Uran (pierwiastek)

Uran
protaktyn ← uran → neptun
Nd ↑ U ↓ Uqb 92 U
Wygląd
srebrzystobiały
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	uran, U, 92 (łac. uranium)
Grupa, okres, blok	–, 7, f
Stopień utlenienia	5
Właściwości metaliczne	aktynowiec
Właściwości tlenków	słabo zasadowe
Masa atomowa	238,0289 u
Stan skupienia	stały
Gęstość	19050 kg/m³
Temperatura topnienia	1132 °C
Temperatura wrzenia	1797 °C
Numer CAS	7440-61-1
PubChem	23989
Właściwości atomowe Promień • atomowy • van der Waalsa 175 pm 186 pm Konfiguracja elektronowa [Rn]5f36d17s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,38 1,22 Potencjały jonizacyjne I 597,6 kJ/mol II 1420 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 477 kJ/mol Ciepło topnienia 15,48 kJ/mol Konduktywność 3,8×106 S/m Ciepło właściwe 120 J/(kg·K) Przewodność cieplna 27,6 W/(m·K) Układ krystalograficzny rombowy Twardość • w skali Mohsa 4,5 Prędkość dźwięku 3155 m/s (293,15 K) Objętość molowa 12,49×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 232U {syn.} 68,9 roku α 5,414 228Th 233U {syn.} 1,592×104 lat α 4,909 229Th 234U 0,006% 2,455×105 lat α 4,859 230Th 235U 0,72% 7,038×108 lat α 4,679 231Th 236U {syn.} 2,342×107 lat α 4,572 232Th 238U 99,275% 4,468×109 lat α 4,270 234Th
Niebezpieczeństwa Zagrożenia (GHS) wg Rozporządzenia 1272/2008, zał. VI Niebezpieczeństwo Zwroty H H300, H330, H373, H413 Zwroty EUH brak zwrotów EUH Zwroty P P? Zagrożenia (UE) wg Dyrektywy 67/548/EWG, zał. I Silnie toksyczny (T+) Zwroty R R26/28, R33, R53 Zwroty S S1/2, S20/21, S45, S61
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło uran w Wikisłowniku

Uran (U, łac. uranium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym.

Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę atomową (92), jest słabo promieniotwórczy.

W uranie naturalnym występuje głównie izotop ²³⁸U (około 99,3%), któremu towarzyszy ²³⁵U (około 0,7%) i ślady ²³⁴U. Izotop ²³⁵U ulega rozszczepieniu spontanicznemu oraz pod wpływem neutronów termicznych (rozszczepienie jądra atomowego) . Izotop ²³⁸U pochłania neutrony i następnie przekształca się w ²³⁹Pu (pluton), który jest rozszczepialny. Syntetyczny izotop ²³³U jest rozszczepialny, otrzymuje się go przez bombardowanie ²³²Th neutronami.

Właściwości

Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości (65% większej niż gęstość ołowiu), tworzy formy alotropowe:

• alfa (rombowa) stabilna do 667,7 °C
• beta (tetragonalna) stabilna w zakresie od 667,7 do 774,8 °C
• gamma (regularna centrowana objętościowo b.c.c) od 774,8 °C do temperatury topnienia.

Sproszkowany metaliczny uran jest piroforyczny.

Występowanie

Bryłka rudy uranu

Uran występuje na ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych w ilości 2,4 ppm. Można znaleźć go w skałach, glebie, wodzie, roślinach, zwierzętach a nawet w ciele ludzkim. Występuje także w większym stężeniu w minerałach, najważniejszymi minerałami uranu są:

• blenda uranowa
• uraninit UO₂ + UO₃
• karnotyt K₂(UO₂)₂(VO₄)₂•2H₂O

Największe złoża rud uranu znajdują się w: Kongo (Wyżyna Katanga), Północnej Kanadzie, USA (Utah, Kolorado), w Jachymowie w Czechach, Turkiestanie, Tiuji Mujun, Tybecie.

Państwa o największym wydobyciu rud uranu w 2010 roku (w tys. ton U)
Kazachstan	17,8
Kanada	9,8
Australia	5,9
Namibia	4,5
Niger	4,2
Rosja	3,6
Uzbekistan	2,4
Stany Zjednoczone	1,7
Ukraina	0,9
Chiny	0,8
Łącznie na świecie	53,7
Źródło: World Uranium Mining

Występowanie w Polsce

Niezbyt wydajne złoża uranu występują w Polsce w Rudawach Janowickich (Miedziance, Kowarach), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno), w Górach Świętokrzyskich oraz w górach Izerskich (Kromnów, Kopaniec), zostały one jednak w znacznym stopniu wyeksploatowane przez ZSRR do lat 50. XX wieku. W latach 60. XX w. złoża uranu odkryto w okolicach wsi Rajsk opodal Bielska Podlaskiego.

Rabunkowe wydobycie rud uranu w Miedziance doprowadziło do zniszczenia i wysiedlenia miasta. W Kowarach u stóp Karkonoszy dla turystów otwarta jest sztolnia poszukiwawcza kopalni uranu, znajdująca się w sąsiedztwie byłych sztolni wydobywczych. W latach 1974 – 1989 działało w Kowarach Inhalatorium Radonowe, zamknięto je po 15 latach działalności po zawaleniu się nieeksploatowanej części kopalni stanowiącej źródło radonu. Aktualnie działa nowe inhalatorium radonowe w ramach komercyjnego Centrum Wypoczynku i Odnowy Biologicznej "Jelenia Struga", występująca tam koncentracja radonu jest bardzo niska. Jest to jedna z pięciu tego typu atrakcji na świecie. Wyrobisko Kopaliny w pobliżu Kletna jest także udostępnione do zwiedzania przez turystów.

Związki chemiczne uranu

Konfiguracja elektronowa uranu

Uran reaguje z tlenem z powietrza pokrywając się stopniowo najpierw złotożółtą a następnie czarną warstwą tlenków. W podwyższonych temperaturach jest reaktywny. Podgrzany do 450 °C reaguje z azotem tworząc azotki, ogrzany w wodzie daje wodorek UH₃ a w temperaturze wrzenia wydziela z wody wolny wodór. Uran roztwarza się łatwo w rozcieńczonych kwasach. Zapala się w powietrzu już po umiarkowanym ogrzaniu a sproszkowany nawet w temperaturze pokojowej. Reaguje z kwasami, siarką, chlorem, fluorem. Wszystkie rozpuszczalne związki chemiczne uranu są trujące.

Najtrwalszym ze stopni utlenienia uranu jest VI. Tlenek uranu(VI) (UO₃) to proszek o barwie od żółtej do pomarańczowej. W temperaturze powyżej 500 °C przechodzi on w oliwkowozielony U₃O₈, który jest najtrwalszym z tlenków uranu i występuje w przyrodzie jako minerał uraninit. UO₃ jest tlenkiem amfoterycznym, to znaczy reaguje zarówno z kwasami jak i z zasadami. W wyniku gotowania UO₃ z wodą powstaje wodorotlenek uranylu UO₂(OH)₂. Stabilne w roztworze wodnym jony uranu to czerwone U³⁺, zielone U⁴⁺ oraz żółte UO₂²⁺.

Zastosowania

Głównym zastosowaniem jest użycie izotopu ²³⁵U jako materiału rozszczepialnego w bombach jądrowych oraz reaktorach jądrowych, które znalazły zastosowanie w elektrowniach atomowych oraz w napędzie okrętów podwodnych. Uran naturalny zawiera zbyt mało izotopu ²³⁵U by mógł być użyty jako materiał rozszczepialny i wymaga przetworzenia zwiększającego zawartość tego izotopu w procesie zwanym wzbogacaniem. W wyniku tego przetworzenia uzyskuje się uran wzbogacony oraz odpad zwany uranem zubożonym. Do wzbogacania uranu używa się wirówek wzbogacających.

Teoretycznie jeden gram uranu (czyli kulka o średnicy ok. 0,5 cm) może dostarczyć ok. 20 miliardów dżuli (20×10⁹ J) energii. Jest to ilość odpowiadająca spaleniu ok. 1,5 t węgla. "Uran jest zatem na razie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka".

Inne zastosowania uranu:

• Uranu używano do barwienia szkła i ceramiki, obecnie ze względu na strach przed promieniowaniem, zaniechano tego zastosowania.
• ²³⁸U jest przetwarzany na pluton w reaktorach atomowych zwanych reaktorami powielającymi.
• Metaliczny uran ze względu na dużą liczbę masową jest używany jako tarcza w generatorach promieniowania X o dużej energii.
• ²³⁸U jako izotop o bardzo długim okresie rozpadu (4,468 × 10⁹ lat) oraz produkty rozpadu służą do określania wieku skał.
• Uran (w praktyce uran zubożony) jako metal o bardzo dużej gęstości używany jest jako rdzeń przeciwczołgowych pocisków podkalibrowych.
• Stosowany jest też w fotografii oraz analizie chemicznej.

Historia

Uran w postaci naturalnego tlenku był używany, od co najmniej 79 roku, do barwienia na żółty kolor wyrobów szklanych. Żółte szkło z zawartością 1% tlenku uranu znaleziono niedaleko Neapolu we Włoszech.

Uznanie uranu za pierwiastek przypisuje się chemikowi Martinowi Heinrichowi Klaprothowi, który ogłosił to odkrycie w 1789 r., nadając nowemu pierwiastkowi nazwę uranium, nawiązując do wcześniejszego o 8 lat odkrycia planety Uran przez astronoma niemieckiego pochodzenia Williama Herschela. Pierwiastek ten w formie czystej został wyodrębniony po raz pierwszy przez Eugene-Melchiora Peligota w 1841 r.

Izotop ²³⁵U oznaczano dawniej przez AcU i nazywano aktynouranem.

Zobacz też

• minerały metamiktyczne
• minerały promieniotwórcze
• minerały uranylu

Bibliografia

1. Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. PWN, 1970.