Уран (елемент)

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Емблема за пояснителна страница Вижте пояснителната страница за други значения на Уран.

Уран
Уран – сребристо-сив метал
Сребристо-сив метал
Спектрални линии на уран
ПротактинийУранНептуний
Nd

U

(Uqh)
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Уран, U, 92
Група, период, блок –, 7f
Химическа серия актинид
Електронна конфигурация [Rn] 5f3 6d1 7s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
CAS номер 7440-61-1
Свойства на атома
Атомна маса 238,02891 u
Атомен радиус 175  pm
Ковалентен радиус 196±7 pm
Радиус на ван дер Ваалс 186 pm
Степен на окисление 6, 5, 4, 3, 2, 1
Оксид U3O8 и UO3 (амфотерни);
UO2 (слабо основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,38
Йонизационна енергия I: 597,6 kJ/mol
II: 1420 kJ/mol
III: 1900 kJ/mol
IV: 3145 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Алотропи α-U (до 668 °C);
β-U (668 – 775 °C);
γ-U (775 – 1132 °C) [1]
Кристална структура
(α-уран)[1]
ромбична
Кристална структура
(γ-уран)[1]
кубична обемноцентрирана
Плътност 19100 kg/m3
Температура на топене 1405,3 K (1132,3 °C)
Температура на кипене 4404 K (4131 °C)
Моларен обем 12,5×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене 9,14 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 417,1 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
Скорост на звука 3155 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет 116 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 3,6×106 S/m при 0 °C
Специф. ел. съпротивление 0,28 Ω.mm2/m при 0 °C
Топлопроводимост 27,5 W/(m·K)
Магнетизъм парамагнитен[2]
Модул на еластичност 208 GPa
Модул на срязване 111 GPa
Модул на свиваемост 100 GPa
Коефициент на Поасон 0,23
Твърдост по Моос 6
Твърдост по Викерс 1960 – 2500 MPa
Твърдост по Бринел 2350 – 3850 MPa
История
Наименуван на планетата Уран
Откритие Мартин Клапрот
(1789 г.)
Изолиране Йожен Пелижо
(1841 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
232U синт. 68,9 г. α 228Th
СД разни
233U радио 1,592×105 г. α 229Th
СД разни
234U 0,006 % 2,455×105 г. α 230Th
СД разни
235U 0,72 % 7,04×108 г. α 231Th
СД разни
236U радио 2,342×107 г. α 232Th
СД разни
238U 99,274 % 4,468×109 г. α 234Th
СД разни
β-β- 238Pu

Уранът е тежък, силно токсичен, радиоактивен метал с блясък. Означава се с U и е 92-рият елемент в периодичната система, принадлежащ на групата на актинидите. Има плътност 19,1 g/cm3, топи се при 1132,2 °C и кипи при 4131 °C. Уранът се среща в малки количества в природата и живите организми (включително и хората). Ядрото на неговия изотоп уран-235 (235
92
U) е „четно-нечетен“, което го характеризира като нестабилен, дели се спонтанно. Концентрацията на 235
92
U в природния уран е 0,711 %, концентрация твърде недостатъчна за производство на ядрено гориво (с изключение на ядреното гориво за някои реактори които използват природен уран като гориво). Повишаване на концентрацията на 235
92
U се извършва в т.нар. „радиохимични заводи“ в „разделителни каскади“. Работата на „разделителните каскади“ е основана на физическите свойства на изотопа (изотопите на даден химичен елемент имат едни и същи химически свойства), а именно теглото (респ. атомната маса). Продуктите, които излизат от разделителната каскада са „обогатен“ уран и „обеднен“ уран. Концентрацията на 235
92
U в „обогатения“ е по-висока от тази на природния, а в „обеднения“ е под тази на природния. Чрез просто уравнение може да се определи количеството на материала (0,741 % 235
92
U) на входа и броя на стъпалата на каскадата, необходими за получаване на определено количество материал на изхода от каскадата с предварително зададена концентрация на 235
92
U.

Обикновено уранът се среща с 4 и 6 валентност. Среща се в кисела и алкална среда. При първата наблюдаваме 1-ви тип находища, а при 2-рия – съответно втори тип. В България има и от двата типа находища,[3] но преобладават киселите. Окислението на урана чрез ферийоните се извършва с много висока скорост. Разтворимата фаза на урана се нарича уранил сулфат. Уранът поддържа хемолитотрофен метаболизъм. Той служи като източник на енергия от химичен произход. В кисела среда се разтваря чрез косвен и пряк механизъм. Пречистването на водите от този химичен елемент става чрез сорбцията му от органични и неорганични сорбенти. Биологичното разтваряне на урана е от голямо значение, то не се използва за добив на U, а за пречистване на води и почви.

Най-големите производители на уран в света са Казахстан (41 % от световното производство), Канада, Австралия, Нигер, Намибия и Русия.[4]

Откриване[редактиране | редактиране на кода]

През 18 век била известна руда, наречена „уранова смола“, която представлява черен тежък минерал.[5] Предполагало се е, че тя се състои от цинк и желязо.[5] С първите изследвания на този минерал се заел немският химик-аналитик Мартин Хайнрихт Клапрот през 1789 г.[5] В началото той стигнал до заключението, че в рудата има субстанция, съдържаща нов неизвестен метал. След продължителна химична обработка той получил малки зрънца, които били оксид на новия метал. Клапрот нарекъл новия метал „уран“ в чест на новооткритата няколко години преди това (1781 г.) планета Уран.[5] През 1841 г. французинът Южен Мелшиор Пелиго отделил чист уран чрез редукция на уранов тетрахлорид (UCl4) с калай.[5]

През 1896 г. френският физик Анри Бекерел открива радиоактивността му, поставяйки началото на новата съдба на урана – метал от новата история на човечеството.[5]

Разпространение[редактиране | редактиране на кода]

Съдържанието на урана в земната кора е 2,4×10-4%, с което е на около 48-о място по разпространение. Той е силно разсеян в океаните и моретата, почвата, скалните образувания, растителните и животинските организми. Най-важните минерали, съдържащи уран са: уранова смола (съдържа до 90% U3O8), уранит (до 65 – 75% UO2•UO3), ураноторианит (4 – 34% смес на уранови оксиди), силикат, каронлит и много други.[5]

Най-важните залежи на уранови минерали са в Конго, Канада, Колорадо, Мадагаскар, Бохемия и Австралия.[5]

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

При нормални температура и налягане уранът е тежък, сребристосив метал с метален блясък. Температурата му на топене е 1135 °С, а на кипене 4131 °С. Специфичното му тегло е 19 g/cm3 (изчислено 19,04 g/cm3 и измерено 18,95 g/cm3).[5] Притежава слаби парамагнитни свойства при 0,7 К.[5]

Алотропни модификации[редактиране | редактиране на кода]

Металният уран кристализира в три алотропни форми: орторомбичен α-уран, устойчив до 665 °С; β-уран, тетрагонален, превръщащ се в кубчен обемноцентричен γ-уран.[5] Модификациите α- и β-уран се отличават с ярко изразена анизотропия, при което някои свойства, напр. коефициенът на топлинно разширение, се отличават по различите направления на осите на симетрия.[5]

Изотопи[редактиране | редактиране на кода]

В природата уранът има само радиоактивни изотопи.

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Уранът е радиоактивен химичен елемент с атомен номер 92 и символ U от групата на актинидите. Има атомно тегло 238,0289.[5] Последните три обвивки на урана имат структурата 5s25p65f36s26p66d17s2. Прибавя се електрон към 5f-подслоя, характерно за актинидите.[5]

Уранът се разтваря в киселини, но не и в основи. Важни окислителни състояния са +4 (като UO2) и +6 (като UO3). Възможни са също +3 и +5, но тези съединения са нестабилни.[5]

Взаимодействие на уран с неметали

Чист уран се получава от UO2. Обработва се прах от уранов диоксид с газообразен флуороводород при 550 °С, при което се получават уранов тетрафлуорид и водна пара по следната реакция:[5]

.

Следва процес, при който флуоридът се редуцира с магнезий – гранулиран UF4 и фино надробен магнезий в излишък се загряват до 700 °С. Протича екзотермична реакция и отделената топлина е достатъчна да разтопи сместа, която е главно уран и шлака от магнезиев дифлуорид:[5]

.

Уран може да се получи и чрез електролиза на уранов тетрафлуорид.[5]

Уранът образува голямо количество бинарни и тройни сплави с много метали, твърди разтвори и интерметални съединения.[5] Той образува хидриди, бориди, карбиди, силициди, фосфиди, халогениди, нитриди, оксиди и т.н.[5]

Приложение[редактиране | редактиране на кода]

Десетилетия наред уранът е нямал практическо приложение. Менделеев го поставил на последно място в периодичната система, като поправил атомното му тегло от приетото тогава 120 на 240.[5] През 1896 г. е открита радиоактивността му, която в последствие дала практическото му приложение.[5]

Добив на уран в България[редактиране | редактиране на кода]

В България добивът на уран води началото си от мина Бухово (Област София), където през 1938 г. Третият райх започва добивни работи за да получи суровина за ядрената си програма. След края на Втората световна война Народна република България започва да изнася добитата суровина за СССР. През следващите години са открити още множество находища в Стара Планина, Родопите и другаде. През 1988 г. в България работят 47 уранови мини, с общ добив от 662 тона за съответната година, което е било 1,5 % от световния добив. През 1992 г. добивът на уран в република България е преустановен и обявен за икономически неизгоден. Към 2014 г. доказаните запаси уран на територията на България се равняват на 35 374 тона. Най-големите находища са Бухово, Симитли, Елешница, Момино, Белозем, Симеоновград и Смолян.[6]

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. а б в Rollett 2008.
  2. Lide 2005.
  3. STOPATOM .
  4. WNA .
  5. а б в г д е ж з и к л м н о п р с т у ф х ц Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издатилство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2011. ISBN 978-954-322-831-7. с. 15 – 201.
  6. Диков 2014.
Използвана литература