 235 U tiek tieši skaldīti ar neitronu apstarošanu. Tomēr, kad tas tiek absorbēts, 238 U veido 239 U, kas galu galā sadalās par 239 Pu, skaldāmu materiālu, kam ir liela nozīme kodolenerģijai un kodolieročiem. Vēl vienu skaldāmo izotopu, 233 U, var izveidot ar 232 Th neitronu apstarošanu.

Kristālu formas

Urāna īpašības liek tam reaģēt ar skābekli un slāpekli pat normālos apstākļos. Ar vairāk augsta temperatūra ak, viņš reaģē ar plaša spektra leģēt metālus, veidojot intermetāliskus savienojumus. Cietu šķīdumu veidošanās ar citiem metāliem ir reta, jo īpašas kristāla struktūras veido elementa atomi. No istabas temperatūras līdz kušanas temperatūrai 1132 °C urāna metāls pastāv 3 kristāliskās formās, kas pazīstamas kā alfa (α), beta (β) un gamma (γ). Pārvēršanās no α- uz β-stāvokli notiek 668 ° C temperatūrā un no β uz γ 775 ° C temperatūrā. γ-urānam ir uz ķermeni vērsta kubiskā kristāla struktūra, bet β ir tetragonāla kristāla struktūra. α fāze sastāv no atomu slāņiem ļoti simetriskā ortorombiskā struktūrā. Šī anizotropā izkropļotā struktūra neļauj sakausējuma metālu atomiem aizstāt urāna atomus vai aizņemt telpu starp tiem kristāla režģī. Tika konstatēts, ka tikai molibdēns un niobijs veido cietus šķīdumus.

Rūdas

Zemes garozā ir aptuveni 2 daļas uz miljonu urāna, kas liecina par tā plašo sastopamību dabā. Tiek lēsts, ka okeānos ir 4,5 × 10 9 tonnas šī ķīmiskā elementa. Urāns ir svarīga sastāvdaļa vairāk nekā 150 dažādos minerālos un neliela sastāvdaļa vēl 50. Galvenie minerāli, kas atrodami magmatiskās hidrotermālās dzīslās un pegmatītos, ietver uranītu un tā variantu piķa maisījumu. Šajās rūdās elements sastopams dioksīda veidā, kas oksidācijas dēļ var svārstīties no UO 2 līdz UO 2,67. Citi ekonomiski nozīmīgi produkti no urāna raktuvēm ir autunīts (hidratēts kalcija uranilfosfāts), tobernīts (hidrēts vara uranilfosfāts), coffinit (melnais hidrāts urāna silikāts) un karnotīts (hidratēts kālija uranilvanadāts).

Tiek lēsts, ka vairāk nekā 90% no zināmajām zemo izmaksu urāna rezervēm atrodas Austrālijā, Kazahstānā, Kanādā, Krievijā, Dienvidāfrikā, Nigērā, Namībijā, Brazīlijā, Ķīnā, Mongolijā un Uzbekistānā. Lielas atradnes ir atrodamas Elliota ezera konglomerāta iežu veidojumos, kas atrodas uz ziemeļiem no Huron ezera Ontario, Kanādā, un Dienvidāfrikas Vitvotersrandas zelta raktuvēs. Smilšu veidojumos Kolorādo plato un Vaiomingas baseinā ASV rietumos ir arī ievērojamas urāna rezerves.

Ražošana

Urāna rūdas atrodamas gan virszemes, gan dziļās (300-1200 m) atradnēs. Pazemē šuves biezums sasniedz 30 m Tāpat kā citu metālu rūdu gadījumā, urāns tiek iegūts uz virsmas, izmantojot lielas rakšanas iekārtas, un dziļo atradņu ieguvi veic ar. tradicionālās metodes vertikālās un slīpās mīnas. Urāna koncentrāta ražošana pasaulē 2013. gadā sasniedza 70 tūkstošus tonnu Visražīgākās urāna raktuves atrodas Kazahstānā (32% no visas produkcijas), Kanādā, Austrālijā, Nigērā, Namībijā, Uzbekistānā un Krievijā.

Urāna rūdas parasti satur tikai nelielu daudzumu urānu saturošu minerālu, un tās nav kausējamas ar tiešām pirometalurģiskām metodēm. Tā vietā, lai iegūtu un attīrītu urānu, jāizmanto hidrometalurģiskas procedūras. Palielinot koncentrāciju, tiek ievērojami samazināta slodze uz apstrādes ķēdēm, taču nav piemērojama neviena no tradicionālajām bagātināšanas metodēm, ko parasti izmanto minerālu apstrādē, piemēram, gravitācija, flotācija, elektrostatiskā un pat roku šķirošana. Ar dažiem izņēmumiem šīs metodes rada ievērojamus urāna zudumus.

Degšana

Urāna rūdu hidrometalurģisko apstrādi bieži ievada augstas temperatūras kalcinēšanas stadija. Apdedzināšana dehidrē mālu, atdala oglekli saturošus materiālus, oksidē sēra savienojumus līdz nekaitīgiem sulfātiem un oksidē citus reducētājus, kas var traucēt turpmāko apstrādi.

Izskalošanās

Urānu no grauzdētām rūdām iegūst gan skābā, gan sārmainā veidā ūdens šķīdumi. Lai visas izskalošanās sistēmas darbotos veiksmīgi, ķīmiskajam elementam vai nu sākotnēji jābūt stabilākā sešvērtīgā formā, vai arī tam jābūt oksidētam līdz šādam stāvoklim apstrādes laikā.

Skābes izskalošanu parasti veic, maisot rūdas un lixivianta maisījumu 4-48 stundas plkst. vidi. Izņemot īpašus apstākļus, izmanto sērskābi. To piegādā daudzumos, kas ir pietiekami, lai iegūtu gala šķidrumu pie pH 1,5. Sērskābes izskalošanās shēmās parasti izmanto vai nu mangāna dioksīdu, vai hlorātu, lai oksidētu četrvērtīgo U4+ par sešvērtīgo uranilu (UO22+). Parasti U 4+ oksidēšanai pietiek ar aptuveni 5 kg mangāna dioksīda vai 1,5 kg nātrija hlorāta uz tonnu. Jebkurā gadījumā oksidētais urāns reaģē ar sērskābi, veidojot uranilsulfāta kompleksa anjonu 4-.

Rūdas, kas satur ievērojamu daudzumu būtisku minerālu, piemēram, kalcītu vai dolomītu, izskalo ar 0,5–1 molāru nātrija karbonāta šķīdumu. Lai gan ir pētīti un pārbaudīti dažādi reaģenti, galvenais urāna oksidētājs ir skābeklis. Parasti rūda tiek izskalota gaisā plkst atmosfēras spiediens un 75-80 °C temperatūrā uz laika periodu, kas atkarīgs no konkrētā ķīmiskais sastāvs. Sārms reaģē ar urānu, veidojot viegli šķīstošu kompleksu jonu 4-.

Šķīdumi, kas rodas skābes vai karbonāta izskalošanās rezultātā, pirms turpmākās apstrādes ir jādzidrina. Mālu un citu rūdu vircu liela mēroga atdalīšana tiek panākta, izmantojot efektīvus flokulācijas līdzekļus, tostarp poliakrilamīdus, guāra sveķus un dzīvnieku līmi.

Ekstrakcija

4 un 4 kompleksu jonus var sorbēt no to attiecīgajiem jonu apmaiņas sveķu izskalošanās šķīdumiem. Šos īpašos sveķus, kam raksturīga to sorbcijas un eluēšanas kinētika, daļiņu izmērs, stabilitāte un hidrauliskās īpašības, var izmantot dažādas tehnoloģijas apstrāde, piemēram, nekustīgā un kustīgā gultnē, ar jonu apmaiņas sveķu metodi grozā un vienlaidu celulozes veidā. Parasti sorbētā urāna eluēšanai izmanto nātrija hlorīda un amonjaka vai nitrātu šķīdumus.

Urānu var izolēt no skābiem rūdas šķidrumiem, ekstrahējot ar šķīdinātāju. Rūpniecībā izmanto alkilfosforskābes, kā arī sekundāros un terciāros alkilamīnus. Parasti skābes filtrātiem, kas satur vairāk nekā 1 g/l urāna, priekšroka tiek dota ekstrakcijai ar šķīdinātāju, nevis ar jonu apmaiņas metodēm. Tomēr šī metode nav piemērojama karbonāta izskalošanai.

Pēc tam urānu attīra, izšķīdinot slāpekļskābē, veidojot uranilnitrātu, ekstrahē, kristalizē un kalcinē, veidojot UO 3 trioksīdu. Reducēts dioksīds UO2 reaģē ar ūdeņraža fluorīdu, veidojot tetafluorīdu UF4, no kura urāna metālu reducē magnijs vai kalcijs 1300 °C temperatūrā.

Tetrafluorīdu var fluorēt 350 °C temperatūrā, veidojot UF 6 heksafluorīdu, ko izmanto, lai atdalītu bagātinātu urānu-235 ar gāzveida difūziju, gāzu centrifugēšanu vai šķidruma termisko difūziju.

Rakstā ir runāts par to, kad tika atklāts ķīmiskais elements urāns un kādās nozarēs šī viela tiek izmantota mūsu laikā.

Urāns ir enerģētikas un militārās rūpniecības ķīmiskais elements

Visos laikos cilvēki ir mēģinājuši atrast ļoti efektīvus enerģijas avotus un ideālā gadījumā radīt t.s. Diemžēl tā pastāvēšanas neiespējamība tika teorētiski pierādīta un pamatota jau 19. gadsimtā, taču zinātnieki joprojām nezaudēja cerību apzināties. sapnis par kaut kādu ierīci, kas ļoti ilgu laiku spētu piegādāt lielu daudzumu “tīras” enerģijas.

Tas daļēji tika realizēts, atklājot tādu vielu kā urāns. Ķīmiskais elements ar šo nosaukumu veidoja pamatu kodolreaktoru attīstībai, kas mūsdienās nodrošina enerģiju veselām pilsētām, zemūdenēm, polārkuģiem utt. Tiesa, viņu enerģiju nevar saukt par “tīru”, bet pēdējie gadi Daudzi uzņēmumi izstrādā kompaktas "atomu baterijas", kuru pamatā ir tritijs, plašai tirdzniecībai - tām nav kustīgu daļu un tās ir drošas veselībai.

Tomēr šajā rakstā mēs detalizēti izpētīsim ķīmiskā elementa, ko sauc par urānu, atklāšanas vēsturi un tā kodolu skaldīšanas reakciju.

Definīcija

Urāns ir ķīmisks elements, kam ir atomskaitlis 92 Mendeļejeva periodiskajā tabulā. Tā atomu masa ir 238,029. To apzīmē ar simbolu U. Normālos apstākļos tas ir blīvs, smags metāls ar sudrabainu krāsu. Ja mēs runājam par tā radioaktivitāti, tad pats urāns ir elements ar vāju radioaktivitāti. Tas nesatur arī pilnīgi stabilus izotopus. Un par stabilāko no esošajiem izotopiem tiek uzskatīts urāns-338.

Mēs esam sapratuši, kas ir šis elements, un tagad mēs apskatīsim tā atklāšanas vēsturi.

Stāsts

Tāda viela kā dabiskais urāna oksīds cilvēkiem ir pazīstama jau no seniem laikiem, un senie amatnieki no tās veidoja glazūru, ar kuru klāja dažādus keramikas izstrādājumus, lai ūdensizturētu traukus un citus izstrādājumus, kā arī tos dekorētu.

Svarīgs datums šī ķīmiskā elementa atklāšanas vēsturē bija 1789. gads. Toreiz ķīmiķis un vācietis Martins Klaprots varēja iegūt pirmo metālisko urānu. Un jaunais elements saņēma savu nosaukumu par godu astoņus gadus agrāk atklātajai planētai.

Gandrīz 50 gadus tolaik iegūtais urāns tika uzskatīts par tīru metālu, tomēr 1840. gadā franču ķīmiķis Eižens Melhiors Peligo spēja pierādīt, ka Klaprota iegūtais materiāls, neskatoties uz piemērotu. ārējās pazīmes, nav metāls, bet gan urāna oksīds. Nedaudz vēlāk tas pats Peligo saņēma īstu urānu - ļoti smagais metāls pelēks. Toreiz pirmo reizi tika noteikts tādas vielas kā urāna atomsvars. Ķīmisko elementu 1874. gadā ievietoja Dmitrijs Mendeļejevs savā slavenajā elementu periodiskajā tabulā, Mendeļejevam divkāršojot vielas atommasu. Un tikai 12 gadus vēlāk tika eksperimentāli pierādīts, ka viņš savos aprēķinos nav kļūdījies.

Radioaktivitāte

Bet patiesi plašā interese par šo elementu zinātnieku aprindās sākās 1896. gadā, kad Bekerels atklāja faktu, ka urāns izstaro starus, kas tika nosaukti pētnieka vārdā – Bekerela stari. Vēlāk viena no slavenākajām zinātniecēm šajā jomā Marija Kirī šo parādību nosauca par radioaktivitāti.

Par nākamo nozīmīgo datumu urāna izpētē tiek uzskatīts 1899. gads: tieši tad Rezerfords atklāja, ka urāna starojums ir neviendabīgs un iedalās divos veidos – alfa un beta staros. Gadu vēlāk Pols Viljars (Villards) atklāja trešo un pēdējo mums šodien zināmo radioaktīvā starojuma veidu – tā sauktos gamma starus.

Septiņus gadus vēlāk, 1906. gadā, Raterfords, pamatojoties uz savu radioaktivitātes teoriju, veica pirmos eksperimentus, kuru mērķis bija noteikt dažādu minerālu vecumu. Šie pētījumi cita starpā lika pamatu teorijas un prakses veidošanai

Urāna kodola skaldīšana

Bet droši vien svarīgākais atklājums, pateicoties kam sākās plaši izplatīta urāna ieguve un bagātināšana gan miermīlīgiem, gan militāriem nolūkiem, ir urāna kodolu skaldīšanas process. Tas notika 1938. gadā, atklājumu veica vācu fiziķi Otto Hāns un Frics Strasmans. Vēlāk šī teorija guva zinātnisku apstiprinājumu vēl vairāku vācu fiziķu darbos.

Viņu atklātā mehānisma būtība bija šāda: ja jūs apstarojat urāna-235 izotopa kodolu ar neitronu, tad, notverot brīvu neitronu, tas sāk dalīties. Un, kā mēs visi tagad zinām, šo procesu pavada kolosāla enerģijas daudzuma atbrīvošanās. Tas notiek galvenokārt tāpēc, kinētiskā enerģija pats starojums un kodolfragmenti. Tātad tagad mēs zinām, kā notiek urāna kodolu skaldīšanās.

Šī mehānisma atklāšana un tā rezultāti ir sākumpunkts urāna izmantošanai gan miermīlīgiem, gan militāriem mērķiem.

Ja mēs runājam par tā izmantošanu militāriem mērķiem, tad pirmo reizi teorija, ka ir iespējams radīt apstākļus tādam procesam kā nepārtraukta urāna kodola dalīšanās reakcija (kopš detonācijai kodolbumba ir vajadzīga milzīga enerģija), pierādīja padomju fiziķi Zeldovičs un Haritons. Bet, lai radītu šādu reakciju, urāns ir jābagātina, jo normālā stāvoklī tam nepiemīt nepieciešamās īpašības.

Mēs esam iepazinušies ar šī elementa vēsturi, tagad izdomāsim, kur tas tiek izmantots.

Urāna izotopu pielietojumi un veidi

Pēc tāda procesa kā urāna ķēdes skaldīšanas reakcijas atklāšanas fiziķi saskārās ar jautājumu, kur to var izmantot?

Pašlaik ir divas galvenās jomas, kurās tiek izmantoti urāna izotopi. Tā ir miermīlīgā (vai enerģētikas) nozare un militārā nozare. Gan pirmajā, gan otrajā tiek izmantota urāna-235 izotopa reakcija, atšķiras tikai izejas jauda. Vienkārši sakot, kodolreaktorā nav nepieciešams izveidot un uzturēt šo procesu ar tādu pašu jaudu, kāda nepieciešama kodolbumbas uzspridzināšanai.

Tātad ir uzskaitītas galvenās nozares, kas izmanto urāna skaldīšanas reakciju.

Bet urāna-235 izotopa iegūšana ir neparasti sarežģīts un dārgs tehnoloģisks uzdevums, un ne katra valsts var atļauties būvēt bagātināšanas rūpnīcas. Piemēram, lai iegūtu divdesmit tonnas urāna degvielas, kurā urāna 235 izotopa saturs būs no 3-5%, būs nepieciešams bagātināt vairāk nekā 153 tonnas dabiskā, “neapstrādātā” urāna.

Urāna-238 izotops galvenokārt tiek izmantots kodolieroču konstruēšanā, lai palielinātu to jaudu. Turklāt, kad tas uztver neitronu ar sekojošu beta sabrukšanas procesu, šis izotops galu galā var pārvērsties par plutoniju-239, kas ir izplatīta degviela lielākajai daļai mūsdienu kodolreaktoru.

Neraugoties uz visiem šādu reaktoru trūkumiem (augstās izmaksas, apkopes grūtības, avāriju risks), to darbība atmaksājas ļoti ātri, turklāt tie ražo nesalīdzināmi vairāk enerģijas nekā klasiskās termoelektrostacijas vai hidroelektrostacijas.

Reakcija ļāva arī izveidot kodolieročus masu iznīcināšana. Tas izceļas ar milzīgo spēku, relatīvo kompaktumu un to, ka tas spēj padarīt lielas zemes platības nepiemērotas cilvēku dzīvošanai. Tiesa, mūsdienu atomieročos izmanto plutoniju, nevis urānu.

Noplicināts urāns

Ir arī urāna veids, ko sauc par noplicinātu. Tam ir ļoti zems radioaktivitātes līmenis, kas nozīmē, ka tas nav bīstams cilvēkiem. To atkal izmanto militārajā sfērā, piemēram, pievieno amerikāņu tanka Abrams bruņām, lai piešķirtu tai papildu spēku. Turklāt gandrīz visās augsto tehnoloģiju armijās var atrast dažādas Papildus lielajai masai tiem ir vēl viena ļoti interesanta īpašība - pēc šāviņa iznīcināšanas tā lauskas un metāla putekļi spontāni aizdegas. Un, starp citu, šāds šāviņš pirmo reizi tika izmantots Otrā pasaules kara laikā. Kā redzam, urāns ir elements, kas ir atradis pielietojumu visdažādākajās cilvēka darbības jomās.

Secinājums

Pēc zinātnieku prognozēm, ap 2030.gadu visas lielās urāna atradnes būs pilnībā izsmeltas, pēc tam sāksies tā grūti sasniedzamo slāņu veidošanās un cenas celšanās. Starp citu, tas pats par sevi ir absolūti nekaitīgs cilvēkiem - daži kalnrači ir strādājuši pie tā ieguves veselām paaudzēm. Tagad mēs saprotam šī ķīmiskā elementa atklāšanas vēsturi un to, kā tiek izmantota tā kodolu skaldīšanas reakcija.

Starp citu, tas ir zināms interesants fakts- urāna savienojumi ilgu laiku izmantoja kā krāsas porcelānam un stiklam (tā saukta līdz 1950. gadiem).

Pēdējos gados kodolenerģijas tēma ir kļuvusi arvien aktuālāka. Lai ražotu kodolenerģiju, parasti tiek izmantots tāds materiāls kā urāns. Tas ir ķīmiskais elements, kas pieder aktinīdu ģimenei.

Šī elementa ķīmiskā aktivitāte nosaka to, ka tas nav ietverts brīvā formā. Tās ražošanai tiek izmantoti minerālu veidojumi, ko sauc par urāna rūdām. Tajos tiek koncentrēts tāds degvielas daudzums, kas ļauj šī ķīmiskā elementa ieguvi uzskatīt par ekonomiski racionālu un izdevīgu. Šobrīd mūsu planētas zarnās šī metāla saturs pārsniedz zelta rezerves 1000 reizes(cm.). Kopumā šī ķīmiskā elementa nogulsnes augsnē, ūdens vidē un klintīs tiek lēstas vairāk nekā 5 miljoni tonnu.

Brīvā stāvoklī urāns ir pelēkbalts metāls, kam raksturīgas 3 allotropas modifikācijas: rombveida kristāliski, tetragonāli un uz ķermeni centrēti kubiskie režģi. Šī ķīmiskā elementa viršanas temperatūra ir 4200 °C.

Urāns ir ķīmiski aktīvs materiāls. Gaisā šis elements lēnām oksidējas, viegli šķīst skābēs, reaģē ar ūdeni, bet nesadarbojas ar sārmiem.

Urāna rūdas Krievijā parasti klasificē pēc dažādas zīmes. Visbiežāk tie atšķiras izglītības ziņā. Jā tur ir endogēnās, eksogēnās un metamorfogēnās rūdas. Pirmajā gadījumā tie ir minerālu veidojumi, kas veidojas augstas temperatūras, mitruma un pegmatīta kušanas ietekmē. Eksogēni urāna minerālu veidojumi rodas virsmas apstākļos. Tie var veidoties tieši uz zemes virsmas. Tas notiek gruntsūdeņu cirkulācijas un nogulumu uzkrāšanās dēļ. Metamorfogēni minerālu veidojumi parādās sākotnēji izkliedētā urāna pārdales rezultātā.

Atbilstoši urāna satura līmenim šie dabiskie veidojumi var būt:

• īpaši bagāts (virs 0,3%);
• bagāts (no 0,1 līdz 0,3%);
• privātpersonas (no 0,05 līdz 0,1%);
• slikti (no 0,03 līdz 0,05%);
• ārpusbilances (no 0,01 līdz 0,03%).

Mūsdienu urāna izmantošanas veidi

Mūsdienās urānu visbiežāk izmanto kā degvielu raķešu dzinēji un kodolreaktori. Ņemot vērā šī materiāla īpašības, tas ir paredzēts arī kodolieroča jaudas palielināšanai. Šis ķīmiskais elements ir atradis savu pielietojumu arī glezniecībā. To aktīvi izmanto kā dzeltenus, zaļus, brūnus un melnus pigmentus. Urāns tiek izmantots arī bruņu caurduršanas šāviņu serdeņu izgatavošanai.

Urāna rūdas ieguve Krievijā: kas tam nepieciešams?

Radioaktīvo rūdu ieguve tiek veikta, izmantojot trīs galvenās tehnoloģijas. Ja rūdas atradnes koncentrējas pēc iespējas tuvāk zemes virsmai, tad to ieguvei ierasts izmantot atklātās bedres tehnoloģiju. Tas ietver buldozeru un ekskavatoru izmantošanu, kas izrok caurumus liels izmērs un iekraut iegūtos minerālus pašizgāzējos. Tad tas tiek nosūtīts uz apstrādes kompleksu.

Kad šis minerālu veidojums atrodas dziļi, ir ierasts izmantot pazemes ieguves tehnoloģiju, kas ietver līdz 2 kilometrus dziļas raktuves izveidi. Trešā tehnoloģija būtiski atšķiras no iepriekšējām. Izskalošana zemē, lai izveidotu urāna atradnes, ietver urbumu urbšanu, caur kuru sērskābe tiek iesūknēta atradnēs. Tālāk tiek urbta vēl viena aka, kas nepieciešama, lai iegūto šķīdumu sūknētu uz zemes virsmu. Pēc tam tas iziet sorbcijas procesu, kas ļauj savākt šī metāla sāļus uz īpašiem sveķiem. SPV tehnoloģijas pēdējais posms ir sveķu cikliskā apstrāde ar sērskābi. Pateicoties šai tehnoloģijai, šī metāla koncentrācija kļūst maksimāla.

Urāna rūdas atradnes Krievijā

Krievija tiek uzskatīta par vienu no pasaules līderiem urāna rūdu ieguvē. Pēdējo desmitgažu laikā Krievija šajā rādītājā pastāvīgi ir ierindojusies starp 7 labākajām valstīm.

Lielākās šo dabisko minerālu veidojumu atradnes ir:

Lielākās urāna ieguves atradnes pasaulē - vadošās valstis

Austrālija tiek uzskatīta par pasaules līderi urāna ieguvē. Šajā stāvoklī ir koncentrēti vairāk nekā 30% no visām pasaules rezervēm. Lielākās Austrālijas atradnes ir Olympic Dam, Beverly, Ranger un Honemoon.

Austrālijas galvenā konkurente ir Kazahstāna, kurā ir gandrīz 12% no pasaules degvielas rezervēm. Kanādā un Dienvidāfrikā katrā ir 11% no pasaules urāna rezervēm, Namībijā - 8%, Brazīlijā - 7%. Pirmo septītnieku noslēdz Krievija ar 5%. Līderu sarakstā ir arī tādas valstis kā Namībija, Ukraina un Ķīna.

Pasaulē lielākās urāna atradnes ir:

Urāna rūdas rezerves un ražošanas apjomi Krievijā

Izpētītās urāna rezerves mūsu valstī tiek lēstas vairāk nekā 400 tūkstošu tonnu apmērā. Tajā pašā laikā prognozētie resursi ir vairāk nekā 830 tūkstoši tonnu. Uz 2017. gadu Krievijā ir 16 urāna atradnes. Turklāt 15 no tiem ir koncentrēti Transbaikalijā. Par galveno urāna rūdas atradni tiek uzskatīts Streltsovskas rūdas lauks. Lielākajā daļā vietējo atradņu ražošana tiek veikta, izmantojot šahtas metodi.

• Urāns tika atklāts 18. gadsimtā. 1789. gadā vācu zinātniekam Martinam Klaprotam izdevās no rūdas ražot metālam līdzīgu urānu. Interesanti, ka šis zinātnieks ir arī titāna un cirkonija atklājējs.
• Urāna savienojumus aktīvi izmanto fotogrāfijas jomā. Šis elements tiek izmantots, lai krāsotu pozitīvos un uzlabotu negatīvos.
• Galvenā atšķirība starp urānu un citiem ķīmiskajiem elementiem ir tā dabiskā radioaktivitāte. Urāna atomi laika gaitā mēdz mainīties neatkarīgi. Tajā pašā laikā tie izstaro cilvēka acij neredzamus starus. Šos starus iedala 3 veidos – gamma, beta un alfa starojumā (sk.).