Уран (U) має атомний номер 92 в періодичній системі елементів. Це радіоактивний метал, який знаходиться в природі в деяких рудах, таких як уранініт. Відомий своєю великою ядерною стійкістю і важливими ядерними властивостями.
Фізичні властивості урану
- Форма: Має тверду металічну структуру.
- Колір: Природний уран має сіро-блакитний колір, але він може змінювати свій відтінок в залежності від окиснення поверхні.
- Густина: Густина урану становить приблизно 19 г/см³, що робить його надзвичайно важким металом.
- Точка плавлення: Температура плавлення урану становить близько 1132 °C (2070 °F).
- Точка кипіння: Має високу температуру кипіння, яка становить близько 4131 °C (7468 °F).
- Магнітні властивості: Є парамагнітним, тобто він може бути залученим до магнітного поля, але не проявляє постійної магнітної поляризації.
- Провідність: Є поганим провідником електричного струму порівняно з іншими металами.
- Кристалічна структура: Має тетрагональну кристалічну структуру при нормальних умовах.
Хімічні властивості урану
Як хімічний елемент, має наступні хімічні властивості:
- Окиснення: Може утворювати різні ступені окиснення, але найпоширеніші становлять +4, +5 та +6. Найстабільніші сполуки урану мають ступінь окиснення +4 та +6.
- Реактивність: Є активним металом, який може реагувати з багатьма неметалами та більшістю хімічних елементів. Він реагує з киснем, хлором, фтором, бромом та іншими галогенами.
- Утворення сполук: Може утворювати різноманітні хімічні сполуки з іншими елементами, включаючи оксиди, гідроксиди, галогеніди, сульфати, нітрати та інші.
- Комплексоутворення: Може утворювати комплексні сполуки з органічними та неорганічними лігандами. Властивість утворення комплексів зробила уран важливим у сфері хімії та екстракції металів.
- Радіоактивність: Більшість ізотопів урану є радіоактивними, що означає, що вони підлягають спонтанному розпаду і випромінюють радіацію.
Це лише кілька хімічних властивостей урану. Загалом, хімічні властивості урану визначають його поведінку та взаємодію з іншими речовинами.
Ізотопи урану
У природі зустрічаються два основних ізотопи урану:
- Уран-238 (U-238): Це найпоширеніший ізотоп урану, який складає близько 99,3% природного урану. Він має 92 протони та 146 нейтронів у ядрі. Уран-238 є радіоактивним ізотопом, який підлягає дуже повільному процесу розпаду, відомому як альфа-розпад.
- Уран-235 (U-235): Це менш поширений ізотоп урану, що складає приблизно 0,7% природного урану. Уран-235 також має 92 протони, але лише 143 нейтрони у ядрі. Цей ізотоп є важливим з комерційної та військової точки зору, оскільки він може фісілюватись (піддаватись ядерному розпаду) за допомогою нейтронів, що веде до визволення значної кількості енергії.
Уран-235 є ключовим ізотопом для виробництва ядерної енергії і виготовлення ядерної зброї. Його концентрація повинна бути збагаченою (підвищеною) для використання в реакторах або ядерних боєприпасах. Процес збагачення урану полягає у відокремленні ізотопу урану-235 від ізотопу урану-238.
Збагачення урану
Збагачення урану – це процес підвищення концентрації ізотопу урану-235 (U-235) у природному урані, який містить переважно уран-238 (U-238). Уран-235 є фісильним ізотопом, що використовується для виробництва енергії в атомних реакторах та для виготовлення ядерної зброї.
Процес збагачення урану базується на різниці в масі між ізотопами урану. Оскільки уран-235 трохи легший за уран-238, його можна відокремити за допомогою фізичних або хімічних методів.
Найпоширенішим методом збагачення урану є процес газової центрифуги. У цьому процесі, газоподібний уран-гексафторид (UF6) пропускається через центрифуги, які створюють силу, що розділяє ізотопи урану. Уран-235, який є трохи легшим, збагачується в центрі центрифуги, тоді як важчий уран-238 залишається ближче до оболонки. Цей процес повторюється кілька разів, щоб досягти бажаного рівня збагачення урану-235.
Інші методи збагачення урану включають електромагнітний сепараційний процес (ЕМІС), дифузійний процес та процес з використанням лазерів.
Збагачення урану є складним та регульованим процесом, оскільки він стосується ядерної безпеки та нерозповсюдження ядерної зброї. Для контролю та нагляду над процесом збагачення урану міжнародні організації, такі як Міжнародне агентство з атомної енергії (МАГАТЕ), встановлюють правила та норми.
Застосування урану
Має різноманітні застосування у різних галузях. Основні застосування урану включають:
- Ядерна енергетика: Використовується як паливо для атомних електростанцій. Уран-235, збагачений уран, використовується для утворення ланцюгових ядерних реакцій, що забезпечують виробництво електроенергії у ядерних реакторах.
- Ядерна зброя: Уран-235 та уран-238 використовуються для виготовлення ядерної зброї. Уран-235 використовується у процесі ядерної фісії для створення ядерного вибуху.
- Медицина: Використовується в медицинській діагностиці та лікуванні. Наприклад, радіоактивні ізотопи урану використовуються для створення радіоактивних джерел у радіотерапії для лікування раку.
- Військові застосування: Також використовується у військових додатках, таких як броньовані снаряди, які мають велику густину та проникають у ціль з великою силою.
- Збагачення важких елементів: Використовується для виробництва інших важких радіоактивних елементів, таких як плутоній, за допомогою процесу збагачення.
- Промислові застосування: Використовується в керамічній промисловості для виготовлення пігментів та глазурі для скла. Також, уранове скло використовується у захисних окулярах для захисту від шкідливого випромінювання.