Уран очень тяжелый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами.
Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667.7 °C), бета (четырехугольная, стабильна от 667.7 до 774.8 °C), гамма (с объемно центрированной кубической структурой, существующей от 774.8 °C до точки плавления), в которых уран наиболее податлив и удобен для обработки. Альфа-фаза — очень примечательный тип призматической структуры, состоящей из волнистых слоев атомов в чрезвычайно асимметричной призматической решетке. Такая анизотропная структура затрудняет сплав урана с другими металлами. Только молибден и ниобий могут создавать с ураном твердофазные сплавы. Правда, металлический уран может вступать во взаимодействие со многими сплавами, образуя интерметаллические соединения.
Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175 °C, образуя U3O8. При 1000 °C уран соединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой.
Уран — САМЫЙ ОПАСНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!
Уран растворяется в соляной, азотной и других кислотах, образуя четырехвалентные соли, зато не взаимодействует с щелочами. Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов таких металлов как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.
Уран имеет четыре степени окисления — III-VI. Шестивалентные соединения включают в себя триокись уранила UO3 и уранилхлорид урана UO2Cl2. Тетрахлорид урана UCl4 и диоксид урана UO2 — примеры четырехвалентного урана. Вещества, содержащие четырехвалентный уран обычно нестабильны и обращаются в шестивалентные при длительном пребывании на воздухе. Ураниловые соли, такие как уранилхлорид распадаются в присутствии яркого света или органики.
Изотоп урана U-238.
Ура́н (устаревший вариант — ура́ний) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов.
Ура́н / Uranium (U)
Свойства атома
Химические свойства
Термодинамические свойства простого вещества
Кристаллическая решётка простого вещества
Нахождение в природе
Уранинитовая руда
Уран широко распространён в природе. Кларк урана составляет 1·10-3% (вес.). Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·1014 т.
Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе образованиях — преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.
Содержание урана в земной коре составляет 0,003 %, он встречается в поверхностном слое земли в виде четырех видов 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, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике еще более богаты ураном. Большинство лигнитов и некоторые угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии.[10]
Изотопы
Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U — 99,2739 % (период полураспадаT1/2 = 4,468×109 лет), 235U — 0,7024 % (T1/2 = 7,038×108 лет) и 234U — 0,0057 % (T1/2 = 2,455×105 лет). Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U.
Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами 238U и 234U, в равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа 235U в природном уране в 21 раз меньше активности 238U.
Известно 11 искусственных радиоактивных изотопов урана с массовыми числами от 227 до 240. Наиболее долгоживущий из них — 233U (T1/2 = 1,62×105лет) получается при облучении ториянейтронами и способен к спонтанному делению тепловыми нейтронами.
Изотопы урана 238U и 235U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца206Pb и 207Pb.
В природных условиях распространены в основном изотопы 234U: 235U : 238U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом 234U. Изотоп 234U образуется за счёт распада 238U. Для двух последних в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана характерно географическое постоянство отношенияU238/U235=137,88.
Величина этого отношения зависит от возраста урана. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959 −1,0042, в солях — 0,996 — 1,005.
В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30 — 138,51; причём различие между формами UIV и UVI не установлено; в сфене — 138,4. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа 235U.
Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 г. французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке(месторождение в Габоне). Так в нормальном уране содержится 0,7025 % урана 235U, тогда как в Окло оно уменьшаются до 0,557 %. Это послужило подтверждением гипотезы о наличии природного ядерного реактора, ведущего к выгоранию изотопа, предсказанной Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в ЛосАнджелесе и Марк Ингрэмом (Mark G. Inghram) из Чикагского университета и Полом Курода (Paul K. Kuroda), химиком из Университета Арканзаса, ещё в 1956 г. описавшим процесс. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и др. В настоящее время известно около 17 природных ядерных реакторов.
Получение
Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).
Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.
Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидомнатрия).
Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.
На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.
Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.
На диоксид урана UO2 при температуре от 430 до 600 °C воздействуют сухим фтористым водородом для получения тетрафторида UF4. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.
Обеднённый уран
После извлечения 235U и 234U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF6).
Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него 234U. Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.
В основном его использование связано с большой плотностью урана и относительно низкой его стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно) и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В каждом самолёте «Боинг-747» содержится 1500 кг обеднённого урана для этих целей. Ещё этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, при бурении нефтяных скважин.[10]
Источник: megaobuchalka.ru
Соединения урана
Гептадекапалладийдиуран — бинарное неорганическое соединениепалладия и уранас формулой Pd17U2, кристаллы. Гептадекапалладийдиуран Общие Систематическоенаименование Гептадекапалладийдиуран Традиционные
Диплатинауран — бинарное неорганическое соединениеплатины и уранас формулой UPt2, кристаллы. Диплатинауран Общие Систематическоенаименование Диплатинауран Традиционные
Оксид урана(VI) — бинарное неорганическое соединение металла урана и кислорода с формулой UO3, от светло-жёлтых
Оксид урана(VI)-диурана(V), триурана октаоксид, закись-окись урана — неорганическое бинарное соединение урана с кислородом, в котором
Оксид урана(IV) — неорганическое бинарное химическое соединение урана с кислородом — вещество тёмно-коричневого, почти чёрного, цвета.
Сульфат урана(IV) — неорганическое соединение, соль металла урана и серной кислоты с формулой U(SO4)2,
Сульфид урана — бинарное неорганическое соединениеурана и серыс формулой US, кристаллы. Сульфид урана Общие
Трисульфид диурана — бинарное неорганическое соединениеурана и серыс формулой U2S3, кристаллы. Трисульфид диурана Общие
Уранорганические соединения — соединения, в которых атом урана соединён непосредственно с атомом углерода органических функциональных
Фторид урана(IV) — химическое соединение с формулой UF4. Эти малорастворимые зелёные кристаллы плавятся при 1036 °C
Подкатегории
- Соединения азота
- Соединения актиния
- Соединения алюминия
- Соединения америция
- Соединения аргона
- Соединения астата
- Соединения бария
- Соединения бериллия
- Соединения берклия
- Соединения бора
- Соединения брома
- Соединения ванадия
- Соединения висмута
- Соединения вольфрама
- Соединения гадолиния
- Соединения галлия
- Соединения гафния
- Соединения германия
- Соединения гольмия
- Соединения диспрозия
- Соединения европия
- Соединения железа
- Соединения золота
- Соединения индия
- Соединения иода
- Соединения иридия
- Соединения иттербия
- Соединения иттрия
- Соединения кадмия
- Соединения калия
- Соединения кальция
- Соединения кислорода
- Соединения кобальта
- Соединения кремния
- Соединения криптона
- Соединения ксенона
- Соединения кюрия
- Соединения лантана
- Соединения лития
- Соединения лютеция
- Соединения марганца
- Соединения меди
- Соединения молибдена
- Соединения мышьяка
- Соединения натрия
- Соединения неодима
- Соединения нептуния
- Соединения никеля
- Соединения ниобия
- Соединения олова
- Соединения осмия
- Соединения палладия
- Соединения платины
- Соединения плутония
- Соединения полония
- Соединения празеодима
- Соединения прометия
- Соединения протактиния
- Соединения радия
- Соединения рения
- Соединения родия
- Соединения ртути
- Соединения рубидия
- Соединения рутения
- Соединения самария
- Соединения свинца
- Соединения селена
- Соединения серебра
- Соединения серы
- Соединения скандия
- Соединения стронция
- Соединения сурьмы
- Соединения таллия
- Соединения тантала
- Соединения теллура
- Соединения тербия
- Соединения технеция
- Соединения титана
- Соединения тория
- Соединения тулия
- Соединения углерода
- Соединения урана
- Соединения фосфора
- Соединения фтора
- Соединения хлора
- Соединения хрома
- Соединения цезия
- Соединения церия
- Соединения цинка
- Соединения циркония
- Соединения эрбия
- Все соединения
- Все предприятия
- Все элементы и определения
- ГОСТы
- Таблица Менделеева
Источник: chemicalportal.ru
Ядерное топливо
Представьте, что вам нужно отделить уран-235 от урана-238. Как вы это сделаете? Здесь два правильных варианта, можно выбрать любой.
Добавлю к оксиду урана серную кислоту — оксид с ураном-235 растворится
Переведу весь уран в газ и раскручу побыстрее
Возьму мощный магнит: изотопы в магнитном поле движутся по-разному
Измельчу металлический уран и подогрею на воздухе, а дальше разделю по цвету
Увы, вы ошиблись.
Шестигранная тепловыделяющая сборка. Такие сборки используются в реакторах типа ВВЭР. В дистанционирующую решетку вставлены тепловыделяющие элементы круглого сечения // НЗХК
«Мокрое» хранилище // ГХК
Обычная или тяжелая вода, графит, бериллий — одно из этих веществ обязательно присутствует в ядерном реакторе на тепловых нейтронах. Для чего?
Источник: postnauka.ru