Ουράνιο (U), ραδιενεργό χημικό στοιχείο της σειράς ακτινοειδών του περιοδικού πίνακα, ατομικός αριθμός 92. Είναι ένα σημαντικό πυρηνικό καύσιμο.
ακτινοειδές στοιχείο
μέλη της ομάδας, συμπεριλαμβανομένου του ουρανίου (το πιο γνωστό), εμφανίζονται φυσικά, τα περισσότερα είναι τεχνητά. Τόσο το ουράνιο όσο και το πλουτώνιο έχουν χρησιμοποιηθεί
Το ουράνιο αποτελεί περίπου δύο μέρη ανά εκατομμύριο του φλοιού της Γης. Μερικά σημαντικά ορυκτά ουράνιο είναι το pitchblende (ακάθαρτο U 3 O 8), το ουρανινίτη (UO 2), ο καρνοτίτης (ένα βανικό άλας ουρανίου καλίου), ο αυτόνιτος (ένα φωσφορικό ουράνιο ασβεστίου) και ο τορρνίτης (φωσφορικό ουράνιο χαλκού). Αυτά και άλλα ανακτήσιμα μεταλλεύματα ουρανίου, ως πηγές πυρηνικών καυσίμων, περιέχουν πολύ περισσότερη ενέργεια από όλες τις γνωστές ανακτήσιμες εναποθέσεις ορυκτών καυσίμων. Μια λίβρα ουρανίου αποδίδει τόση ενέργεια όσο 1,4 εκατομμύρια κιλά άνθρακα.
Για πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τις εναποθέσεις μεταλλεύματος ουρανίου, καθώς και την κάλυψη τεχνικών εξόρυξης, διύλισης και ανάκτησης, δείτε την επεξεργασία ουρανίου. Για συγκριτικά στατιστικά στοιχεία για την παραγωγή ουρανίου, βλέπε πίνακα.
Ουράνιο
| Χώρα | παραγωγή ορυχείων 2013 (μετρικοί τόνοι) | % της παγκόσμιας παραγωγής ορυχείων |
|---|---|---|
| *Εκτίμηση. | ||
| Πηγή: Παγκόσμιος Πυρηνικός Σύνδεσμος, Παγκόσμια Παραγωγή Ορυχείων Ουρανίου (2014). | ||
| Καζακστάν | 22,574 | 37.9 |
| Καναδάς | 9,332 | 15.6 |
| Αυστραλία | 6,350 | 10.6 |
| Νίγηρας * | 4,528 | 7.6 |
| Ναμίμπια | 4.315 | 7.2 |
| Ρωσία | 3.135 | 5.3 |
| Ουζμπεκιστάν * | 2.400 | 4.0 |
| Ηνωμένες Πολιτείες | 1.835 | 3.1 |
| Κίνα* | 1.450 | 2.4 |
| Μαλάουι | 1.132 | 1.9 |
| Ουκρανία | 1.075 | 1.9 |
| Νότια Αφρική | 540 | 0,9 |
| Ινδία* | 400 | 0.7 |
| Τσεχική Δημοκρατία | 225 | 0.4 |
| Βραζιλία | 198 | 0.3 |
| Ρουμανία* | 80 | 0.1 |
| Πακιστάν* | 41 | 0.1 |
| Γερμανία | 27 | 0,0 |
| παγκόσμιο σύνολο | 59,637 | 100 |
Το ουράνιο είναι ένα πυκνό, σκληρό μεταλλικό στοιχείο που έχει ασημί λευκό χρώμα. Είναι όλκιμο, εύπλαστο και ικανό να πάρει υψηλή στιλβωτική ουσία. Στον αέρα τα μεταλλικά αμαυρώνονται και όταν διαιρούνται σε λεπτές φλόγες. Είναι ένας σχετικά κακός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας. Αν και ανακαλύφθηκε (1789) από τον Γερμανό χημικό Martin Heinrich Klaproth, ο οποίος το ονόμασε μετά τον πρόσφατα ανακαλυφθέντα πλανήτη Ουρανός, το ίδιο το μέταλλο απομονώθηκε για πρώτη φορά (1841) από τον Γάλλο χημικό Eugène-Melchior Péligot με τη μείωση του τετραχλωριούχου ουρανίου (UCl 4) με κάλιο.
Η διαμόρφωση του περιοδικού συστήματος από τον Ρώσο χημικό Ντμίτρι Μεντελέγιεφ το 1869 εστίασε την προσοχή στο ουράνιο ως το βαρύτερο χημικό στοιχείο, μια θέση που κατείχε μέχρι την ανακάλυψη του πρώτου στοιχείου διαουρανίου του Ποσειδώνα το 1940. Το 1896 ο Γάλλος φυσικός Henri Becquerel ανακάλυψε στο ουράνιο το φαινόμενο της ραδιενέργειας, ένας όρος που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1898 από Γάλλους φυσικούς Marie και Pierre Curie. Αυτή η ιδιότητα βρέθηκε αργότερα σε πολλά άλλα στοιχεία. Είναι πλέον γνωστό ότι το ουράνιο, ραδιενεργό σε όλα τα ισότοπά του, αποτελείται φυσικά από ένα μείγμα ουρανίου-238 (99,27 τοις εκατό, 4,510.000.000 ετών χρόνος ημίσειας ζωής), ουράνιο-235 (0,72 τοις εκατό, 713.000.000 χρόνια ημιζωής) και ουράνιο-234 (0,006 τοις εκατό, χρόνος ημιζωής 247.000 ετών). Αυτοί οι μεγάλοι χρόνοι ημιζωής καθιστούν δυνατούς τους προσδιορισμούς της ηλικίας της Γης μετρώντας τις ποσότητες μολύβδου, το τελικό προϊόν αποσύνθεσης του ουρανίου, σε συγκεκριμένους βράχους που περιέχουν ουράνιο. Το ουράνιο-238 είναι το γονέα και το ουράνιο-234 μία από τις κόρες της σειράς ραδιενεργού αποσύνθεσης ουρανίου. Το ουράνιο-235 είναι το γονικό της σειράς αποσύνθεσης ακτινίου. Δείτε επίσης το ακτινοειδές στοιχείο.
Το στοιχείο ουράνιο έγινε αντικείμενο έντονης μελέτης και μεγάλου ενδιαφέροντος αφού οι Γερμανοί χημικοί Otto Hahn και Fritz Strassmann ανακάλυψαν στα τέλη του 1938 το φαινόμενο της πυρηνικής σχάσης στο ουράνιο που βομβαρδίστηκε από αργά νετρόνια. Ο Ιταλός γεννημένος Αμερικανός φυσικός Enrico Fermi πρότεινε (αρχές του 1939) ότι τα νετρόνια μπορεί να είναι μεταξύ των προϊόντων σχάσης και έτσι θα μπορούσαν να συνεχίσουν τη σχάση ως αλυσιδωτή αντίδραση. Ο Ούγγρος γεννημένος Αμερικανός φυσικός Λέων Σζιλάρντ, ο Αμερικανός φυσικός Χέρμπερτ Λ. Άντερσον, ο Γάλλος χημικός Frédéric Joliot-Curie και οι συνεργάτες τους επιβεβαίωσαν (1939) αυτήν την πρόβλεψη. αργότερα έρευνα έδειξε ότι κατά μέσο όρο 2 1 / 2 νετρόνια ανά άτομο απελευθερώνονται κατά σχάσης. Αυτές οι ανακαλύψεις οδήγησαν στην πρώτη αυτοσυντηρούμενη αντίδραση πυρηνικής αλυσίδας (2 Δεκεμβρίου 1942), την πρώτη δοκιμή ατομικής βόμβας (16 Ιουλίου 1945), την πρώτη ατομική βόμβα που έπεσε σε πόλεμο (6 Αυγούστου 1945), την πρώτη ατομική ενέργεια υποβρύχιο (1955) και η πρώτη ηλεκτρική γεννήτρια πυρηνικής ενέργειας πλήρους κλίμακας (1957).
Η σχάση συμβαίνει με αργά νετρόνια στο σχετικά σπάνιο ισότοπο ουράνιο-235 (το μόνο φυσικό σχάσιμο υλικό), το οποίο πρέπει να διαχωριστεί από το άφθονο ισότοπο ουράνιο-238 για τις διάφορες χρήσεις του. Το ουράνιο-238, ωστόσο, αφού απορροφήσει νετρόνια και υποστεί αρνητική βήτα διάσπαση, μετατρέπεται στο συνθετικό στοιχείο πλουτώνιο, το οποίο είναι σχάσιμο με αργά νετρόνια. Το φυσικό ουράνιο, επομένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αντιδραστήρες μετατροπέα και αναπαραγωγής, στον οποίο η σχάση υποστηρίζεται από το σπάνιο ουράνιο-235 και το πλουτώνιο παράγεται ταυτόχρονα με τη μετάδοση του ουρανίου-238. Το σχάσιμο ουράνιο-233 μπορεί να συντεθεί για χρήση ως πυρηνικό καύσιμο από το μη σχάσιμο ισότοπο θόριο-232, το οποίο είναι άφθονο στη φύση. Το ουράνιο είναι επίσης σημαντικό ως το πρωταρχικό υλικό από το οποίο τα συνθετικά στοιχεία διαουρανίου έχουν παρασκευαστεί με αντιδράσεις μετάλλαξης.
Το ουράνιο, το οποίο είναι έντονα ηλεκτροθετικό, αντιδρά με νερό. διαλύεται σε οξέα αλλά όχι σε αλκάλια. Οι σημαντικές καταστάσεις οξείδωσης είναι +4 (όπως στο οξείδιο UO 2, τετρααλογονίδια όπως UCL 4, και το πράσινο υδατικό ιόν U 4 +) και +6 (όπως στην οξείδιο UO 3, το εξαφθοριούχο UF 6, και το κίτρινο ουρανύλιο ιόν UO 2 2+). Σε ένα υδατικό διάλυμα, το ουράνιο είναι το πιο σταθερό όπως το ουράνιο ιόν, το οποίο έχει γραμμική δομή [O = U = O] 2+. Το ουράνιο εμφανίζει επίσης μια κατάσταση +3 και +5, αλλά τα αντίστοιχα ιόντα είναι ασταθή. Το κόκκινο ιόν U 3+ οξειδώνεται αργά ακόμη και σε νερό που δεν περιέχει διαλυμένο οξυγόνο. Το χρώμα του ιόντος UO 2 + είναι άγνωστο, διότι υφίσταται δυσανάληψη (το UO 2 + μειώνεται ταυτόχρονα σε U 4 + και οξειδώνεται σε UO 2 2+) ακόμη και σε πολύ αραιά διαλύματα.
Οι ενώσεις ουρανίου έχουν χρησιμοποιηθεί ως χρωστικοί παράγοντες για κεραμικά. Το εξαφθοριούχο ουράνιο (UF 6) είναι ένα στερεό με ασυνήθιστα υψηλή πίεση ατμών (115 torr = 0,15 atm = 15,300 Pa) στους 25 ° C (77 ° F). Το UF 6 είναι χημικά πολύ αντιδραστικό, αλλά, παρά τη διαβρωτική του φύση στην κατάσταση ατμών, το UF 6 έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στις μεθόδους διάχυσης αερίου και φυγοκέντρησης αερίου για το διαχωρισμό του ουρανίου-235 από το ουράνιο-238.
Οι οργανομεταλλικές ενώσεις είναι μια ενδιαφέρουσα και σημαντική ομάδα ενώσεων στις οποίες υπάρχουν δεσμοί μετάλλου-άνθρακα που συνδέουν ένα μέταλλο με οργανικές ομάδες. Uranocene είναι μια ένωση organouranium U (C 8 H 8) 2, στην οποία ένα άτομο ουρανίου στριμώχνεται μεταξύ δύο στρωμάτων οργανικών δακτυλίου που σχετίζονται με κυκλοοκτατετραένιο C 8 H 8. Η ανακάλυψή του το 1968 άνοιξε μια νέα περιοχή οργανομεταλλικής χημείας.
Ιδιότητες στοιχείου
| ατομικός αριθμός | 92 |
|---|---|
| ατομικό βάρος | 238.03 |
| σημείο τήξης | 1,132,3 ° C (2,070,1 ° F) |
| σημείο βρασμού | 3.818 ° C (6.904 ° F) |
| ειδικό βάρος | 19.05 |
| καταστάσεις οξείδωσης | +3, +4, +5, +6 |
| διαμόρφωση ηλεκτρονίων αέριας ατομικής κατάστασης | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
