Element de uraniu. Proprietățile, extracția, aplicarea și prețul uraniului. Element chimic uraniu: proprietăți, caracteristici, formulă. Exploatarea și utilizarea uraniului Ce literă reprezintă uraniul în tabelul periodic

Este greu de spus ce nume i-ar fi dat omul de știință german Martin Klaproth elementului descoperit în 1789, dacă cu câțiva ani mai devreme nu s-ar fi produs un eveniment care să entuziasmeze toate cercurile societății: în 1781, astronomul englez William Herschel, observând cer înstelat cu un telescop de casă, a descoperit un nor luminos, pe care l-a confundat inițial cu o cometă, dar ulterior s-a convins că vede o nouă planetă, necunoscută până acum, a șaptea a sistemului solar. În onoarea zeului antic grec al cerului, Herschel l-a numit Uranus. Impresionat de acest eveniment, Klaproth a dat elementului nou-născut numele noii planete.

Aproximativ o jumătate de secol mai târziu, în 1841, chimistul francez Eugene Peligo a reușit să obțină pentru prima dată uraniu metalic. Lumea industrială a rămas indiferentă la metalul greu, relativ moale, care s-a dovedit a fi uraniul. Este mecanic și Proprietăți chimice nu erau atrași nici metalurgiștii, nici constructorii de mașini. Doar sticlătorii din Boemia și maeștrii sași ai porțelanului și faianței au folosit de bunăvoie oxidul acestui metal pentru a da paharelor o frumoasă culoare galben-verde sau pentru a decora vasele cu un model complicat de catifea-negru.

Vechii romani știau despre „abilitățile artistice” ale compușilor de uraniu. În timpul săpăturilor efectuate în apropiere de Napoli, a fost posibilă găsirea unei fresce din mozaic de sticlă de o frumusețe uimitoare. Arheologii au rămas uimiți: peste două milenii sticla cu greu se pătase. Când probele de sticlă au fost supuse analizei chimice, s-a dovedit că acestea conțineau oxid de uraniu, căruia mozaicul îi datora longevitatea. Dar, dacă oxizii și sărurile de uraniu au fost angajați în „muncă utilă din punct de vedere social”, atunci metalul însuși formă pură Aproape nimeni nu era interesat.

Chiar și oamenii de știință erau doar foarte superficial familiarizați cu acest element. Informațiile despre el erau puține și uneori complet incorecte. Astfel, se credea că greutatea sa atomică era de aproximativ 120. Când D. I. Mendeleev și-a creat Tabelul Periodic, această valoare i-a încurcat toate cărțile: uraniul, datorită proprietăților sale, nu dorea să se încadreze în celula tabelului care era „rezervat”. ” pentru elementul cu această greutate atomică. Și apoi, omul de știință, contrar părerii multora dintre colegii săi, a decis să accepte o nouă valoare pentru greutatea atomică a uraniului - 240 și a mutat elementul la capătul tabelului. Viața a confirmat dreptatea marelui chimist:

greutatea atomică a uraniului este de 238,03.

Dar geniul lui D.I. Mendeleev s-a manifestat nu numai în asta. În 1872, când majoritatea oamenilor de știință considerau uraniul, pe fundalul multor elemente valoroase, ca un fel de „balast”, creatorul Tabelului Periodic a putut să-și prevadă viitorul cu adevărat strălucit: „Printre toate elementele chimice cunoscute, uraniul se află. prin faptul că are cea mai mare greutate atomică... Cea mai mare, cunoscută, concentrația de masă a materiei semnificative... existente în uraniu... trebuie să implice caracteristici remarcabile... Convinși că studiul uraniului, pornind de la sursele naturale, va duce la multe noi descoperiri, recomand cu îndrăzneală celor care caută subiecte pentru noi cercetări să studieze cu atenție compușii uraniului.”

Predicția marelui om de știință s-a adeverit la mai puțin de un sfert de secol mai târziu: în 1896, fizicianul francez Henri Becquerel, efectuând experimente cu săruri de uraniu, a făcut o descoperire care se situează pe bună dreptate printre cele mai mari descoperiri științifice făcute vreodată de om. Iată cum s-a întâmplat. Becquerel a fost mult timp interesat de fenomenul de fosforescență (adică strălucire) inerent anumitor substanțe. Într-o zi, un om de știință a decis să folosească una dintre sărurile de uraniu pentru experimentele sale, pe care chimiștii le numesc sulfat dublu de uranil și potasiu. Pe o placă fotografică înfășurată în hârtie neagră, a așezat o figură cu model tăiată din metal, acoperită cu un strat de sare de uraniu și a expus-o la lumina puternică a soarelui, astfel încât fosforescența să fie cât mai intensă. Patru ore mai târziu, Becquerel a dezvoltat placa și a văzut pe ea o silueta distinctă a unei figuri de metal. Și-a repetat experimentele din nou și din nou - rezultatul a fost același. Și așa, la 24 februarie 1896, la reuniunile Academiei Franceze de Științe, omul de știință a raportat că o astfel de substanță fosforescentă precum sulfatul dublu de uranil și potasiu, expusă la lumină, prezintă radiații invizibile care trec prin hârtia neagră opaca și reduce argintul. săruri pe placa fotografică.

Două zile mai târziu, Becquerel a hotărât să continue experimentele, dar după noroc, vremea era înnorată, iar fără soare, care ar fi fosforescența? Enervat de vremea rea, omul de știință a ascuns foliile deja pregătite, dar niciodată iluminate, împreună cu mostre de săruri de uraniu în sertarul său de birou, unde au stat câteva zile. În cele din urmă, în noaptea de 1 martie, vântul a curățat cerul parizian de nori și razele soarelui au strălucit peste oraș dimineața. Becquerel, care aștepta asta cu nerăbdare, se grăbi în laboratorul său și scoase foliile transparente din sertarul biroului pentru a le expune la soare. Dar, fiind un experimentator foarte pedant, în ultimul moment s-a hotărât totuși să dezvolte transparențe, deși logica pare să sugereze că nimic nu i s-ar fi putut întâmpla în ultimele zile: la urma urmei, zăceau într-o cutie întunecată și fara lumina, nimic substanta fosforescenta. În acel moment, omul de știință nu bănuia că în câteva ore plăcuțele fotografice obișnuite de câțiva franci erau destinate să devină comori de neprețuit, iar ziua de 1 martie 1896 va intra pentru totdeauna în istoria științei mondiale.

Ceea ce a văzut Becquerel pe plăcile dezvoltate l-a uimit literalmente: siluetele negre ale probelor au apărut clar și clar pe stratul fotosensibil. Aceasta înseamnă că fosforescența nu are nimic de-a face cu asta. Dar atunci, ce fel de raze emite sarea de uraniu? Omul de știință a efectuat din nou și din nou experimente similare cu alți compuși ai uraniului, inclusiv cu cei care nu aveau capacitatea de fosforescentă sau stăteau de ani de zile într-un loc întunecat și de fiecare dată a apărut câte o imagine pe plăci.

Becquerel are ideea încă nu pe deplin clară că uraniul reprezintă „primul exemplu de metal care prezintă o proprietate similară cu fosforescența invizibilă”.

În același timp, chimistul francez Henri Moissan a reușit să dezvolte o metodă de producere a uraniului metalic pur. Becquerel i-a cerut lui Moissan niște pulbere de uraniu și a constatat că radiația uraniului pur era mult mai intensă decât compușii săi, iar această proprietate a uraniului a rămas neschimbată într-o mare varietate de condiții experimentale, în special atunci când este încălzit puternic și când este răcit la temperaturi scăzute.

Becquerel nu se grăbea să publice date noi: aștepta ca Moissan să raporteze despre cercetările sale foarte interesante. Etica științifică impunea acest lucru. Și așa, la 23 noiembrie 1896, la o ședință a Academiei de Științe, Moissan a făcut un raport cu privire la lucrările de obținere a uraniului pur, iar Becquerel a vorbit despre o nouă proprietate inerentă acestui element, care a constat în fisiunea spontană a nucleelor ​​de atomii săi. Această proprietate a fost numită radioactivitate.

Descoperirea lui Becquerel a marcat începutul unei noi ere în fizică - era transformării elementelor. De acum înainte, atomul nu mai putea fi considerat unic și indivizibil – o cale deschisă științei în adâncurile acestei „cărămizi” a lumii materiale.

Desigur, uraniul a atras acum atenția oamenilor de știință. În același timp, au fost interesați și de următoarea întrebare: radioactivitatea este doar inerentă uraniului? Poate că există și alte elemente în natură care au această proprietate?

Răspunsul la această întrebare a fost dat de remarcabilii fizicieni Pierre Curie și Maria Skladovskaya-Curie. Cu ajutorul unui dispozitiv conceput de soțul ei, Marie Curie a examinat o cantitate imensă de metale, minerale și săruri. Lucrarea s-a desfășurat în condiții incredibil de dificile. Laboratorul era abandonat magazie de lemn, pe care cuplul l-a găsit într-una dintre curțile pariziene. „Era o barăcă din scânduri, cu podea de asfalt și acoperișul de sticlă care nu a protejat bine de ploaie, fără dispozitive”, își amintește ulterior M. Curie. - Erau doar vechi în el mese de lemn, o sobă din fontă care nu oferea suficientă căldură și o tablă pe care Pierre îi plăcea atât de mult să o folosească. Nu existau hote pentru experimente cu gaze nocive, așa că aceste operațiuni trebuiau făcute afară când vremea permitea sau în interior când ferestre deschise" În jurnalul lui P. Curie există o mențiune că uneori se lucra la o temperatură de numai șase grade peste zero.

Au apărut multe probleme cu obținerea materialele necesare. Minereu de uraniu, de exemplu, era foarte scump, iar soții Curie nu puteau cumpăra suficient din el cu fondurile lor modeste. Aceștia au decis să apeleze la guvernul austriac cu o cerere de a le vinde la un preț mic deșeurile acestui minereu, din care se extragea uraniu în Austria, folosit sub formă de săruri pentru colorarea sticlei și a porțelanului. Oamenii de știință au fost sprijiniți de Academia de Științe din Viena, iar câteva tone de deșeuri au fost livrate în laboratorul lor din Paris.

Marie Curie a lucrat cu o tenacitate extraordinară. Studiul diferitelor materiale a confirmat corectitudinea lui Becquerel, care credea că radioactivitatea uraniului pur este mai mare decât oricare dintre compușii săi. Acest lucru a fost confirmat de rezultatele a sute de experimente. Dar Marie Curie a cercetat din ce în ce mai multe substanțe noi. Și deodată... Surpriză! Două minerale de uraniu - calcolitul și minereul de rășină Bohemia - au avut un efect mult mai activ asupra dispozitivului decât uraniul. Concluzia a sugerat de la sine: ele conțin un element necunoscut, caracterizat printr-o capacitate și mai mare de dezintegrare radioactivă. În cinstea Poloniei, locul de naștere al lui M. Curie, cuplul a numit-o poloniu.

Înapoi la muncă, din nou muncă titanică - și încă o victorie: s-a descoperit un element care este de sute de ori mai radioactiv decât uraniul. Oamenii de știință au numit acest element radium, care înseamnă „rază” în latină.

Descoperirea radiului a distras într-o oarecare măsură comunitatea științifică de la uraniu. Timp de aproximativ patruzeci de ani, el nu a entuziasmat cu adevărat mințile oamenilor de știință, iar gândirea inginerească l-a răsfățat rareori cu atenția ei. Unul dintre volumele enciclopediei tehnice, publicat în 1934, spunea: „Uraniul elementar nu are nicio utilizare practică”. Publicația de renume nu a păcătuit împotriva adevărului, dar doar câțiva ani mai târziu viața a făcut ajustări semnificative ideilor despre capacitățile uraniului.

La începutul anului 1939 au apărut două rapoarte științifice. Prima, trimisă Academiei Franceze de Științe de Frederic Joliot-Curie, era intitulată „Dovada experimentală a fisiunii explozive a nucleelor ​​de uraniu și toriu sub influența neutronilor”. Al doilea mesaj – autorii săi au fost fizicienii germani Otto Frisch și Lise Meitner – a fost publicat de revista engleză Nature; a fost numit: „Desintegrarea uraniului de către neutroni: un nou tip de reacție nucleară”. Atât acolo, cât și acolo au vorbit despre un fenomen nou, necunoscut până acum, care are loc cu nucleul celui mai greu element - uraniul.

Cu câțiva ani mai devreme, „băieții” au devenit serios interesați de uraniu - acesta este numele prietenos dat unui grup de tineri fizicieni talentați care au lucrat sub conducerea lui Enrico Fermi la Universitatea din Roma. Hobby-ul acestor oameni de știință era fizica neutronilor, care conținea o mulțime de lucruri noi și necunoscute.

S-a descoperit că, atunci când sunt iradiate cu neutroni, de regulă, nucleele unui element se transformă în nucleele altuia, ocupând următoarea celulă din Tabelul Periodic. Ce se întâmplă dacă ultimul, al 92-lea element, uraniul, este iradiat cu neutroni? Atunci ar trebui să se formeze un element care se află deja pe locul 93 - un element pe care nici măcar natura nu l-a putut crea!

„Băieților” le-a plăcut ideea. Într-adevăr, nu este tentant să afli cum este? element artificial cum arată, cum se comportă? Deci - uraniul este iradiat. Dar ce sa intamplat? Nu doar un element radioactiv a apărut în uraniu, așa cum era de așteptat, ci cel puțin o duzină. A existat un mister în comportamentul uraniului. Enrico Fermi trimite un mesaj despre aceasta uneia dintre revistele științifice. Este posibil, crede el, ca elementul 93 să fi fost format, dar nu există dovezi exacte în acest sens. Dar, pe de altă parte, există dovezi că alte elemente sunt prezente în uraniul iradiat. Dar care?

O încercare de a răspunde la această întrebare a fost făcută de fiica lui Marie Curie, Irene Joliot-Curie. Ea a repetat experimentele lui Fermi și a examinat cu atenție compoziția chimică a uraniului după iradierea cu neutroni. Rezultatul a fost mai mult decât neașteptat: elementul lantan a apărut în uraniu, situat aproximativ la mijlocul tabelului periodic, adică foarte departe de uraniu.

Când aceleași experimente au fost efectuate de oamenii de știință germani Otto Hahn și Friedrich Strassmann, ei au găsit nu numai lantan în uraniu, ci și bariu. Ghicitoare după ghicitoare!

Hahn și Strassmann au raportat experimentele lor prietenei lor, faimoasa fiziciană Lise Meitner. Acum câțiva oameni de știință de seamă încearcă să rezolve problema uraniului deodată. Și așa, mai întâi Frederic Joliot-Curie, și după ceva timp Lise Meitner au ajuns la aceeași concluzie: atunci când este lovit de un neutron, nucleul de uraniu pare să se destrame. Așa se explică apariția neașteptată a lantanului și bariului, elemente cu o greutate atomică de aproximativ jumătate față de cea a uraniului.

Fizicianul american Luis Alvarez, ulterior laureat Premiul Nobel, această știre m-a prins într-o dimineață de ianuarie 1939 pe scaunul coaforului. Se uita calm prin ziar când deodată i-a atras atenția un titlu modest: „Atomul de uraniu este împărțit în două jumătăți”.

O clipă mai târziu, spre uimirea frizerului și a clienților care stăteau la coadă, ciudatul client a ieșit în fugă din frizerie, tăiat pe jumătate, cu un șervețel strâns legat de gât și fâlfâind în vânt. Ignorând trecătorii surprinși, fizicianul s-a repezit la laboratorul Universității din California, unde a lucrat pentru a raporta vestea uimitoare colegilor săi. La început au fost destul de surprinși aspect original Alvarez fluturând un ziar, dar când au auzit de senzaționala descoperire, au uitat imediat de coafura lui neobișnuită.

Da, a fost o adevărată senzație în știință. Dar Joliot-Curie a stabilit și un alt fapt important: dezintegrarea nucleului de uraniu are caracterul unei explozii, în care fragmentele rezultate zboară cu viteză enormă. Deși a fost posibil să se scindeze doar nuclee individuale, energia fragmentelor a încălzit doar o bucată de uraniu. Dacă numărul de fisiuni este mare, atunci o cantitate imensă de energie va fi eliberată.

Dar de unde se pot obține destui neutroni pentru a bombarda simultan cu ei un număr mare de nuclee de uraniu? La urma urmei, sursele de neutroni cunoscute de oamenii de știință au produs de multe miliarde de ori mai puțin decât era necesar. Natura însăși a venit în ajutor. Joliot-Curie a descoperit că atunci când un nucleu de uraniu fisiază, mai mulți neutroni sunt emiși din acesta. Odată ce intră în nucleele atomilor vecini, ar trebui să conducă la o nouă descompunere – așa-numita reacție în lanț va începe. Și din moment ce aceste procese durează milioane de secundă, energia colosală este imediat eliberată - o explozie este inevitabilă. S-ar părea că totul este clar. Dar bucăți de uraniu au fost iradiate cu neutroni de mai multe ori, dar nu au explodat, adică nu a avut loc o reacție în lanț. Se pare că sunt necesare și alte condiții. Care? Frederic Joliot-Curie nu a putut încă să răspundă la această întrebare.

Și totuși răspunsul a fost găsit. A fost găsit în același 1939 de tinerii oameni de știință sovietici Ya. B. Zeldovich și Yu. B. Khariton. În munca lor, ei au stabilit că există două moduri de a dezvolta o reacție nucleară în lanț. În primul rând, este necesar să se mărească dimensiunea unei bucăți de uraniu, deoarece atunci când o bucată mică este iradiată, mulți neutroni nou eliberați pot zbura din ea fără a întâlni un singur nucleu pe drum. Pe măsură ce masa uraniului crește, probabilitatea ca un neutron să lovească o țintă crește în mod natural.

Există o altă modalitate: îmbogățirea uraniului cu izotopul 235. Cert este că uraniul natural are doi izotopi principali, ale căror greutăți atomice sunt 238 și 235. În nucleul primului dintre ei, care reprezintă de 140 de ori mai mulți atomi, mai sunt încă trei neutroni. Uraniul-235, „sărac” în neutroni, îi absoarbe cu lăcomie - mult mai puternic decât fratele său „prosper”, care nici măcar nu se împarte în părți, ci se transformă într-un alt element. Oamenii de știință au folosit ulterior această proprietate a izotopului pentru a obține elemente transuraniu artificiale. Pentru o reacție în lanț, indiferența uraniului-238 față de neutroni se dovedește a fi dezastruoasă: procesul lâncește înainte de a avea timp să câștige putere. Dar cu cât atomi de izotop 235 de neutroni în uraniu, cu atât va fi mai energică reacția.

Dar pentru ca procesul să înceapă, este nevoie și de primul neutron - acea „potrivire” care ar trebui să provoace un „foc” atomic. Desigur, în acest scop puteți folosi surse convenționale de neutroni, pe care oamenii de știință le-au folosit anterior în cercetările lor - nu foarte convenabile, dar posibile. Nu există o „potrivire” mai potrivită?

Mânca. A fost găsit de alți oameni de știință sovietici K. A. Petrzhak și G. N. Flerov. Studiind comportamentul uraniului în anii 1939-1940, au ajuns la concluzia că nucleele acestui element sunt capabile să se descompună spontan. Acest lucru a fost confirmat de rezultatele experimentelor efectuate de ei într-unul dintre laboratoarele din Leningrad. Dar poate că uraniul nu s-a degradat de la sine, ci, de exemplu, sub influența razelor cosmice: la urma urmei, Pământul este constant sub focul lor. Aceasta înseamnă că experimentele trebuie repetate adânc în subteran, acolo unde acești oaspeți din spațiu nu pătrund. După ce s-au consultat cu cel mai mare om de știință atomic sovietic I.V. Kurchatov, tinerii cercetători au decis să efectueze experimente la o stație de metrou din Moscova. Aceasta nu a întâmpinat obstacole la Comisariatul Poporului de Căi Ferate, iar în scurt timp echipamente care cântăreau aproximativ trei tone au fost livrate la biroul șefului stației de metrou Dinamo, aflată la o adâncime de 50 de metri, pe umerii oamenilor de știință.

Ca de fiecare dată, au trecut trenuri albastre, mii de pasageri au coborât și au urcat pe scara rulantă și niciunul dintre ei nu și-a imaginat că se fac experimente undeva foarte aproape, a căror importanță este greu de supraestimat. Și, în final, s-au obținut rezultate similare cu cele observate la Leningrad. Nu exista nicio îndoială: degradarea spontană este inerentă nucleelor ​​de uraniu. Pentru a observa asta, a trebuit să dai dovadă de o abilitate experimentală extraordinară: într-o oră din fiecare

Din 60.000.000.000.000 de atomi de uraniu, doar unul se descompune. Cu adevărat o picătură în găleată!

K. A. Petrzhak și G. N. Flerov au scris ultima pagină a acelei părți a biografiei uraniului care a precedat prima reacție în lanț din lume. A fost realizată la 2 decembrie 1942 de către Enrico Fermi.

La sfârșitul anilor 30, Fermi, la fel ca mulți alți oameni de știință de seamă, a fost forțat să emigreze în America pentru a scăpa de ciuma nazistă. Aici intenționa să-și continue cele mai importante experimente. Dar asta a necesitat mulți bani. A fost necesar să se convingă guvernul american că experimentele lui Fermi vor produce arme atomice puternice care ar putea fi folosite pentru a lupta împotriva fascismului. Această misiune a fost întreprinsă de savantul de renume mondial Albert Einstein. El îi scrie o scrisoare președintelui american Franklin Roosevelt, care începe cu cuvintele: „Domnule! Cea mai recentă lucrare a lui E. Fermi și L. Szilard, pe care am citit-o în manuscris, îmi permite să sper că elementul uraniu în viitorul apropiat poate fi transformat într-o nouă sursă importantă de energie...” În scrisoare, omul de știință a cerut guvernului să înceapă finanțarea cercetării uraniului. Având în vedere enorma autoritate a lui Einstein și gravitatea situației internaționale, Roosevelt și-a dat acordul.

La sfârșitul anului 1941, locuitorii din Chicago au putut observa o emoție neobișnuită care domnea pe teritoriul unuia dintre stadioane, care nu avea nimic de-a face cu sportul. Din când în când mașini cu marfă se apropiau până la poartă. Numeroși agenți de pază nu au permis străinilor să se apropie nici măcar de gardul stadionului. Aici, pe terenurile de tenis situate sub standul de vest, Enrico Fermi și-a pregătit cel mai periculos experiment - implementarea unei reacții controlate în lanț de fisiune a nucleelor ​​de uraniu. Lucrările la construcția primului reactor nuclear din lume au fost efectuate zi și noapte timp de un an.

Dimineața a venit pe 2 decembrie 1942. Toată noaptea oamenii de știință nu au închis ochii, verificându-și calculele din nou și din nou. Nu e de glumă: stadionul este situat chiar în centrul unui oraș de milioane de dolari și, deși calculele convinseră că reacția într-un cazan nuclear ar fi lentă, adică nu ar fi explozivă, nimeni nu avea dreptul să riște viețile. de sute de mii de oameni. Ziua începuse deja cu mult timp în urmă, era timpul să luăm micul dejun, dar toată lumea a uitat de asta - abia așteptau să înceapă atacul asupra atomului cât mai curând posibil. Cu toate acestea, Fermi nu se grăbește: trebuie să le dăm odihnă oamenilor obosiți, au nevoie de o eliberare, pentru ca apoi să cântărească atent și să se gândească din nou la toate. Atenție și precauție din nou. Și așa, când toată lumea aștepta comanda de a începe experimentul, Fermi și-a rostit celebra frază, care a intrat în istoria cuceririi atomului - doar două cuvinte: „Hai să luăm micul dejun!”

Micul dejun s-a terminat, totul a revenit la locul lui - începe experiența. Privirea oamenilor de știință este concentrată asupra instrumentelor. Minutele de așteptare sunt chinuitoare. Și, în cele din urmă, contoarele de neutroni au făcut clic ca niște mitraliere. Păreau să se sufoce cu un număr imens de neutroni, neavând timp să-i numere! Reacția în lanț a început! Acest lucru s-a întâmplat la 15:25 ora Chicago. Focul atomic a fost lăsat să ardă timp de 28 de minute, iar apoi, la comanda lui Fermi, reacția în lanț a fost oprită.

Unul dintre participanții la experiment a răspuns la telefon și, folosind o frază criptată convenită în prealabil, le-a spus superiorilor săi: „Navigatorul italian a ajuns în Lumea Nouă!” Aceasta a însemnat că eminentul om de știință italian Enrico Fermi a eliberat energia nucleului atomic și a demonstrat că omul o poate controla și folosi după bunul plac.

Dar voința diferă de voință. În acei ani în care au avut loc evenimentele descrise, reacția în lanț era considerată în primul rând o etapă pe calea spre crearea unei bombe atomice. În această direcție a fost continuată munca savanților atomici din America.

Situația în cercurile științifice asociate acestor lucrări era extrem de tensionată. Dar chiar și aici existau niște ciudatenii.

În toamna anului 1943, s-a decis să se încerce să-l ducă pe cel mai important fizician Niels Bohr din Danemarca ocupată de germani în America, pentru a-și folosi cunoștințele și talentul enorm. Într-o noapte întunecată, pe o barcă de pescuit, păzită în secret de submarine engleze, omul de știință, deghizat în pescar, a fost dus în Suedia, de unde urma să fie transportat cu avionul în Anglia, iar apoi în SUA.

Întregul bagaj al lui Bohr era format dintr-o sticlă. Fizicianul a prețuit această sticlă verde obișnuită de bere daneză, în care a păstrat în secret apă grea neprețuită de la germani: conform multor oameni de știință atomici, era apă grea care putea servi drept moderator de neutroni pentru o reacție nucleară.

Bohr a suportat foarte greu zborul obositor și, de îndată ce și-a revenit în fire, primul lucru pe care l-a făcut a fost să verifice dacă sticla cu apă grea era intactă. Și apoi, spre marea lui supărare, omul de știință a descoperit că a devenit o victimă a propriei distrații: în mâinile lui avea o sticlă de bere daneză adevărată, iar vasul cu apă grea a rămas în frigider acasă.

Când prima bucată mică de uraniu-235 destinată bombei atomice a fost produsă la uzinele gigantice Oak Ridge din Tennessee, aceasta a fost trimisă prin curier special la Los Alamos, ascunsă printre canioanele din New Mexico, unde a fost creată această armă mortală. Curierului, care trebuia să conducă singur mașina, nu i s-a spus ce era în cutia care i-a fost dată, dar auzise în mod repetat povești înfiorătoare despre misterioase „raze ale morții” care se nasc în Oak Ridge. Cu cât conducea mai departe, cu atât devenea mai entuziasmat. În cele din urmă, a decis, la primul semn suspect în comportamentul cutiei ascunse în spatele lui, să fugă cât a putut de repede din mașină.

Conducând de-a lungul unui pod lung, șoferul a auzit brusc un împușcătură puternic din spate. Ca și catapultat, a sărit din mașină și a alergat la fel de repede cum a alergat vreodată în viața lui. Dar după ce a alergat pe o distanță considerabilă, s-a oprit obosit, s-a convins că este sănătos și în siguranță și chiar a îndrăznit să privească înapoi. Între timp, în spatele mașinii lui crescuse deja o coadă lungă de mașini care claxonau cu nerăbdare. A trebuit să mă întorc și să-mi continui drumul.

Dar, de îndată ce s-a urcat la volan, s-a auzit din nou o împușcătură puternică, iar instinctul de autoconservare l-a aruncat literalmente pe bietul din mașină și l-a făcut să se îndepărteze în grabă din cutia nefastă. Abia după ce un polițist supărat l-a prins din urmă cu o motocicletă și a văzut documente guvernamentale, șoferul speriat a aflat că împușcăturile veneau de la un teren de antrenament din apropiere, unde în acel moment erau testate noi obuze de artilerie.

Munca la Los Alamos s-a desfășurat în cel mai strict secret. Toți oamenii de știință importanți erau aici sub nume fictive. Astfel, Niels Bohr, de exemplu, era cunoscut în Los Alamos ca Nicolae Baker, Enrico Fermi era Henry Farmer, Eugene Wigner era Eugene Wagner.

Într-o zi, când Fermi și Wigner părăseau teritoriul unei fabrici secrete, au fost opriți de o santinelă. Fermi și-a prezentat actul de identitate pe numele Farmerului, iar Wigner nu și-a găsit documentele. Paznicul avea o listă cu cei cărora li se permite să intre și să iasă din fabrică. „Care este numele tău de familie?” a întrebat el. Profesorul absent a mormăit mai întâi „Wigner” din obișnuință, dar s-a prins imediat și s-a corectat: „Wigner”. Acest lucru a stârnit suspiciuni în rândul paznicului. Wagner era pe listă, dar Wigner nu. S-a întors către Fermi, pe care îl cunoștea deja bine din vedere, și a întrebat: „Omul ăsta îl cheamă Wagner?” „Numele lui este Wagner. Acest lucru este la fel de adevărat ca și faptul că sunt Fermier, a asigurat solemn Fermi pe santinelă, ascunzând un zâmbet, și le-a lăsat pe oameni de știință să treacă.

Pe la mijlocul anului 1945 s-au finalizat lucrările la crearea bombei atomice, pentru care s-au cheltuit două miliarde de dolari, iar pe 6 august, peste orașul japonez Hiroshima a apărut o ciupercă de foc uriaș, cu zeci de mii de vieți. Această dată a devenit o zi întunecată în istoria civilizației. Cea mai mare realizare a științei a dat naștere celei mai mari tragedii a omenirii.

Oamenii de știință și întreaga lume s-au confruntat cu întrebarea: ce urmează? Continuați să îmbunătățiți armele nucleare, să creați mijloace și mai teribile de exterminare a oamenilor?

Nu! De acum înainte, energia colosală conținută în nucleele atomilor trebuie să servească omului. Primul pas pe această cale a fost făcut de oamenii de știință sovietici sub conducerea academicianului I.V. Kurchatov. La 27 iunie 1954, radioul din Moscova a transmis un mesaj de o importanță excepțională: „În prezent, în Uniunea Sovietică, prin eforturile oamenilor de știință și inginerilor sovietici, se lucrează la proiectarea și construcția primei centrale electrice industriale la energie Atomică putere utilă de 5000 de kilowați.” Pentru prima dată, prin fire a trecut un curent, care transporta energia generată în adâncurile atomului de uraniu.

„Acest eveniment istoric”, scria Daily Worker în acele zile, „are nemăsurat mai mult semnificație internațională decât aruncarea primei bombe atomice asupra Hiroshima...”

Lansarea primei centrale nucleare a marcat începutul dezvoltării unei noi ramuri de tehnologie - energia nucleară. Uraniul a devenit combustibilul pașnic al secolului al XX-lea.

Au mai trecut cinci ani, iar primul spărgător de gheață cu propulsie nucleară din lume, Lenin, a coborât de pe rampele șantierelor navale sovietice. Pentru ca motoarele să funcționeze la putere maximă (44 de mii de cai putere!), trebuie să „arde” doar câteva zeci de grame de uraniu. O mică bucată din acest combustibil nuclear poate înlocui mii de tone de păcură sau cărbune, care sunt forțate să tragă literalmente în spatele lor nave obișnuite care călătoresc, de exemplu, cu un zbor Londra-New York. Iar spărgătorul de gheață cu propulsie nucleară „Lenin”, cu o rezervă de câteva zeci de kilograme de combustibil uraniu, poate zdrobi gheața din Arctica timp de trei ani fără să intre în port pentru „alimentare”.

În 1974, un spărgător de gheață nuclear și mai puternic, Arktika, „a început să-și îndeplinească sarcinile”.

În fiecare an, ponderea combustibilului nuclear în balanța globală a resurselor energetice devine din ce în ce mai vizibilă. În zilele noastre, fiecare al patrulea bec din Rusia strălucește din cauza centralelor nucleare. Avantajele acestui tip de combustibil sunt incontestabile. Dar nu uitați de pericolele radiațiilor. Milioane de oameni au suferit. Dintre aceștia, peste 100.000 au fost uciși din cauza teribilului accident de la centrala nucleară de la Cernobol din 1986. Și chiar și acum teritoriul din apropierea centralei nucleare de la Cernobîl este contaminat și nepotrivit pentru viață. Va mai trece cel puțin încă o sută de ani până când o persoană se va putea întoarce și locui acolo. Dar chiar și fără accidente, totul nu este atât de lin. La urma urmei, utilizarea combustibilului cu uraniu este asociată cu multe dificultăți, dintre care poate cea mai importantă este distrugerea deșeurilor radioactive rezultate. Ar trebui să le coborâm în containere speciale pe fundul mărilor și oceanelor? Le îngropați adânc în pământ? Este puțin probabil ca astfel de metode să rezolve complet problema: la urma urmei, în cele din urmă, pe planeta noastră rămân substanțe mortale. N-ar trebui să încercăm să-i trimitem undeva departe - în altă parte corpuri cerești? Aceasta este exact ideea propusă de unul dintre oamenii de știință din SUA. El a propus încărcarea deșeurilor de la centralele nucleare pe nave spațiale „de marfă” care călătoresc de-a lungul rutei Pământ-Soare. Desigur, astăzi astfel de „colete” ar fi destul de scumpe pentru expeditori, dar, potrivit unor experți optimiști, în 10 ani aceste operațiuni de transport vor deveni complet justificate.

În zilele noastre, nu mai este necesar să avem o imaginație bogată pentru a prezice marele viitor al uraniului. Uranus de mâine înseamnă rachete spațiale care se îndreaptă în adâncurile Universului și orașe subacvatice gigantice furnizate cu energie timp de decenii, crearea de insule artificiale și udarea deșerților, pătrunderea în adâncurile Pământului și transformarea climei planetei noastre. .

Uraniul, poate cel mai uimitor metal al naturii, deschide perspective fabuloase pentru om!

Conținutul articolului

URANUS, U (uraniu), un element chimic metalic din familia actinidelor, care include Ac, Th, Pa, U și elemente transuraniu (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Uraniul a câștigat importanță datorită utilizării sale în arme nucleare și energie nucleară. Oxizii de uraniu sunt, de asemenea, folosiți pentru a colora sticla și ceramica.

Fiind în natură.

Conținutul de uraniu din scoarța terestră este de 0,003% și se găsește în stratul de suprafață al pământului sub formă de patru tipuri de sedimente. În primul rând, acestea sunt filoane de uraninit, sau smoală de uraniu (dioxid de uraniu UO 2), foarte bogate în uraniu, dar rare. Ele sunt însoțite de depozite de radiu, deoarece radiul este un produs direct al dezintegrarii izotopice a uraniului. Astfel de vene se găsesc în Zair, Canada (Marele Lac al Ursului), Republica Cehă și Franța. A doua sursă de uraniu sunt conglomeratele de minereuri de toriu și uraniu împreună cu minereurile altor minerale importante. Conglomeratele conțin de obicei cantități suficiente de aur și argint pentru a fi recuperate, uraniul și toriu fiind elemente asociate. Depozite mari de aceste minereuri sunt situate în Canada, Africa de Sud, Rusia și Australia. A treia sursă de uraniu sunt rocile sedimentare și gresiile bogate în mineralul carnotită (uranil vanadat de potasiu), care conține, pe lângă uraniu, o cantitate semnificativă de vanadiu și alte elemente. Astfel de minereuri se găsesc în statele vestice ale Statelor Unite. Șisturile fier-uraniu și minereurile fosfatice constituie o a patra sursă de sedimente. Depozite bogate se găsesc în șisturile din Suedia. Unele minereuri de fosfat din Maroc și Statele Unite conțin cantități semnificative de uraniu, iar zăcămintele de fosfat din Angola și Republica Centrafricană sunt și mai bogate în uraniu. Majoritatea ligniților și unii cărbuni conțin de obicei impurități de uraniu. S-au găsit zăcăminte de lignit bogate în uraniu în Dakota de Nord și de Sud (SUA) și cărbuni bituminoși în Spania și Republica Cehă.

Deschidere.

Uranus a fost descoperit în 1789 de chimistul german M. Klaproth, care a numit elementul în onoarea descoperirii planetei Uranus cu 8 ani mai devreme. (Klaproth a fost principalul chimist al timpului său; el a descoperit și alte elemente, inclusiv Ce, Ti și Zr.) De fapt, substanța obținută de Klaproth nu era uraniu elementar, ci o formă oxidată a acestuia, iar uraniul elementar a fost obținut mai întâi prin chimistul francez E. .Peligo în 1841. Din momentul descoperirii până în secolul al XX-lea. uraniul nu avea sensul pe care îl are acum, deși multe dintre ele proprietăți fizice, și masă atomicăși densitatea au fost determinate. În 1896, A. Becquerel a stabilit că sărurile de uraniu au radiații care luminează o placă fotografică în întuneric. Această descoperire i-a activat pe chimiști să cerceteze în domeniul radioactivității, iar în 1898, fizicienii francezi soții P. Curie și M. Sklodowska-Curie au izolat sărurile elementelor radioactive poloniu și radiu, iar E. Rutherford, F. Soddy, K. Fayans și alți oameni de știință au dezvoltat teoria dezintegrarii radioactive, care a pus bazele chimiei nucleare moderne și ale energiei nucleare.

Primele utilizări ale uraniului.

Deși radioactivitatea sărurilor de uraniu era cunoscută, minereurile sale în prima treime a acestui secol au fost folosite doar pentru a obține radiu însoțitor, iar uraniul a fost considerat un produs secundar nedorit. Utilizarea sa s-a concentrat mai ales în tehnologia ceramicii și metalurgie; Oxizii de uraniu au fost folosiți pe scară largă pentru a colora sticla în culori variind de la galben pal la verde închis, ceea ce a contribuit la dezvoltarea producției de sticlă ieftină. Astăzi, produsele din aceste industrii sunt identificate ca fiind fluorescente sub razele ultraviolete. În timpul Primului Război Mondial și la scurt timp după aceea, uraniul sub formă de carbură a fost folosit la producerea oțelurilor pentru scule, similare cu Mo și W; 4–8% uraniu a înlocuit tungstenul, a cărui producție era limitată la acea vreme. Pentru a obține oțeluri de scule în 1914–1926, au fost produse anual câteva tone de ferouraniu care conțineau până la 30% (masă) U. Cu toate acestea, această utilizare a uraniului nu a durat mult.

Utilizări moderne ale uraniului.

Industria uraniului a început să prindă contur în 1939, când a fost realizată fisiunea izotopului de uraniu 235 U, ceea ce a dus la implementarea tehnică a reacțiilor controlate în lanț de fisiune a uraniului în decembrie 1942. Aceasta a fost nașterea vârstei atomului. , când uraniul a crescut de la un element nesemnificativ la unul dintre cele mai importante elemente din societatea vieții. Importanța militară a uraniului pentru producerea bombei atomice și utilizarea sa ca combustibil în reactoare nucleare a făcut ca cererea de uraniu să crească astronomic. Cronologia creșterii cererii de uraniu pe baza istoriei sedimentelor din Great Bear Lake (Canada) este interesantă. În 1930, în acest lac a fost descoperită blenda de rășină, un amestec de oxizi de uraniu, iar în 1932 s-a stabilit tehnologia de purificare a radiului în această zonă. Din fiecare tonă de minereu (blendă de rășină) s-a obținut 1 g de radiu și aproximativ o jumătate de tonă de produs secundar, concentrat de uraniu. Cu toate acestea, era puțin radiu și exploatarea sa a fost oprită. Din 1940 până în 1942, dezvoltarea a fost reluată și minereul de uraniu a început să fie expediat în Statele Unite. În 1949, purificarea uraniului similară, cu unele îmbunătățiri, a fost folosită pentru a produce UO2 pur. Această producție a crescut și este acum una dintre cele mai mari unități de producție de uraniu.

Proprietăți.

Uraniul este unul dintre cele mai grele elemente găsite în natură. Metalul pur este foarte dens, ductil, electropozitiv, cu conductivitate electrică scăzută și foarte reactiv.

Uraniul are trei modificări alotrope: A-uraniul (rețeaua cristalină ortorombică), există în intervalul de la temperatura camerei până la 668 ° C; b-uraniu (rețea cristalină complexă de tip tetragonal), stabil în intervalul 668–774°C; g-uraniu (retea cristalina cubica centrata pe corp), stabil de la 774°C pana la punctul de topire (1132°C). Deoarece toți izotopii uraniului sunt instabili, toți compușii săi prezintă radioactivitate.

Izotopi ai uraniului

238 U, 235 U, 234 U apar în natură într-un raport de 99,3:0,7:0,0058, iar 236 U apare în urme. Toți ceilalți izotopi ai uraniului de la 226 U la 242 U sunt obținuți artificial. Izotopul 235 U este deosebit de important. Sub influența neutronilor lenți (termici), se divide, eliberând o energie enormă. Fisiunea completă a 235 U are ca rezultat eliberarea unui „echivalent de energie termică” de 2H 10 7 kWh h/kg. Fisiunea de 235 U poate fi folosită nu numai pentru a produce cantități mari de energie, ci și pentru a sintetiza alte elemente actinidice importante. Uraniul izotop natural poate fi folosit în reactoare nucleare pentru a produce neutroni produși prin fisiunea a 235 U, în timp ce excesul de neutroni care nu este necesar de reacția în lanț poate fi captat de un alt izotop natural, rezultând producerea de plutoniu:

Când 238 U este bombardat cu neutroni rapizi, apar următoarele reacții:

Conform acestei scheme, cel mai comun izotop 238 U poate fi convertit în plutoniu-239, care, la fel ca 235 U, este, de asemenea, capabil de fisiune sub influența neutronilor lenți.

În prezent, s-a obținut un număr mare de izotopi artificiali ai uraniului. Printre acestea, 233 U este deosebit de remarcabil, deoarece fisiune și atunci când interacționează cu neutronii lenți.

Unii alți izotopi artificiali ai uraniului sunt adesea folosiți ca trasori radioactivi în cercetarea chimică și fizică; asta este in primul rand b- emitator 237 U si A- emitator 232 U.

Conexiuni.

Uraniul, un metal foarte reactiv, are stări de oxidare de la +3 la +6, este aproape de beriliu în seria de activități, interacționează cu toate nemetalele și formează compuși intermetalici cu Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn şi Zn. Uraniul mărunțit fin este deosebit de reactiv și la temperaturi peste 500 ° C intră adesea în reacții caracteristice hidrurii de uraniu. Uraniul sau așchii ard puternic la 700–1000° C, iar vaporii de uraniu ard deja la 150–250° C; uraniul reacționează cu HF la 200–400° C, formând UF 4 și H 2 . Uraniul se dizolvă lent în HF concentrat sau H 2 SO 4 și 85% H 3 PO 4 chiar și la 90 ° C, dar reacționează ușor cu conc. HCl și mai puțin activ cu HBr sau HI. Cele mai active și rapide reacții ale uraniului cu HNO 3 diluat și concentrat apar cu formarea nitratului de uranil ( vezi mai jos). În prezența HCl, uraniul se dizolvă rapid în acizi organici, formând săruri organice U4+. În funcție de gradul de oxidare, uraniul formează mai multe tipuri de săruri (cele mai importante dintre ele sunt cu U 4+, una dintre ele UCl 4 este o sare verde ușor oxidabilă); sărurile de uranil (radical UO 2 2+) de tip UO 2 (NO 3) 2 au culoare galbenă și verde fluorescent. Sărurile de uranil se formează prin dizolvarea oxidului amfoter UO 3 (culoare galbenă) într-un mediu acid. Într-un mediu alcalin, UO 3 formează uranați precum Na 2 UO 4 sau Na 2 U 2 O 7. Acest din urmă compus („uranil galben”) este utilizat pentru fabricarea glazurilor de porțelan și în producția de ochelari fluorescente.

Halogenurile de uraniu au fost studiate pe scară largă în 1940-1950, deoarece au fost folosite pentru a dezvolta metode de separare a izotopilor de uraniu pentru bomba atomică sau reactorul nuclear. Trifluorura de uraniu UF 3 a fost obținută prin reducerea UF 4 cu hidrogen și s-a obținut tetrafluorura de uraniu UF 4 căi diferite prin reacţiile HF cu oxizi precum UO 3 sau U 3 O 8 sau prin reducerea electrolitică a compuşilor uranil. Hexafluorura de uraniu UF 6 se obţine prin fluorurarea U sau UF 4 cu fluor elementar sau prin acţiunea oxigenului asupra UF 4 . Hexafluorura formează cristale transparente cu un indice de refracție ridicat la 64 ° C (1137 mm Hg); compusul este volatil (sub presiune normală se sublimează la 56,54 ° C). Oxohalogenurile de uraniu, de exemplu, oxofluorurile, au compoziţia UO 2 F 2 (fluorura de uranil), UOF 2 (difluorura de oxid de uraniu).

Uraniul este un element chimic din familia actinidelor cu număr atomic 92. Este cel mai important combustibil nuclear. Concentrația sa în scoarța terestră este de aproximativ 2 părți per milion. Mineralele importante de uraniu includ oxidul de uraniu (U 3 O 8), uranitul (UO 2), carnotita (uranil vanadatul de potasiu), otenitul (uranil fosfatul de potasiu) și torbernitul (uranil fosfatul de cupru hidrat). Acestea și alte minereuri de uraniu sunt surse de combustibil nuclear și conțin de multe ori mai multă energie decât toate zăcămintele de combustibili fosili recuperabili cunoscute. 1 kg de uraniu 92 U oferă aceeași energie ca 3 milioane de kg de cărbune.

Istoria descoperirii

Elementul chimic uraniu este un metal dens, dur, cu o culoare alb-argintie. Este ductil, maleabil și lustruit. În aer, metalul se oxidează și, atunci când este zdrobit, se aprinde. Conduce electricitate relativ slab. Formula electronică a uraniului este 7s2 6d1 5f3.

Deși elementul a fost descoperit în 1789 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth, care l-a numit după recent descoperită planetă Uranus, metalul în sine a fost izolat în 1841 de chimistul francez Eugene-Melchior Peligot prin reducerea din tetraclorura de uraniu (UCl 4) cu potasiu.

Radioactivitate

Crearea tabelului periodic de către chimistul rus Dmitri Mendeleev în 1869 a concentrat atenția asupra uraniului ca element cel mai greu cunoscut, care a rămas până la descoperirea neptuniului în 1940. În 1896, fizicianul francez Henri Becquerel a descoperit fenomenul de radioactivitate în el. Această proprietate a fost găsită ulterior în multe alte substanțe. Acum se știe că uraniul, radioactiv în toți izotopii săi, constă dintr-un amestec de 238 U (99,27%, timp de înjumătățire - 4.510.000.000 de ani), 235 U (0,72%, timpul de înjumătățire - 713.000.000 de ani) și 234 U (0. %, timpul de înjumătățire - 247.000 de ani). Acest lucru permite, de exemplu, să se determine vârsta stânciși minerale pentru a studia procesele geologice și vârsta Pământului. Pentru a face acest lucru, ei măsoară cantitatea de plumb, care este produsul final al dezintegrarii radioactive a uraniului. În acest caz, 238 U este elementul inițial, iar 234 U este unul dintre produse. 235 U dă naștere seriei de descompunere a actiniului.

Descoperirea unei reacții în lanț

Elementul chimic uraniu a devenit subiect de interes larg și de studiu intensiv după ce chimiștii germani Otto Hahn și Fritz Strassmann au descoperit fisiunea nucleară în el la sfârșitul anului 1938, când a fost bombardat cu neutroni lenți. La începutul anului 1939, fizicianul italo-american Enrico Fermi a sugerat că printre produsele fisiunii atomice ar putea exista particule elementare, capabil să provoace o reacție în lanț. În 1939, fizicienii americani Leo Szilard și Herbert Anderson, precum și chimistul francez Frederic Joliot-Curie și colegii lor au confirmat această predicție. Studiile ulterioare au arătat că, în medie, 2,5 neutroni sunt eliberați atunci când un atom se fisiază. Aceste descoperiri au condus la prima reacție nucleară în lanț autosusținută (12/02/1942), prima bombă atomică(16.07.1945), prima sa utilizare în timpul operațiunilor militare (06.08.1945), primul submarin nuclear (1955) și prima centrală nucleară la scară largă (1957).

Stări de oxidare

Elementul chimic uraniul, fiind un metal puternic electropozitiv, reacţionează cu apa. Se dizolvă în acizi, dar nu și în alcali. Stările importante de oxidare sunt +4 (ca în oxidul UO 2, tetrahalogenuri precum UCl 4 și ionul verde de apă U4+) și +6 (ca în oxidul UO 3, hexafluorura UF 6 și ionul uranil UO 2 2+). Într-o soluție apoasă, uraniul este cel mai stabil în compoziția ionului de uranil, care are o structură liniară [O = U = O] 2+. Elementul are și stările +3 și +5, dar sunt instabile. U 3+ roșu se oxidează lent în apă, care nu conține oxigen. Culoarea ionului UO 2+ este necunoscută deoarece suferă disproporționare (UO 2+ este atât redus la U 4+, cât și oxidat la UO 2 2+) chiar și în soluții foarte diluate.

Combustibil nuclear

Când este expus la neutroni lenți, fisiunea atomului de uraniu are loc în izotopul relativ rar 235 U. Acesta este singurul material fisionabil natural și trebuie separat de izotopul 238 U. Cu toate acestea, după absorbție și degradarea beta negativă, uraniul -238 se transformă în elementul sintetic plutoniu, care este divizat sub influența neutronilor lenți. Prin urmare, uraniul natural poate fi utilizat în reactoare de conversie și reproducere, în care fisiunea este susținută de 235 U rare și plutoniul este produs simultan cu transmutarea a 238 U. Fisionul 233 U poate fi sintetizat din izotopul natural toriu-232, care se găsește pe scară largă, pentru a fi utilizat ca combustibil nuclear. Uraniul este, de asemenea, important ca material primar din care se obțin elementele transuraniu sintetice.

Alte utilizări ale uraniului

Compușii elementului chimic au fost utilizați anterior ca coloranți pentru ceramică. Hexafluorura (UF 6) este un solid cu neobișnuit presiune ridicata vapori (0,15 atm = 15.300 Pa) la 25 °C. UF 6 este foarte reactiv din punct de vedere chimic, dar în ciuda naturii sale corozive în stare de vapori, UF 6 este utilizat pe scară largă în metodele de difuzie gazoasă și centrifugare cu gaz pentru producerea uraniului îmbogățit.

Compușii organometalici sunt un grup interesant și important de compuși în care legăturile metal-carbon leagă metalul de grupările organice. Uranocenul este un compus organouranic U(C 8 H 8) 2 în care atomul de uraniu este cuprins între două straturi de inele organice asociate cu ciclooctatetraenul C 8 H 8. Descoperirea sa în 1968 a deschis un nou domeniu al chimiei organometalice.

Uraniul natural sărăcit este folosit ca protecție împotriva radiațiilor, balast, în obuze perforatoare și blindaj de tanc.

Reciclare

Elementul chimic, deși foarte dens (19,1 g/cm3), este o substanță relativ slabă, neinflamabilă. Într-adevăr, proprietățile metalice ale uraniului par să-l plaseze undeva între argint și celelalte metale și nemetale adevărate, așa că nu este folosit ca material structural. Valoarea principală a uraniului constă în proprietățile radioactive ale izotopilor săi și capacitatea lor de fisiune. În natură, aproape tot (99,27%) din metal este format din 238 U. Restul este de 235 U (0,72%) și 234 U (0,006%). Dintre acești izotopi naturali, doar 235 U sunt fisionați direct de iradierea cu neutroni. Cu toate acestea, atunci când este absorbit, 238 U formează 239 U, care în cele din urmă se descompune în 239 Pu, un material fisionabil având mare importanță pentru energia nucleară și arme nucleare. Un alt izotop fisionabil, 233 U, poate fi format prin iradierea cu neutroni de 232 Th.

Forme de cristal

Caracteristicile uraniului îl fac să reacționeze cu oxigenul și azotul chiar și în condiții normale. La temperaturi mai ridicate, reacţionează cu o gamă largă de metale de aliere pentru a forma compuşi intermetalici. Formarea soluțiilor solide cu alte metale este rară datorită structurilor cristaline speciale formate de atomii elementului. Între temperatura camerei și punctul de topire de 1132 °C, uraniul metalului există în 3 forme cristaline cunoscute sub numele de alfa (α), beta (β) și gamma (γ). Transformarea din starea α la β are loc la 668 °C și de la β la γ la 775 °C. γ-uraniul are o structură cristalină cubică centrată pe corp, în timp ce β are o structură cristalină tetragonală. Faza α constă din straturi de atomi într-o structură ortorombică foarte simetrică. Această structură distorsionată anizotropă împiedică atomii de metal de aliere să înlocuiască atomii de uraniu sau să ocupe spațiul dintre ei în rețeaua cristalină. S-a constatat că numai molibdenul și niobiul formează soluții solide.

Minereu

Scoarța terestră conține aproximativ 2 părți per milion de uraniu, ceea ce indică apariția sa pe scară largă în natură. Se estimează că oceanele conțin 4,5 × 109 tone din acest element chimic. Uraniul este un component important a peste 150 de minerale diferite și o componentă minoră a altor 50. Mineralele primare găsite în venele hidrotermale magmatice și pegmatite includ uranitul și varianta sa de peniță. În aceste minereuri elementul apare sub formă de dioxid, care datorită oxidării poate varia de la UO 2 la UO 2,67. Alte produse semnificative din punct de vedere economic din minele de uraniu sunt autunite (uranil fosfat de calciu hidratat), tobernitul (uranil fosfat de cupru hidratat), coffinit (silicat de uraniu hidratat negru) și carnotita (uranil vanadat de potasiu hidratat).

Se estimează că peste 90% din rezervele cunoscute de uraniu low-cost se află în Australia, Kazahstan, Canada, Rusia, Africa de Sud, Niger, Namibia, Brazilia, China, Mongolia și Uzbekistan. Depozite mari se găsesc în formațiunile de roci conglomerate ale Lacului Elliot, situat la nord de Lacul Huron din Ontario, Canada și în mina de aur din Africa de Sud Witwatersrand. Formațiunile de nisip din Platoul Colorado și Bazinul Wyoming din vestul Statelor Unite conțin, de asemenea, rezerve semnificative de uraniu.

Productie

Minereurile de uraniu se găsesc atât în ​​zăcăminte aproape de suprafață, cât și în adâncime (300-1200 m). În subteran, grosimea cusăturii ajunge la 30 m. Ca și în cazul minereurilor din alte metale, uraniul este extras la suprafață cu utilaje mari de terasament, iar dezvoltarea zăcămintelor adânci se realizează folosind metode tradiționale de verticală și înclinată. minele. Producția mondială de concentrat de uraniu s-a ridicat în 2013 la 70 de mii de tone. Cele mai productive mine de uraniu sunt situate în Kazahstan (32% din toată producția), Canada, Australia, Niger, Namibia, Uzbekistan și Rusia.

Minereurile de uraniu conțin de obicei doar cantități mici de minerale care conțin uraniu și nu sunt topite prin metode pirometalurgice directe. În schimb, procedurile hidrometalurgice trebuie folosite pentru extragerea și purificarea uraniului. Creșterea concentrației reduce semnificativ sarcina asupra circuitelor de procesare, dar nu este aplicabilă nici una dintre metodele convenționale de înfrumusețare utilizate în mod obișnuit pentru prelucrarea mineralelor, cum ar fi gravitația, flotația, sortarea electrostatică și chiar manuală. Cu câteva excepții, aceste metode au ca rezultat pierderi semnificative de uraniu.

Ardere

Prelucrarea hidrometalurgică a minereurilor de uraniu este adesea precedată de o etapă de calcinare la temperatură ridicată. Arderea deshidratează argila, îndepărtează materialele carbonice, oxidează compușii de sulf în sulfați inofensivi și oxidează orice alți agenți reducători care pot interfera cu prelucrarea ulterioară.

Leşierea

Uraniul este extras din minereurile prăjite prin soluții apoase atât acide, cât și alcaline. Pentru ca toate sistemele de leșiere să funcționeze cu succes, elementul chimic trebuie fie să fie prezent inițial în forma hexavalentă mai stabilă, fie să fie oxidat în această stare în timpul procesării.

Leșierea acidă se realizează de obicei prin agitarea unui amestec de minereu și lixiviant timp de 4-48 de ore la mediu inconjurator. Cu excepția unor circumstanțe speciale, se utilizează acid sulfuric. Este furnizat în cantități suficiente pentru a obține lichidul final la un pH de 1,5. Schemele de leșiere cu acid sulfuric folosesc de obicei fie dioxid de mangan, fie clorat pentru a oxida U4+ tetravalent la uranil hexavalent (UO22+). De obicei, aproximativ 5 kg de dioxid de mangan sau 1,5 kg de clorat de sodiu pe tonă sunt suficiente pentru oxidarea U4+. În ambele cazuri, uraniul oxidat reacţionează cu acidul sulfuric pentru a forma anionul complex de sulfat de uranil 4-.

Minereul care conține cantități semnificative de minerale esențiale, cum ar fi calcitul sau dolomita, este levigat cu o soluție de 0,5-1 molar de carbonat de sodiu. Deși au fost studiați și testați diverși reactivi, principalul agent oxidant pentru uraniu este oxigenul. De obicei, minereul este levigat în aer la presiune atmosferică iar la o temperatură de 75-80 °C pentru o perioadă de timp care depinde de specific compoziție chimică. Alcalii reacționează cu uraniul pentru a forma ionul complex ușor solubil 4-.

Soluțiile rezultate din leșierea acidă sau carbonatată trebuie clarificate înainte de prelucrare ulterioară. Separarea pe scară largă a argilelor și a altor șlamuri de minereu se realizează prin utilizarea agenților de floculare eficienți, inclusiv poliacrilamide, gumă de guar și lipici animal.

Extracţie

Ionii 4- și 4-complecși pot fi absorbiți din soluțiile lor respective de leșiere cu rășină schimbătoare de ioni. Aceste rășini speciale, caracterizate prin cinetica lor de adsorbție și eluție, dimensiunea particulelor, stabilitate și proprietăți hidraulice, pot fi utilizate într-o varietate de tehnologii de prelucrare, cum ar fi pat fix, pat mobil, rășină coș și rășină continuă. De obicei, soluțiile de clorură de sodiu și amoniac sau nitrați sunt utilizate pentru eluarea uraniului sorbit.

Uraniul poate fi izolat din lichidele acide de minereu prin extracție cu solvent. Acizii alchilfosforici, precum și alchilaminele secundare și terțiare, sunt utilizați în industrie. În general, extracția cu solvent este preferată față de metodele de schimb ionic pentru filtratele acide care conțin mai mult de 1 g/L uraniu. Cu toate acestea, această metodă nu este aplicabilă pentru levigarea carbonatului.

Uraniul este apoi purificat prin dizolvarea în acid azotic pentru a forma nitrat de uranil, extras, cristalizat şi calcinat pentru a forma trioxid de U03. Dioxidul redus de UO2 reacţionează cu fluorura de hidrogen pentru a forma tetafluorura UF4, din care uraniul metalic este redus cu magneziu sau calciu la o temperatură de 1300 °C.

Tetrafluorura poate fi fluorurată la 350 °C pentru a forma hexafluorura de UF 6, care este utilizată pentru a separa uraniul-235 îmbogățit prin difuzie gazoasă, centrifugare cu gaz sau difuzie termică lichidă.

Uranus este unul dintre elementele metalice grele ale tabelului periodic. Uraniul este utilizat pe scară largă în industria energetică și militară. În tabelul periodic poate fi găsit la numărul 92 și este desemnat prin litera latină U cu un număr de masă de 238.

Cum a fost descoperit Uranus

În general, un astfel de element chimic precum uraniul este cunoscut de foarte mult timp. Se știe că și înainte de epoca noastră, oxidul de uraniu natural a fost folosit pentru a face glazură galbenă pentru ceramică. Descoperirea acestui element poate fi urmărită încă din 1789, când un chimist german pe nume Martin Heinrich Klaproth a recuperat dintr-un minereu un material asemănător unui metal negru. Martin a decis să numească acest material Uranus pentru a susține numele noii planete descoperite cu același nume (planeta Uranus a fost descoperită în același an). În 1840, s-a dezvăluit că acest material, descoperit de Klaproth, s-a dovedit a fi oxid de uraniu, în ciuda luciului metalic caracteristic. Eugene Melchior Peligot a sintetizat uraniul atomic din oxid și a determinat greutatea atomică a acestuia să fie de 120 UA, iar în 1874 Mendeleev a dublat această valoare, plasându-l în celula cea mai îndepărtată a tabelului său. Doar 12 ani mai târziu, decizia lui Mendeleev de a dubla masa a fost confirmată de experimentele chimistului german Zimmermann.

Unde și cum se extrage uraniul?

Uraniul este un element destul de comun, dar este comun sub formă de minereu de uraniu. Ca să înțelegeți, conținutul său în scoarța terestră este de 0,00027% din masa totală a Pământului. Minereul de uraniu se găsește de obicei în roci minerale acide cu un conținut ridicat de siliciu. Principalele tipuri de minereuri de uraniu sunt pitchblenda, carnotita, casolitul și samarskitul. Cele mai mari rezerve de minereuri de uraniu, ținând cont de depozitele de rezervă, se află în țări precum Australia, Rusia și Kazahstan, iar dintre toate acestea, Kazahstanul ocupă o poziție de lider. Exploatarea uraniului este o procedură foarte dificilă și costisitoare. Nu toate țările își permit să extragă și să sintetizeze uraniu pur. Tehnologia de producție este următoarea: minereul sau mineralele sunt extrase în mine, comparabile cu aurul sau pietrele prețioase. Rocile extrase sunt zdrobite și amestecate cu apă pentru a separa praful de uraniu de restul. Praful de uraniu este foarte greu și, prin urmare, precipită mai repede decât altele. Următorul pas este purificarea prafului de uraniu din alte roci prin leșiere acidă sau alcalină. Procedura arată cam așa: amestecul de uraniu este încălzit la 150 °C și oxigenul pur este furnizat sub presiune. Ca urmare, se formează acid sulfuric, care purifică uraniul de alte impurități. Ei bine, în etapa finală, sunt selectate particule de uraniu pur. Pe lângă praful de uraniu, există și alte minerale utile.

Pericolul radiațiilor radioactive din uraniu

Toată lumea este conștientă de conceptul de radiații radioactive și de faptul că provoacă daune ireparabile sănătății, ceea ce duce la moarte. Uraniul este un astfel de element care, în anumite condiții, poate elibera radiații radioactive. În formă liberă, în funcție de varietatea sa, poate emite raze alfa și beta. Razele alfa nu prezintă un mare pericol pentru oameni dacă iradierea este externă, deoarece această radiație are o capacitate de penetrare scăzută, dar atunci când intră în organism provoacă daune ireparabile. Chiar și o coală de hârtie de scris este suficientă pentru a conține raze alfa externe. Cu radiațiile beta, lucrurile sunt mai grave, dar nu prea mult. Puterea de penetrare a radiației beta este mai mare decât cea a radiației alfa, dar vor fi necesari 3-5 mm de țesut pentru a conține radiația beta. Poți să-mi spui cum este asta? Uraniul este un element radioactiv care este folosit în armele nucleare! Așa este, este folosit în arme nucleare, care provoacă daune colosale tuturor viețuitoarelor. Doar că atunci când un focos nuclear detonează, principalele daune aduse organismelor vii sunt cauzate de radiațiile gamma și de un flux de neutroni. Aceste tipuri de radiații se formează ca urmare a unei reacții termonucleare în timpul exploziei unui focos, care elimină particulele de uraniu dintr-o stare stabilă și distruge toată viața de pe pământ.

Soiuri de uraniu

După cum am menționat mai sus, uraniul are mai multe varietăți. Varietățile implică prezența izotopilor, așa că înțelegi, izotopii implică aceleași elemente, dar cu numere de masă diferite.

Deci există două tipuri:

1. Natural;
2. Artificial;

După cum probabil ați ghicit, cea naturală este cea care este extrasă din pământ, iar cea artificială este creată de oameni pe cont propriu. Izotopii naturali includ izotopi de uraniu cu numerele de masă 238, 235 și 234. Mai mult, U-234 este o fiică a lui U-238, adică primul este obținut din dezintegrarea celui de-al doilea în condiții naturale. Al doilea grup de izotopi, care sunt creați artificial, au numere de masă de la 217 la 242. Fiecare dintre izotopi are proprietăți diferite și se caracterizează printr-un comportament diferit în anumite condiții. În funcție de nevoi, oamenii de știință nucleari încearcă să găsească tot felul de soluții la probleme, deoarece fiecare izotop are un alt valoare energetică.

Înjumătățiți

După cum sa menționat mai sus, fiecare dintre izotopii uraniului are o valoare energetică diferită și proprietăți diferite, dintre care una este timpul de înjumătățire. Pentru a înțelege ce este, trebuie să începeți cu o definiție. Timpul de înjumătățire este timpul în care numărul de atomi radioactivi este redus la jumătate. Timpul de înjumătățire afectează mulți factori, de exemplu valoarea sa energetică sau purificarea completă. Dacă luăm ca exemplu pe acesta din urmă, putem calcula cât timp va dura pentru a elimina complet contaminarea radioactivă a pământului. Timpul de înjumătățire al izotopilor de uraniu:

După cum se poate observa din tabel, timpul de înjumătățire al izotopilor variază de la minute la sute de milioane de ani. Fiecare dintre ele își găsește aplicare în diferite domenii ale vieții oamenilor.

Utilizarea uraniului este foarte răspândită în multe domenii de activitate, dar are cea mai mare valoare în sectoarele energetice și militare. Izotopul U-235 este de cel mai mare interes. Avantajul său este că este capabil să mențină independent o reacție nucleară în lanț, care este utilizată pe scară largă în afaceri militare pentru fabricarea de arme nucleare și ca combustibil în reactoare nucleare. În plus, uraniul este utilizat pe scară largă în geologie pentru a determina vârsta mineralelor și rocilor, precum și pentru a determina cursul proceselor geologice. În industria auto și aeronautică, uraniul sărăcit este folosit ca contragreutate și element de centrare. Aplicație a fost găsită și în pictură, și mai precis ca vopsea pentru porțelan și pentru fabricarea glazurilor și emailurilor ceramice. Un alt punct interesant poate fi considerat utilizarea uraniului sărăcit pentru protecția împotriva radiațiilor radioactive, oricât de ciudat ar suna.

În Boemia (Cehoslovacia), minereurile polimetalice au fost extrase de multă vreme. Printre minereuri și minerale, minerii au descoperit adesea un mineral greu de culoare neagră, așa-numita blendă de smoală (Pechblende). În secolul al XVIII-lea Se credea că acest mineral conține zinc și fier, dar nu existau date exacte despre compoziția sa. Primul studiu al blendei de rășini a fost efectuat în 1789 de chimistul analitic german Klaproth. El a început prin a topi mineralul cu potasiu caustic într-un creuzet de argint; Klaproth a dezvoltat această metodă cu puțin timp înainte pentru a transfera silicații și alte substanțe insolubile în soluție. Cu toate acestea, produsul fuziunii minerale nu a fost complet dizolvat. De aici, Klaproth a ajuns la concluzia că mineralul nu conține nici molibden, nici wolfram, dar că există o substanță necunoscută care conține un metal nou. Klaproth a încercat să dizolve mineralul în acid azotic și acva regia. În reziduul de dizolvare a găsit acid silicicși puțin sulf, iar după un timp au căzut din soluție cristale frumoase, galben-verzui deschis, sub formă de plăci hexagonale. Sub influența sării galbene din sânge, din soluția acestor cristale a precipitat un precipitat brun-roșu, ușor de distins de depozitele similare de cupru și molibden. Klaproth a trebuit să muncească din greu înainte de a reuși să se izoleze metal pur. A redus oxidul cu borax, cărbune și ulei de in, dar în toate cazurile, când amestecul a fost încălzit, s-a format o pulbere neagră. Numai ca urmare a prelucrării secundare a acestei pulberi (încălzire într-un amestec cu borax și cărbune) s-a obținut o masă sinterizată cu granule mici de metal intercalate în ea. Klaproth a numit noul metal uraniu (Uraniu) pentru a comemora faptul că studiul acestui metal aproape a coincis cu descoperirea planetei Uranus (1781). Referitor la această denumire, Klaproth scrie: „anterior, era recunoscută existența a doar șapte planete, corespunzând la șapte metale, care erau desemnate prin semnele planetelor. În acest sens, este indicat, urmând tradiția, să se denumească noul metal. după noua planetă descoperită.Cuvântul uraniu provine din greacă - cer și, prin urmare, poate însemna „metal ceresc.” Klaproth a redenumit pitch blende „pitch de uraniu.” Uraniul metalic pur a fost obținut pentru prima dată de Peligo în 1840. Pentru o lungă perioadă de timp chimiștii aveau săruri de uraniu în cantități foarte mici; Au fost folosite pentru a produce vopsele și în fotografie. Deși au fost efectuate cercetări asupra uraniului, au adăugat puțin la ceea ce a stabilit Klaproth. Greutatea atomică a uraniului a fost presupusă a fi de 120 până când Mendeleev a propus dublarea acestei valori. După 1896, când Becquerel a descoperit fenomenul radioactivității, uraniul a trezit cel mai profund interes atât al chimiștilor, cât și al fizicienilor. Becquerel a descoperit că sarea dublă uranil sulfat de potasiu are efect asupra unei plăci fotografice învelite în hârtie neagră, adică emite un fel de raze. Soții Curie, și apoi alți oameni de știință, au continuat cercetările lui Becquerel, ducând la descoperirea elementelor radioactive (radiu, poloniu și actiniu) și a multor izotopi radioactivi ai elementelor grele. În 1900, Crookes a descoperit primul izotop al uraniului, uraniul-X, iar apoi au fost descoperiți alți izotopi numiți uraniu-I și uraniu-II. În 1913, Fajans și Hering au arătat că, ca urmare a radiației beta, uraniul-X 1 se transformă într-un nou element (izotop), pe care l-au numit breveiu; mai târziu a început să fie numit uraniu-X 2. Până acum, toți membrii seriei de descompunere radioactivă uraniu-radiu au fost descoperiți.