Урану потребовалось немалое время, чтобы стать востребованным человеком. Веками богатую им руду сваливали в кучи пустого камня возле европейских шахт.
После открытия элемента в конце XVIII века его использовали для того, чтобы красить стекло и обеденные тарелки. В первой половине XX века ученые начали исследовать потенциал урана как источника энергии, и он получил свое место среди элементов, определивших начало «атомной эры», в которой мы живем и по сей день.
Это самый тяжелый элемент, естественным образом возникший во Вселенной
С его 92 протонами в ядре, уран является самым тяжелым элементом. Его вес привел к тому, что когда-то судостроители использовали его в качестве балласта на корабельных килях. Если бы нечто подобное было сделано в наши дни, то заход в порт такого корабля привел бы в состояние боевой готовности войска.
Уран был впервые найден в XVI веке в серебряных шахтах на территории современной Чешской Республики.
- Обычно он появлялся там, где заканчивалась серебряная жила, за что получил прозвище «камень неприятности».
В 1789 году Мартин Клапрот, германский химик, проанализировал образцы минералов из шахт и выделил то, что назвал «странным веществом с некоторыми свойствами металла». Это был диоксид урана. Он назвал новое вещество ураном в честь недавно открытой планеты, носившей такое же имя.
Уран. Химия – просто
Французский физик Анри Беккерель открыл радиоактивные свойства урана и радиоактивность как таковую в 1896 году. Он оставил уранилсульфат калия, разновидность соли, на фотографической пластинке в ящике и заметил, что уран оставил на ней такие же следы, какие могло оставить солнце. Это означало, что от урана исходит излучение.
Преображения урана подтвердили некоторые утверждения алхимиков
Уран распадается и превращается в некоторые другие элементы, такие как радий, радон, полоний. Всего таких превращений у него может быть 14. Все они радиоактивны. Последнее превращение урана делает его свинцом.
До того, как Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди открыли это его свойство, превращение одного элемента в другой упоминалось только в книгах алхимиков.
Уран чрезвычайно нестабилен
Атом урана настолько перегружен, что при малейшей возможности начинает отрывать куски от себя, как обезумевший человек делает это со своими одеждой и волосами. В попытке достичь состояния покоя он выбрасывает заряды двух протонов и двух нейтронов с такой скоростью, что они могли бы обогнуть Землю за две секунды.
Следы урана могут быть найдены в камнях, почве и воде
Он встречается в корнях растений и рыбах. Почки берут на себя работу по удалению его из крови с таким усердием, что этот процесс сам по себе может повредить их клетки. После короткого и слабого воздействия урана почки легко восстанавливаются.
Наша планета сама создала собственные ядерные реакторы миллиарды лет назад
Основываясь на периоде полураспада урана-235, ученые пришли к выводу, что примерно два миллиарда лет назад в руде было около трех процентов урана. Этого было достаточно, чтобы запустить ядерные реакции по меньшей мере в 16 местах, которые продолжались с перерывами на протяжении сотен тысяч лет.
Уран для АЭС
Примерный выход энергии составлял менее 100 киловатт, что в несколько раз меньше, чем сегодня тратит за месяц средняя семья.
Источник: www.ecosever.ru
Уран химический элемент почему так назван
17 апреля 2015
Уран — один из самых удивительных металлов, возможности которого далеко не сразу были осознаны человечеством. Мало кто знает, что уран известен людям еще с античных времен. Именно благодаря его свойствам на рубеже XIX и XX веков произошел коренной перелом в физике, а затем в середине XX века изменился общий ход истории и само мироустройство. Сегодня земную цивилизацию уже невозможно себе представить без урана и той энергии, которая скрыта в его ядре.
Две тысячи лет назад, когда люди еще не знали, что урана надо бояться (тогда, впрочем, он не назывался ураном), они смело применяли природный оксид урана в качестве красителя. Этот оксид придавал красивый желтый цвет глазури, которой покрывали керамические изделия. Кучу таких желтеньких черепков археологи нашли на месте развалин Помпеи.
Когда керамические амфоры ушли в прошлое, из оксида урана стали делать краски для живописи по фарфору. Художники также покрывали полотна желтым пигментом, который был не чем иным, как уранатом натрия. С появлением стекольной промышленности оксидом урана стали окрашивать в веселый зеленый цвет стекла. Как видим, ничего пугающего или таинственного.
Содержание урана в земной коре составляет 0,0003%. В поверхностном слое земли встречается четыре вида урансодержащих отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так как радий является прямым продуктом изотопного распада урана.
Такие жилы встречаются в Заире, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий.
Большие месторождения этих руд находятся в Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды встречаются в западных штатах США.
Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвертый источник отложений. Богатые отложения обнаружены в глинистых сланцах Швеции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, как и фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике, в которых урана еще больше.
Многие лигниты (слабоуглефицированная ископаемая древесина бурого цвета, сохранившая анатомическое строение растительных тканей) и некоторые угли также содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии. Россия по запасам урана занимает третье место в мире (после Австралии и Казахстана).
Во времена Средневековья живописцев и стекольщиков мало волновал вопрос, что именно содержится в их красках — ведь про уран еще ничего не знали. Первый шаг в открытии и изучении урана был сделан в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом. Он сумел получить из смоляной руды черное металлоподобное вещество и окрестил его ураном в честь не так давно открытой планеты.
Позже оказалось, что это был не сам уран, а его окисел. Металлический уран впервые был получен в лаборатории французского химика Юджина Пелиго лишь через 50 лет после открытия Клапрота. И это было не металлоподобное вещество, а тяжелый металл серо-стального цвета, ковкий и гибкий.
Следующий этап изучения урана приходится на конец XIX века, и он связан с именем французского физика Анри Беккереля. Он долгое время занимался изучением различных флюоресцирующих веществ, которые под влиянием солнечного освещения начинают излучать свой собственный, характерный для каждого такого вещества свет. Казалось бы, при чем здесь уран?
Тут необходимо сделать небольшое отступление. Дело в том, что в 1895 году Вильгельм Конрад Рентген открыл таинственные Х-лучи. Они возникали в вакуумированной запаянной стеклянной трубке с электродами на концах, когда на эти электроды подавалось высокое напряжение.
Эти лучи, известные сейчас как рентгеновские, проникали сквозь большинство материалов и засвечивали фотографические пластинки, завернутые в светонепроницаемую черную бумагу. В то время ученые, конечно, еще не знали, что электроны вырываются из отрицательного электрода (катода), разгоняются электрическим полем, бомбардируют анод и в результате этого из анода могут испускаться рентгеновские лучи. Однако несмотря на непонимание внутреннего механизма явления, сразу было замечено, что возникновение невидимых Х-лучей сопровождалось желтовато-зеленым свечением стекла, которое напоминало свет флюоресцирующих веществ. Было даже высказано предположение, что рентгеновские лучи как раз и есть продукт флюоресценции, то есть они существуют всегда, когда есть флюоресценция. Сейчас, в свете наших знаний о строении атома и природе рентгеновских лучей, эта мысль кажется нелепой, но в то время, когда природа этих лучей была неизвестна, такое предположение казалось вполне естественным.
Итак, Анри Беккерель решил проверить, сможет ли испускать рентгеновские лучи люминесцентный материал, «заряженный» не катодным излучением, а обычным солнечным светом. Беккерель взял фотографическую пластинку, завернул в черную бумагу и положил сверху небольшое количество люминесцентного материала. Можно, конечно, сказать, что Беккерелю повезло. К великому счастью для потомков (а может быть, и к несчастью), из всех возможных светящихся соединений Беккерель выбрал одну из солей урана — сульфат уранила калия. Физик вынес свою конструкцию на солнечный свет и продержал несколько часов.
Вернувшись в лабораторию, Беккерель развернул бумагу и с удовлетворением отметил, что фотопластинка оказалась засвеченной. Предполагаемое присутствие рентгеновских лучей было налицо. Решив провести всесторонние исследования, Беккерель подготовил несколько одинаковых фотопластинок, завернутых в черную бумагу.
Только теперь он взял для каждой пластинки разные люминесцентные препараты. Однако среди них был и всё тот же сульфат уранила калия. Сложив все подготовленные материалы в темную тумбочку, Беккерель стал выносить пластинки по очереди на улицу.
К великой досаде, как бы хорошо ни светились под воздействием солнечного света препараты, на фотопластинках не появлялось ни малейших следов рентгеновского излучения. Поразмыслив немного, физик вернулся в лабораторию, достал из темной тумбочки дожидающуюся своего часа пластинку с солью урана и проявил ее, не вынося на свет. Пластинка оказалась засвеченной.
Беккерель начал экспериментировать с различными соединениями урана и совершенно точно установил, что сила излучения препарата напрямую зависит от количества содержащегося в нем урана (чистый уран излучал в четыре раза сильнее, чем его соль) и что интенсивность излучения урана не падает со временем. Так Беккерель, во-первых, доказал, что рентгеновское излучение никак не связано с люминесценцией, а во-вторых — открыл новый тип излучения, которому дали неоригинальное название лучей Беккереля. Несколькими годами позже излучение получило новое название — «радиоактивность», придуманное француженкой польского происхождения Марией Склодовской-Кюри.
Уран — самый тяжелый элемент, найденный в природе. Чистый металл очень плотный, пластичный, с малой электропроводностью и высокой реакционной способностью. Уран имеет три аллотропные модификации: α-уран (орторомбическая кристаллическая решетка) существует в интервале от комнатной температуры до 668°С; β-уран (сложная кристаллическая решетка тетрагонального типа), устойчивый в интервале 668–774°С; γ-уран (объемноцентрированная кубическая кристаллическая решетка), устойчивый от 774° С вплоть до температуры плавления (1132°С). Поскольку все изотопы урана нестабильны, все его соединения проявляют радиоактивность.
Мария Кюри весьма заинтересовалась новым излучением и попыталась установить, существуют ли другие, кроме урана, элементы, проявляющие свойства радиоактивности. Излучение было подтверждено у тория и у урановой смоляной обманки. Причем излучение обманки было в четыре раза сильнее, чем у чистого урана. Совершенно верно заключив, что обманка содержит новый, еще не известный радиоактивный элемент, Мария и ее муж Пьер приступили к работе, результатом которой стало открытие полония и радия.
Радий — продукт распада урана — представлял для физиков гораздо больший интерес, чем его прародитель. Хотя радиоактивность солей урана была известна, его руды в первой трети ХХ столетия использовались лишь для получения сопутствующего радия, а сам уран считался нежелательным побочным продуктом.
Ему нашли применение в основном в технологии керамики и в металлургии, а оксиды урана широко применяли для окраски стекла в цвета от бледно-желтого до темно-зеленого, что способствовало развитию недорогих стекольных производств (изделия этих производств флуоресцируют под ультрафиолетовыми лучами). В настоящее время урановое стекло практически не выпускается и представляет собой антикварную и коллекционную ценность. Во время Первой мировой войны и вскоре после нее уран в виде карбида применяли в производстве инструментальных сталей, аналогично молибдену и вольфраму; 4–8% урана заменяли дорогой вольфрам, производство которого в то время было ограничено. Для получения инструментальных сталей в 1914–1926 годах ежегодно производили по нескольку тонн ферроурана (сплав урана с железом), содержащего до 30% (масс.) урана. Однако такое применение урана продолжалось недолго.
В начале 30-х годов прошлого века физики проводили опыты по бомбардировке различных химических элементов нейтронами. Было обнаружено, что при бомбардировке урана образуются неизвестные радиоактивные вещества. Сразу же возникло предположение, что вещества эти — трансурановые элементы. Но было и другое мнение.
Так, немецкий радиохимик Ида Ноддак считал возможным деление ядер урана под действием нейтронов на несколько осколков — изотопов уже известных элементов. Однако в расщепление ядра физики не особо верили — теория трансуранов казалась более убедительной.
Но вот в 1939 году появляется статья физиков Лизе Майтнер и Отто Фишера, в которой убедительно доказывался распад уранового ядра на две части под воздействием нейтронов, и впервые появилось выражение «деление ядра». В том же году выводы ученых были подтверждены французским физиком Фредериком Жолио-Кюри.
Он изготовил «мишень» из тонкого слоя урана, нанесенного на фольгу, и поместил ее в камеру с газом. Когда к мишени подносили источник нейтронов, газ ионизировался осколками урановых ядер. Подсчитав по степени ионизации энергию осколков, француз был поражен — при делении одного атома урана высвобождалась неимоверно большая энергия, эквивалентная той, что выделяется при окислении нескольких миллионов атомов углерода. В том же году подтвердилось исключительно важное предположение о том, что при делении атома урана выделяются дополнительные нейтроны, которые тоже могут расщеплять атомы. Это означало, что ядерная реакция может поддерживаться сама собой.
В 1939 году, когда было осуществлено деление изотопа урана 235U, начала складываться урановая промышленность. Это привело к технической реализации контролируемой цепной реакции деления урана в декабре 1942 года. Так началась эра атома, когда уран из незначительного химического элемента превратился в один из наиболее важных элементов в жизни общества. Военное значение урана для производства атомной бомбы, а также использование его в качестве топлива для ядерных реакторов привели к бурному росту спроса на уран.
Интересна хронология роста потребности в уране по истории отложений в Большом Медвежьем озере (Канада). В 1930 году в этом озере была обнаружена смоляная обманка — смесь оксидов урана, а в 1932-м на этом участке была налажена технология очистки радия. Из каждой тонны руды (смоляной обманки) получали 1 г радия и около половины тонны побочного продукта — уранового концентрата.
Однако радия было мало, и его добыча была прекращена. С 1940 по 1942 год разработку возобновили и начали отправку урановой руды в США. В 1949-м аналогичная очистка урана с некоторыми усовершенствованиями была применена для производства чистого UO2. Это производство росло, и в настоящее время оно является одним из наиболее крупных производств урана.
Источник: rareearth.ru
Уран
Уран, или как называли его раньше, ураний – химический элемент, расположившийся в девяносто второй ячейке таблицы Менделеева. По своим физическим свойствам уран представляется тяжёлым (его плотность равна 19050 кг/м³) серебристо-белым металлом с глянцевым блеском, при этом, в сравнении со сталью, он более мягок и гибок и начинает плавиться при температуре 1130°C.
Описание
Уран достаточно активен химически и быстро окисляется на воздухе, покрываясь радужной оксидной плёнкой. При этом измельчённый порошок элемента обладает свойством самовоспламения и зажигается при температуре, достигающей значений 150–175 °C.
Изотоп
Одна из самых известных характеристик урана это его радиоактивность, которая химически обусловлена изотопами Уран-238 и Уран-234. Кроме этого в состав природного металла входит Уран-235, использовавшийся в ядерной бомбе «Малыш», упавшей на Хиросиму в 1945 году. Данный изотоп имеет наибольшее применение как среди природных, так среди искусственно выведенных атомов и используется в качестве топлива в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238 U.
Другой изотоп элемента, Уран-233, отмечается перспективным топливом для ракетных двигателей, использующих энергию деления или синтеза ядер. Но на военной и космической отраслях применение урана не заканчивается, его активно применяют:
- в синтезе искусственных изотопов для медицинских и промышленных целей;
- в геологии – для определения возраста горных пород и минералов;
- в декорировании – для создания уранового стекла, светящегося зеленым светом под действием ультрафиолета.
Интересно
Несмотря на то, что главная особенность урана – производство энергии, применение нашёл и обеднённый элемент, чьи радиоактивные свойства в разы меньше, чем у Урана-235. Самый известный пример полезного использования обеднённого урана – в сердечниках боевых припасов или наконечниках снарядов. Благодаря большому значению плотности (а, следовательно, и массы) и относительной недороговизне этот вид элемента применяется в качестве балласта в космических спускаемых аппаратах, гоночных болидах и на спортивных яхтах. А из-за высокого значения эфективного сечения ядра обеднённый уран возможно применять в качестве средства радиационной защиты.
Источник: chemicalportal.ru