Uran (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Uran
protaktyn ← uran → neptun
Wygląd
srebrzystobiały
Uran
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. uran, U, 92
(łac. uranium)
Grupa, okres, blok –, 7, f
Stopień utlenienia V
Właściwości metaliczne aktynowiec
Właściwości tlenków słabo zasadowe
Masa atomowa 238,02891(3)[a][2] u
Stan skupienia stały
Gęstość 19 050 kg/m³
Temperatura topnienia 1132 °C
Temperatura wrzenia 1797 °C
Numer CAS 7440-61-1
PubChem 23989[3]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik 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 (nie licząc śladowych ilości 93Np i 94Pu)[4].

W uranie naturalnym występuje głównie słabo promieniotwórczy izotop 238U (około 99,3%), któremu towarzyszy 235U (około 0,7%) i ślady 234U. Jądra wszystkich izotopów uranu ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Jądra izotopów 235U i 233U ulegają rozszczepieniu spontanicznemu wymuszonemu rozszczepieniu jądra. Syntetyczny rozszczepialny izotop 233U otrzymuje się przez bombardowanie toru 232Th neutronami.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości (65% większej niż gęstość ołowiu). Jest plastyczny i kowalny, jest słabym paramagnetykiem i przewodnikiem elektrycznym (opór właściwy 28×10-8 Ω·m; 16× większy od miedzi)[5].

Tworzy formy alotropowe[5]:

  • alfa (rombowa) stabilna do 668 °C
  • beta (tetragonalna) stabilna w zakresie od 668 do 775 °C
  • gamma (regularna centrowana objętościowo b.c.c) od 775 °C do temperatury topnienia.

Właściwości chemiczne[edytuj | edytuj kod]

Jest silnie elektrododatni. Reaguje z prawie wszystkimi pierwiastkami niemetalicznymi i wieloma ich związkami. Kwas solny i azotowy rozpuszczają uran, ale kwasy nieutleniające poza kwasem solnym rozpuszczają go bardzo powoli. Silnie rozdrobniony jest piroforyczny i reaguje z zimną wodą. Na powietrzu pokrywa się ciemną warstwą tlenku. Ze względu na reaktywność, z rud ekstrahuje się go w układach wodnych i przekształca w dwutlenek uranu lub inne formy używalne w przemyśle[5].

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

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:

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[6]


Występowanie w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Niezbyt wydajne złoża uranu występują w Polsce w Rudawach Janowickich (Miedzianka, Kowary), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno), w Górach Świętokrzyskich oraz w górach Izerskich (Kromnów, Kopaniec[7]), 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[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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[8]. „Uran jest zatem na razie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka”[9].

Inne zastosowania uranu:

238U (n, γ) → 239U → 239Np + β → 239Pu + β

Historia[edytuj | edytuj kod]

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.

Information icon.svg Osobny artykuł: Szkło uranowe.

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[11].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Liczba w nawiasie oznacza niepewność ostatniego podanego miejsca po przecinku.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia 1272/2008, zał. VI: Uran (pierwiastek) (pol.) w bazie European chemical Substances Information System. Instytut Ochrony Zdrowia i Konsumenta. [dostęp 2011-09-30].
  2. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  3. Uran (pierwiastek) – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  4. C.R. Hammond: The Elements. W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 83th. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 4-20, 4-23.
  5. 5,0 5,1 5,2 Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżyński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht‐Schmitt, Stephen F. Wolf: Uranium. W: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (red.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. T. 1. Dordrecht, Holandia: Springer, 2006, s. 253-698. DOI:10.1007/1-4020-3598-5_5. ISBN 978-1-4020-3598-2.
  6. World Uranium Mining. World Nuclear Association. [dostęp 2012-01-01].
  7. Boją się, że znajdą uran w Górach Izerskich. naszemiasto.pl, 2011-10-12. [dostęp 2011-10-25].
  8. John Emsley: Nature’s building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0198503407.
  9. Jak to jest?. Warszawa: Przegląd Reader’s Digest, 1998. ISBN 83-909366-1-5.
  10. C.R. Hammond: The Elements. W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 83th. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 4-33–4-34.
  11. Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 8311067236. (pol.)

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

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