Uran (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Uran
protaktyn ← uran → neptun
Wygląd
srebrzystobiały
Uran
Widmo emisyjne uranu
Widmo emisyjne uranu
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)

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 93
Np
i 94
Pu
)[4].

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

Właściwości[edytuj]

Właściwości fizyczne[edytuj]

Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości – 65% większej niż gęstość ołowiu – lecz w odróżnieniu od niego jest jednym z najtwardszych metali (HB = 2400 MN/m²)[5]. Jest plastyczny i kowalny, jest słabym paramagnetykiem i przewodnikiem elektrycznym (opór właściwy 28×10−8 Ω·m; 16 razy większy od miedzi)[6].

Tworzy formy alotropowe[6]:

  • 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]

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 tlenek uranu(IV) lub inne formy używalne w przemyśle[6].

Występowanie[edytuj]

Bryłka rudy uranu

Uran występuje na Ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych, w skorupie ziemskiej w ilości 1,8 ppm zajmując 51. miejsce wśród pierwiastków. Można znaleźć go w skałach (w granicie 2 - 10 mg/kg skały), glebie, wodzie (w oceanie 0,0033 ppm), roślinach, zwierzętach, a nawet w ciele ludzkim[7]. Występuje w większym stężeniu rudach uranu. Tworzy minerały, najważniejszymi minerałami uranu są:

Złoża rud uranu klasyfikuje się głównie wg kosztów wydobycia 1 tony uranu. Najniższe koszty wydobycia wynoszą poniżej 80 $/tonę, takie zasoby stanowią kilkanaście procent znanych zasobów. Znane i realnie rozpoznane złoża, w 2013 roku, o kosztach wydobycia poniżej 130 $/t sięgają 5,9 mln ton. Największe zasoby znajdują się na terenie Australii (29 %), Kazachstanu (12 %), Rosji (9 %), Kanady (8 %)[8].

Państwa o największym wydobyciu rud uranu w 2014 roku
(w tys. ton U)
 Kazachstan 23,1
 Kanada 9,1
 Australia 5,0
 Niger 4,1
 Namibia 3,3
 Rosja 3,0
 Uzbekistan 2,4
 Stany Zjednoczone 1,9
 Chiny 1,5
 Ukraina 0,9
Łącznie na świecie 56,2
Źródło: World Uranium Mining[9]


Występowanie w Polsce[edytuj]

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[10]), zostały one jednak w znacznym stopniu wyeksploatowane na potrzeby 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 kopalnia uranu Podgórze. 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]

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 UH
3
, 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) (UO
3
) to proszek o barwie od żółtej do pomarańczowej. W temperaturze powyżej 500 °C przechodzi on w oliwkowozielony U
3
O
8
, który jest najtrwalszym z tlenków uranu i występuje w przyrodzie jako minerał uraninit. UO
3
jest tlenkiem amfoterycznym. W wyniku gotowania UO
3
z wodą powstaje wodorotlenek uranylu UO
2
(OH)
2
. Stabilne w roztworze wodnym jony uranu to czerwone U3+
, zielone U4+
oraz żółte UO2+
2
.

Zastosowania[edytuj]

Głównym zastosowaniem jest użycie izotopu 235
U
jako materiału rozszczepialnego w bombach jądrowych oraz reaktorach jądrowych, które znalazły zastosowanie w elektrowniach jądrowych oraz w napędzie okrętów podwodnych. Uran naturalny zawiera zbyt mało izotopu 235
U
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, co odpowiada spaleniu ponad 1,5 t węgla[11]. „Uran jest zatem na razie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka”[12].

Inne zastosowania uranu:

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

Historia[edytuj]

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.

 Osobny artykuł: Szkło uranowe.

Uznanie uranu za pierwiastek przypisuje się chemikowi Martinowi Heinrichowi Klaprothowi, który ogłosił to odkrycie w 1789 roku, 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 Eugène-Melchiora Péligota w 1841 roku.

Izotop 235
U
oznaczano dawniej przez AcU i nazywano aktynouranem[14].

Zobacz też[edytuj]

Uwagi[edytuj]

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

Przypisy[edytuj]

  1. a b Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia (WE) nr 1272/2008, zał. VI, z uwzględnieniem Rozporządzeń ATP: Uran (pierwiastek) w Wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-04-10].
  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. 83. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 4-20, 4-23.
  5. Hardness – Brinell: periodicity. W: WebElements [on-line]. [dostęp 2015-01-12].
  6. a b c Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżyński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht‐Schmitt, Stephen F. Wolf: Uranium. W: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (red.). T. 1. Dordrecht, Holandia: Springer, 2006, s. 253-698. DOI: 10.1007/1-4020-3598-5_5. ISBN 978-1-4020-3598-2.
  7. Peter O'Neill: Environmental Chemistry, 3rd Edition. CRC Press, 1998. ISBN 0751404837.
  8. Supply of Uranium. [dostęp 2016-07-15].
  9. World Uranium Mining. World Nuclear Association. [dostęp 2016-01-01].
  10. Boją się, że znajdą uran w Górach Izerskich. naszemiasto.pl, 2011-10-12. [dostęp 2011-10-25].
  11. John Emsley: Nature’s building blocks: an A–Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001, s. 479. ISBN 0198503407.
  12. Jak to jest?. Warszawa: Przegląd Reader’s Digest, 1998. ISBN 83-909366-1-5.
  13. C.R. Hammond: The Elements. W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 83. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 4-33–4-34.
  14. Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 8311067236. (pol.)

Bibliografia[edytuj]

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