У этого термина существуют и другие значения, см. Уран (значения).

Уран(U)
Атомный номер	92
Внешний вид	Файл:HEUranium.jpg
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	238.0289 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	138 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f³ 6d¹ 7s²
Химические свойства
Ковалентный радиус	142 пм
Радиус иона	(+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,38
Электродный потенциал	U←U⁴⁺ -1,38В U←U³⁺ -1,66В U←U²⁺ -0,1В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Термодинамические свойства
Плотность	19,05 г/см³
Удельная теплоёмкость	0,115 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	27,5 Вт/(м·K)
Температура плавления	1405,5 K
Теплота плавления	12,6 кДж/моль
Температура кипения	4018 K
Теплота испарения	417 кДж/моль
Молярный объём	12,5 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	орторомбическая
Период решётки	2,850 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	n/a K

Ура́н — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов.

История[]

Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики.

Уран был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом (Klaproth) при исследовании минерала настуран («урановая смолка»). Назван им в честь планеты Уран, открытой Уильямом Гершелем в 1781 году. В металлическом состоянии уран получен в 1841 французским химиком Эженом Пелиго при восстановлении UCl₄ металлическим калием. Радиоактивные свойства урана обнаружил в 1896 француз Анри Беккерель.

Первоначально урану приписывали атомную массу 116, но в 1871 году Д. И. Менделеев пришёл к выводу, что её надо удвоить. После открытия элементов с атомными номерами от 90 до 103 американский химик Г. Сиборг пришёл к выводу, что эти элементы (актиноиды) правильнее располагать в периодической системе в одной клетке с элементом № 89 актинием. Такое расположение связано с тем, что у актиноидов происходит достройка 5f-электронного подуровня.

Нахождение в природе[]

Файл:UraniumUSGOV.jpg

Уранинитовая руда

Уран — характерный элемент для гранитного слоя и осадочной оболочки земной коры. Содержание в земной коре 2,5·10⁻⁴% по массе. В морской воде концентрация урана менее 10⁻⁹ г/л, всего в морской воде содержится от 10⁹ до 10¹⁰ тонн урана. В свободном виде уран в земной коре не встречается. Известно около 100 минералов урана, важнейшие из них настуран U₃O₈, уранинит (U, Th)O₂, урановая смоляная руда (содержит оксиды урана переменного состава) и тюямунит Ca[(UO₂)₂(VO₄)₂]·8H₂O.

Изотопы[]

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸U — 99,2739 %, период полураспада T_1/2 = 4,51×10⁹ лет, ²³⁵U — 0,7024 % (T_1/2 = 7,13×10⁸ лет) и ²³⁴U — 0,0057 % (T_1/2 = 2,48×10⁵ лет). Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда ²³⁸U.

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами ²³⁸U и ²³⁴U, в равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа ²³⁵U в природном уране в 21 раз меньше активности ²³⁸U.

Известно 11 искусственных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 227 до 240. Наиболее долгоживущий из них — ²³³U (T_1/2 = 1,62×10⁵лет) получается при облучении тория нейтронами.

Изотопы урана ²³⁸U и ²³⁵U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов.

Получение[]

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжелые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжелые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжелая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырехвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырехвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определенных условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твердое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF₄. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, лития, редких земель. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO₂(NO₃)₂, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO₄·2H₂O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трехокись урана UO_{3_{, которую восстанавливают водородом до UO₂.}}

На диоксид урана UO₂ при температуре от 430 до 600 °C воздействуют сухим фтористым водородом для получения тетрафторида UF₄. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

Физические свойства[]

Уран очень тяжелый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667,7 °C), бета (четырехугольная, стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), гамма (с объёмно центрированной кубической структурой, существующей от 774,8 °C до точки плавления).

Химические свойства[]

Химическая активность металлического урана высока. На воздухе он покрывается радужной плёнкой оксида. Как и другие металлы, порошкообразный уран пирофорен - самовозгорается при температуре 150—175 °C. При сгорании урана и термическом разложении многих его соединений на воздухе образуется оксид урана U₃O₈. Если этот оксид нагревать в атмосфере водорода при температуре выше 500 °C, образуется диоксид урана UO₂. При сплавлении оксидов урана с оксидами других металлов образуются уранаты: К₂UO₄ (уранат калия), СаUO₄ (уранат кальция), Na₂U₂O₇ (диуранат натрия).

Взаимодействуя с галогенами, уран даёт галогениды урана. Известны фториды и хлориды, отвечающие степеням окисления урана +3, +4, +5 и +6. Получены бромиды урана UBr₃, UBr₄ и UBr₅, а также иодиды урана UI₃ и UI₄. Синтезированы оксигалогениды урана, такие, как UO₂Cl₂, UOCl₂ и другие.

При взаимодействии урана с водородом образуется гидрид урана UH₃, обладающий высокой химической активностью. При нагревании гидрид разлагается, образуя водород и порошкообразный уран.

При 1000 °C уран соединяется с азотом, образуя жёлтый нитрид урана. Получены следующие нитриды урана: UN, UN₂, U₂N₃.

При спекании урана с бором возникают, в зависимости от молярного отношения реагентов и условий проведения процесса, бориды UB₂, UB₄ и UB₁₂.

С углеродом уран образует три карбида UC, U₂C₃ и UC₂.

Взаимодействием урана с кремнием получены силициды U₃Si, U₃Si₂, USi, U₃Si₅, USi₂ и U₃Si₂.

Получены фосфиды урана: UP, U₃P₄, UP₂.

С серой уран образует ряд сульфидов: U₃S₅, US, US₂, US₃ и U₂S₃.

Металлический уран растворяется в HCl и HNO₃, медленно реагирует с H₂SO₄ и H₃PO₄. Возникают соли, содержащие катион уранила UO₂²⁺.

В водных растворах существуют соединения урана в степенях окисления от +3 до +6. Ион U³⁺ в растворе неустойчив, ион U⁴⁺ стабилен в отсутствие воздуха. Катион UO²⁺ нестабилен и в растворе диспропорционируется на U⁴⁺ и UO₂²⁺. Ионы U³⁺ имеют характерную красную окраску, ионы U⁴⁺ — зелёную, ионы UO₂²⁺ — жёлтую.

В растворах наиболее устойчивы соединения урана в степени окисления +6. Все соединения урана в растворах склонны к гидролизу и комплексообразованию, наиболее сильно — катионы U⁴⁺ и UO₂²⁺.

Применение[]

Ядерное топливо[]

Наибольшее применение имеет изотоп урана ²³⁵U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии (критическая масса около 48 кг). Выделение изотопа U²³⁵ из природного урана — сложная технологическая проблема, (см. разделение изотопов).

Изотоп U²³⁸ способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом ²³⁸U может превращаться в ²³⁹Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), является ядерным топливом для атомных электростанций и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Другие сферы применения[]

Небольшая добавка урана придаёт красивый зеленовато-жёлтый оттенок стеклу [1].
Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело — водород + гексан).
Сплавы железа и обедненного урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.
В начале ХХ века уранилнитрат широко применялся в качестве вирирующего агента для получения тонированных фотографических отпечатков.

Обеднённый уран[]

После извлечения ²³⁵U и ²³⁴U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF₆).

Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счет удаления из него ²³⁴U. Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

В основном его использование связано с большой плотностью урана и относительно низкой его стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно) и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В каждом самолете «Боинг-747» содержится 1500 кг обедненного урана для этих целей. Ещё этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, при бурении нефтяных скважин.

Сердечники бронебойных снарядов[]

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. При сплавлении с 2 % Mo или 0,75 % Ti и термической обработке (быстрая закалка разогретого до 850 °C металла в воде или масле, дальнейшее выдерживание при 450 °C 5 часов) металлический уран становится твёрже и прочнее стали (прочность на разрыв больше 1600 МПа, при том, что у чистого урана она равна 450 МПа). В сочетании с большой плотностью, это делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому вольфраму. Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони. Около 300 тонн обедненного урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава).

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Югославии. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

Физиологическое действие[]

В микроколичествах (10⁻⁵—10⁻⁸ %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в легких — 50 %. Основные депо в организме: селезенка, почки, скелет, печень, легкие и бронхо-легочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10⁻⁷г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Добыча урана в мире[]

Файл:KarteUrangewinnung.png

10 стран, ответственных за 94 % мировой добычи урана

Согласно «Красной книге по урану», выпущенной ОЭСР, в 2005 добыто 41250 тонн урана (в 2003 — 35492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения, которые потребляют в год 67 тыс. тонн урана. Это означает, что его производство обеспечивает лишь 60 % объёма его потребления (остальное извлекается из старых ядерных боеголовок).

Добыча по странам в тоннах по содержанию U на 2005—2006 гг.

Страна	2005 год
Канада	11410
Австралия	9044
Казахстан	4020
Россия	3570
США	1249
Украина	920
Китай	920

Добыча в России[]

На месторождении в Читинской области (около города Краснокаменск) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав корпорации «ТВЭЛ».

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

На территории России (в Якутии) находится Эльконское урановое месторождение — самое богатое из разведанных месторождений в России, на него приходится более половины разведанных запасов урана в стране — около 344 тыс. тонн и считающееся одними из крупнейших в мире. Оно разделено на 8 лицензионных участков, один из которых — зона «Южная», запасы урана которой оцениваются на уровне свыше 250 тыс. тонн.

См. также[]

Разделение изотопов
Ядерное топливо

Ссылки[]

**Периодическая система элементов**
H																	He
Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Uub	Uut	Uuq	Uup	Uuh	Uus	Uuo

	*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
	**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

als:Uran ar:يورانيوم az:Uran (element) be:Уран (хімічны элемент) bg:Уран (елемент) bs:Uranijum ca:Urani co:Uraniu cs:Uran (prvek) da:Uran de:Uran el:Ουράνιο en:Uranium eo:Uranio es:Uranio et:Uraan fa:اورانیوم fi:Uraani fr:Uranium he:אורניום hr:Uranij hu:Urán hy:Ուրան (տարր) id:Uranium io:Uranio is:Úran it:Uranio ja:ウラン jbo:jinmrvurani ko:우라늄 la:Uranium lb:Uran lt:Uranas (chemija) lv:Urāns (elements) nl:Uranium nn:Uran no:Uran pl:Uran (pierwiastek) pt:Urânio scn:Uraniu sh:Uranijum simple:Uranium sk:Urán (prvok) sl:Uran sq:Urani (kimi) sr:Уранијум sv:Uran ta:யுரேனியம் th:ยูเรเนียม tl:Uranyo tr:Uranyum ug:ئۇران (مېتلا) uk:Уран (хімічний елемент) vi:Urani zh:鈾

Выделить Уран (элемент) и найти в:

Страница 0 - краткая статья
Страница 1 - энциклопедическая статья
Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
Прошу вносить вашу информацию в «Уран (элемент) 1», чтобы сохранить ее

Уран (элемент)