Unsur kimia uranium: sifat, karakteristik, rumus. Penambangan dan penggunaan uranium

Dari mana asal uranium? Kemungkinan besar, itu muncul selama ledakan supernova. Faktanya adalah bahwa untuk nukleosintesis unsur-unsur yang lebih berat daripada besi, harus ada fluks neutron yang kuat, yang terjadi hanya selama ledakan supernova. Tampaknya nanti, ketika mengembun dari awan sistem bintang baru yang dibentuk olehnya, uranium, yang telah berkumpul di awan protoplanet dan menjadi sangat berat, akan tenggelam ke kedalaman planet. Tapi tidak. Uranium adalah unsur radioaktif dan melepaskan panas ketika meluruh. Perhitungan menunjukkan bahwa jika uranium didistribusikan secara merata di seluruh ketebalan planet, setidaknya dengan konsentrasi yang sama seperti di permukaan, maka ia akan melepaskan terlalu banyak panas. Selain itu, alirannya harus berkurang karena uranium dikonsumsi. Karena tidak ada jenis yang diamati, ahli geologi percaya bahwa setidaknya sepertiga dari uranium, dan mungkin semuanya, terkonsentrasi di kerak bumi, di mana isinya adalah 2,5-10 -4%. Mengapa ini terjadi tidak dibahas.

Di mana uranium ditambang? Uranium di Bumi tidak begitu kecil - dalam hal prevalensi, ia berada di urutan ke-38. Dan sebagian besar dari semua elemen ini ada di batuan sedimen - serpih karbon dan fosfor: masing-masing hingga 8∙10 -3 dan 2,5∙10 -2%. Secara total, kerak bumi mengandung 10 14 ton uranium, tetapi masalah utama karena sangat tersebar dan tidak membentuk endapan yang kuat. Sekitar 15 mineral uranium memiliki kepentingan industri. Ini adalah pitch uranium - dasarnya adalah uranium oksida tetravalen, uranium mika - berbagai silikat, fosfat, dan senyawa yang lebih kompleks dengan vanadium atau titanium berdasarkan uranium heksavalen.

Apa itu sinar Becquerel? Setelah penemuan sinar-X oleh Wolfgang Roentgen, fisikawan Prancis Antoine-Henri Becquerel menjadi tertarik pada pancaran garam uranium, yang terjadi di bawah pengaruh sinar matahari. Dia ingin mengerti jika ada sinar-X di sini juga. Memang, mereka hadir - garam menerangi pelat fotografi melalui kertas hitam. Namun, dalam salah satu percobaan, garam tidak menyala, dan pelat fotografi masih menjadi gelap. Ketika sebuah benda logam ditempatkan di antara garam dan pelat fotografi, kegelapan di bawahnya berkurang. Akibatnya, sinar baru tidak muncul sama sekali karena eksitasi uranium oleh cahaya dan tidak melewati sebagian logam. Mereka disebut pada awalnya "sinar Becquerel". Selanjutnya, ditemukan bahwa ini terutama sinar alfa dengan sedikit tambahan sinar beta: faktanya adalah bahwa isotop utama uranium memancarkan partikel alfa selama peluruhan, dan produk turunannya juga mengalami peluruhan beta.

Seberapa tinggi radioaktivitas uranium? Uranium tidak memiliki isotop stabil, semuanya radioaktif. Umur terpanjang adalah uranium-238 dengan waktu paruh 4,4 miliar tahun. Berikutnya adalah uranium-235 - 0,7 miliar tahun. Keduanya mengalami peluruhan alfa dan menjadi isotop thorium yang sesuai. Uranium-238 membuat lebih dari 99% dari semua uranium alam. Karena waktu paruhnya yang panjang, radioaktivitas unsur ini kecil, dan selain itu, partikel alfa tidak mampu mengatasi stratum korneum di permukaan. tubuh manusia. Mereka mengatakan bahwa IV Kurchatov, setelah bekerja dengan uranium, cukup menyeka tangannya dengan saputangan dan tidak menderita penyakit apa pun yang terkait dengan radioaktivitas.

Para peneliti telah berulang kali beralih ke statistik penyakit pekerja di tambang uranium dan pabrik pengolahan. Sebagai contoh, berikut adalah artikel terbaru oleh para ahli Kanada dan Amerika yang menganalisis data kesehatan lebih dari 17.000 pekerja di tambang Eldorado di provinsi Saskatchewan Kanada selama tahun 1950-1999 ( penelitian lingkungan, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Mereka melanjutkan dari fakta bahwa radiasi memiliki efek terkuat pada sel darah yang berkembang biak dengan cepat, yang mengarah ke jenis kanker yang sesuai. Statistik menunjukkan bahwa para pekerja tambang memiliki penyakit berbagai jenis kanker darah kurang dari rata-rata Kanada. Pada saat yang sama, sumber utama radiasi dianggap bukan uranium itu sendiri, tetapi gas radon yang dihasilkan olehnya dan produk peluruhannya, yang dapat masuk ke tubuh melalui paru-paru.

Mengapa uranium berbahaya?? Itu, seperti logam berat lainnya, sangat beracun dan dapat menyebabkan gagal ginjal dan hati. Di sisi lain, uranium, sebagai elemen terdispersi, tak terhindarkan hadir di air, tanah dan, terkonsentrasi dalam rantai makanan, memasuki tubuh manusia. Masuk akal untuk berasumsi bahwa dalam proses evolusi, makhluk hidup telah belajar untuk menetralkan uranium dalam konsentrasi alami. Uranium paling berbahaya ada di air, jadi WHO menetapkan batas: awalnya 15 g/l, tetapi pada 2011 standarnya ditingkatkan menjadi 30 g/g. Sebagai aturan, uranium dalam air jauh lebih sedikit: di AS, rata-rata, 6,7 g / l, di Cina dan Prancis - 2,2 g / l. Tetapi ada juga penyimpangan yang kuat. Jadi di beberapa daerah California itu seratus kali lebih banyak dari standar - 2,5 mg / l, dan di Finlandia Selatan mencapai 7,8 mg / l. Para peneliti mencoba memahami apakah standar WHO terlalu ketat dengan mempelajari efek uranium pada hewan. Ini adalah pekerjaan yang khas Penelitian BioMed Internasional, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Ilmuwan Prancis memberi makan tikus selama sembilan bulan dengan air yang dilengkapi dengan uranium yang terkuras, dan dalam konsentrasi yang relatif tinggi - dari 0,2 hingga 120 mg / l. Nilai yang lebih rendah adalah air di dekat tambang, sedangkan yang atas tidak ditemukan di mana pun - konsentrasi maksimum uranium, diukur di Finlandia yang sama, adalah 20 mg / l. Yang mengejutkan penulis - artikel itu disebut seperti ini: "Tidak adanya efek nyata uranium pada sistem fisiologis ..." - uranium praktis tidak berpengaruh pada kesehatan tikus. Hewan-hewan itu makan dengan baik, menambah berat badan dengan benar, tidak mengeluh sakit dan tidak mati karena kanker. Uranium, sebagaimana mestinya, disimpan terutama di ginjal dan tulang, dan dalam jumlah seratus kali lebih kecil - di hati, dan akumulasinya, seperti yang diharapkan, tergantung pada kandungan dalam air. Namun, ini tidak menyebabkan gagal ginjal, atau bahkan munculnya penanda molekuler peradangan yang terlihat. Para penulis menyarankan untuk memulai tinjauan terhadap pedoman ketat WHO. Namun, ada satu peringatan: efeknya pada otak. Ada lebih sedikit uranium di otak tikus daripada di hati, tetapi kandungannya tidak tergantung pada jumlah dalam air. Tetapi uranium memengaruhi kerja sistem antioksidan otak: aktivitas katalase meningkat 20%, glutathione peroxidase meningkat 68-90%, sedangkan aktivitas superoksida dismutase turun 50% terlepas dari dosisnya. Ini berarti bahwa uranium jelas menyebabkan stres oksidatif di otak dan tubuh bereaksi terhadapnya. Efek seperti itu - efek uranium yang kuat pada otak tanpa adanya akumulasi di dalamnya, omong-omong, serta di organ genital - telah diperhatikan sebelumnya. Selain itu, air dengan uranium pada konsentrasi 75–150 mg/l, yang diberikan oleh peneliti dari Universitas Nebraska kepada tikus selama enam bulan ( Neurotoksikologi dan Teratologi, 2005, 27, 1, 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) mempengaruhi perilaku hewan, terutama jantan, dilepaskan ke lapangan: mereka melintasi garis, berdiri dengan kaki belakangnya, dan menyikat bulunya, tidak seperti kontrol. Ada bukti bahwa uranium juga menyebabkan gangguan memori pada hewan. Perubahan perilaku berkorelasi dengan tingkat oksidasi lipid di otak. Ternyata tikus dari air uranium menjadi sehat, tetapi bodoh. Data ini akan tetap berguna bagi kita dalam analisis apa yang disebut sindrom Teluk Persia (Sindrom Perang Teluk).

Apakah uranium mencemari lokasi penambangan shale gas? Itu tergantung pada seberapa banyak uranium dalam batuan yang mengandung gas dan bagaimana hal itu terkait dengannya. Misalnya, Associate Professor Tracy Bank dari University at Buffalo telah menjelajahi Marcelus Shale, yang membentang dari negara bagian New York bagian barat melalui Pennsylvania dan Ohio hingga Virginia Barat. Ternyata uranium secara kimiawi terikat tepat dengan sumber hidrokarbon (ingat bahwa serpih karbon terkait memiliki kandungan uranium tertinggi). Eksperimen telah menunjukkan bahwa larutan yang digunakan untuk memecahkan lapisan itu melarutkan uranium dengan sempurna. “Ketika uranium di perairan ini berada di permukaan, dapat menyebabkan pencemaran di daerah sekitarnya. Itu tidak membawa risiko radiasi, tetapi uranium adalah unsur beracun,” catat Tracy Bank dalam siaran pers universitas tertanggal 25 Oktober 2010. Artikel rinci tentang risiko pencemaran lingkungan dengan uranium atau thorium selama ekstraksi shale gas belum disiapkan.

Mengapa uranium dibutuhkan? Sebelumnya, itu digunakan sebagai pigmen untuk pembuatan keramik dan kaca berwarna. Sekarang uranium adalah dasar dari energi nuklir dan senjata atom. Dalam hal ini, properti uniknya digunakan - kemampuan nukleus untuk membelah.

Apa itu fisi nuklir? Disintegrasi inti menjadi dua bagian besar yang tidak sama. Justru karena sifat inilah selama nukleosintesis karena penyinaran neutron, inti yang lebih berat daripada uranium terbentuk dengan sangat sulit. Inti dari fenomena tersebut adalah sebagai berikut. Jika perbandingan jumlah neutron dan proton dalam inti tidak optimal, maka menjadi tidak stabil. Biasanya, inti seperti itu mengeluarkan partikel alfa - dua proton dan dua neutron, atau partikel beta - positron, yang disertai dengan transformasi salah satu neutron menjadi proton. Dalam kasus pertama, elemen tabel periodik diperoleh, dengan jarak dua sel ke belakang, di sel kedua - satu sel ke depan. Namun, inti uranium, selain memancarkan partikel alfa dan beta, mampu fisi - meluruh menjadi inti dua elemen di tengah tabel periodik, misalnya, barium dan kripton, yang dilakukannya, setelah menerima neutron. Fenomena ini ditemukan tak lama setelah penemuan radioaktivitas, ketika fisikawan mengekspos semua yang mereka miliki ke radiasi yang baru ditemukan. Beginilah cara Otto Frisch, seorang peserta dalam peristiwa itu, menulis tentang ini (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Setelah penemuan sinar berilium - neutron - Enrico Fermi menyinarinya, khususnya uranium untuk menyebabkan peluruhan beta - ia berharap untuk mendapatkan elemen ke-93 berikutnya, yang sekarang disebut neptunium, atas biayanya sendiri. Dialah yang menemukan jenis radioaktivitas baru dalam uranium yang diiradiasi, yang dia kaitkan dengan penampilan elemen transuranium. Dalam hal ini, memperlambat neutron, yang sumber beriliumnya ditutupi dengan lapisan parafin, meningkatkan radioaktivitas yang diinduksi ini. Ahli radiokimia Amerika Aristide von Grosse menyarankan bahwa salah satu elemen ini adalah protaktinium, tetapi dia salah. Tetapi Otto Hahn, yang saat itu bekerja di Universitas Wina dan menganggap protaktinium yang ditemukan pada tahun 1917 sebagai gagasannya, memutuskan bahwa ia berkewajiban untuk mencari tahu elemen apa yang diperoleh dalam kasus ini. Bersama dengan Lise Meitner, pada awal 1938, Hahn menyarankan, berdasarkan hasil eksperimen, bahwa seluruh rantai unsur radioaktif terbentuk, yang timbul dari peluruhan beta ganda dari inti uranium-238 yang menyerap neutron dan unsur-unsur turunannya. Segera Lise Meitner terpaksa melarikan diri ke Swedia, takut akan kemungkinan pembalasan dari Nazi setelah Anschluss dari Austria. Hahn, melanjutkan eksperimennya dengan Fritz Strassmann, menemukan bahwa di antara produk-produk itu ada juga barium, elemen nomor 56, yang tidak mungkin diperoleh dari uranium dengan cara apa pun: semua rantai peluruhan alfa uranium berakhir dengan timbal yang jauh lebih berat. Para peneliti sangat terkejut dengan hasilnya sehingga mereka tidak mempublikasikannya, mereka hanya menulis surat kepada teman-teman, khususnya Lise Meitner di Gothenburg. Di sana, pada Natal 1938, keponakannya, Otto Frisch, mengunjunginya, dan, berjalan di sekitar kota musim dingin - dia bermain ski, bibinya berjalan kaki - mereka mendiskusikan kemungkinan munculnya barium selama iradiasi uranium karena fisi nuklir (untuk lebih lanjut tentang Lise Meitner, lihat "Kimia dan Kehidupan ", 2013, No. 4). Kembali ke Kopenhagen, Frisch, secara harfiah di gang kapal uap yang berangkat ke AS, menangkap Niels Bohr dan memberi tahu dia tentang gagasan pembagian. Bor, menepuk dahinya, berkata: “Oh, betapa bodohnya kami! Kita seharusnya menyadari ini lebih awal." Pada Januari 1939, Frisch dan Meitner menerbitkan sebuah artikel tentang fisi inti uranium di bawah aksi neutron. Pada saat itu, Otto Frisch telah menyiapkan eksperimen kontrol, serta banyak kelompok Amerika yang menerima pesan dari Bohr. Mereka mengatakan bahwa fisikawan mulai membubarkan diri ke laboratorium mereka tepat selama laporannya pada 26 Januari 1939 di Washington pada konferensi tahunan tentang fisika teoretis, ketika mereka memahami esensi dari ide tersebut. Setelah penemuan fisi, Hahn dan Strassman merevisi eksperimen mereka dan menemukan, seperti rekan-rekan mereka, bahwa radioaktivitas uranium yang diiradiasi tidak terkait dengan transuranium, tetapi dengan peluruhan unsur radioaktif yang terbentuk selama fisi dari bagian tengah tabel periodik.

Bagaimana reaksi berantai bekerja di uranium? Tak lama setelah kemungkinan pembelahan inti uranium dan thorium terbukti secara eksperimental (dan tidak ada elemen fisil lain di Bumi dalam jumlah yang signifikan), Niels Bohr dan John Wheeler, yang bekerja di Princeton, dan juga fisikawan teoretis Soviet Ya. I. Frenkel dan Jerman Siegfried Flügge dan Gottfried von Droste menciptakan teori fisi nuklir. Dua mekanisme mengikutinya. Salah satunya terkait dengan ambang batas penyerapan neutron cepat. Menurutnya, untuk memulai fisi, neutron harus memiliki energi yang cukup tinggi, lebih dari 1 MeV untuk inti isotop utama - uranium-238 dan thorium-232. Pada energi yang lebih rendah, penyerapan neutron oleh uranium-238 memiliki karakter resonansi. Dengan demikian, neutron dengan energi 25 eV memiliki penampang tangkap yang ribuan kali lebih besar dibandingkan dengan energi lainnya. Dalam hal ini, tidak akan ada fisi: uranium-238 akan menjadi uranium-239, yang dengan waktu paruh 23,54 menit akan berubah menjadi neptunium-239, yang dengan waktu paruh 2,33 hari akan berubah menjadi panjang- plutonium-239 hidup. Thorium-232 akan menjadi uranium-233.

Mekanisme kedua adalah penyerapan neutron non-ambang, diikuti oleh isotop fisil ketiga yang kurang lebih umum - uranium-235 (serta plutonium-239 dan uranium-233, yang tidak ada di alam): dengan menyerap neutron apa pun , bahkan yang lambat, yang disebut termal, dengan energi untuk molekul yang berpartisipasi dalam gerakan termal - 0,025 eV, inti seperti itu akan dibagi. Dan ini sangat bagus: untuk neutron termal, luas penampang tangkapan empat kali lebih tinggi daripada yang cepat, megaelektronvolt. Inilah pentingnya uranium-235 untuk seluruh sejarah energi nuklir berikutnya: inilah yang memastikan penggandaan neutron dalam uranium alami. Setelah menabrak neutron, inti uranium-235 menjadi tidak stabil dan dengan cepat terbelah menjadi dua bagian yang tidak sama. Sepanjang jalan, beberapa (rata-rata 2,75) neutron baru terbang keluar. Jika mereka mengenai inti uranium yang sama, mereka akan menyebabkan neutron berlipat ganda secara eksponensial - reaksi berantai akan dimulai, yang akan menyebabkan ledakan karena pelepasan cepat sejumlah besar panas. Baik uranium-238 maupun thorium-232 tidak dapat bekerja dengan cara ini: setelah semua, selama fisi, neutron dengan energi rata-rata 1-3 MeV dipancarkan, yaitu, jika ada ambang energi 1 MeV, bagian penting dari neutron tentu tidak akan dapat menimbulkan reaksi, dan tidak akan ada reproduksi. Ini berarti bahwa isotop-isotop ini harus dilupakan dan neutron harus diperlambat menjadi energi panas sehingga mereka berinteraksi dengan inti uranium-235 seefisien mungkin. Pada saat yang sama, penyerapan resonansi mereka oleh uranium-238 tidak dapat diizinkan: lagipula, dalam uranium alami, isotop ini sedikit kurang dari 99,3%, dan neutron lebih sering bertabrakan dengannya, dan tidak dengan target uranium-235. Dan bertindak sebagai moderator, dimungkinkan untuk mempertahankan penggandaan neutron pada tingkat yang konstan dan mencegah ledakan - untuk mengontrol reaksi berantai.

Perhitungan yang dilakukan oleh Ya. B. Zeldovich dan Yu. B. Khariton pada tahun 1939 yang sama menunjukkan bahwa untuk ini perlu menggunakan moderator neutron dalam bentuk air berat atau grafit dan memperkaya uranium alam dengan uranium-235 oleh setidaknya 1,83 kali. Kemudian ide ini bagi mereka tampak seperti fantasi murni: “Perlu dicatat bahwa kira-kira dua kali lipat pengayaan uranium dalam jumlah yang cukup signifikan yang diperlukan untuk melakukan ledakan berantai,<...>adalah tugas yang sangat rumit, mendekati kemustahilan praktis." Sekarang masalah ini telah dipecahkan, dan industri nuklir memproduksi massal uranium yang diperkaya dengan uranium-235 hingga 3,5% untuk pembangkit listrik.

Apa itu fisi nuklir spontan? Pada tahun 1940, G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak menemukan bahwa fisi uranium dapat terjadi secara spontan, tanpa pengaruh eksternal, meskipun waktu paruhnya jauh lebih lama daripada peluruhan alfa biasa. Karena fisi semacam itu juga menghasilkan neutron, jika mereka tidak dibiarkan terbang menjauh dari zona reaksi, mereka akan berfungsi sebagai inisiator reaksi berantai. Fenomena inilah yang digunakan dalam pembuatan reaktor nuklir.

Mengapa tenaga nuklir dibutuhkan? Zel'dovich dan Khariton termasuk yang pertama menghitung dampak ekonomi energi nuklir (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Saat ini, masih tidak mungkin untuk membuat kesimpulan akhir tentang kemungkinan atau ketidakmungkinan penerapan reaksi fisi nuklir dalam uranium dengan rantai bercabang tak terhingga. Jika reaksi seperti itu dapat dilakukan, maka laju reaksi secara otomatis disesuaikan untuk memastikan bahwa reaksi tersebut berlangsung dengan lancar, meskipun ada sejumlah besar energi yang dikeluarkan oleh peneliti. Keadaan ini sangat menguntungkan untuk pemanfaatan energi reaksi. Oleh karena itu, meskipun ini adalah pembagian kulit beruang yang tidak terlatih, kami menyajikan beberapa angka yang mencirikan kemungkinan penggunaan energi uranium. Jika proses fisi berlangsung pada neutron cepat, oleh karena itu, reaksi menangkap isotop utama uranium (U238), maka<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>biaya kalori dari isotop utama uranium ternyata sekitar 4000 kali lebih murah daripada dari batu bara (kecuali, tentu saja, proses "pembakaran" dan penghilangan panas ternyata jauh lebih mahal dalam kasus uranium daripada dalam kasus batubara). Dalam kasus neutron lambat, biaya kalori "uranium" (berdasarkan gambar di atas), dengan mempertimbangkan bahwa kelimpahan isotop U235 adalah 0,007, sudah hanya 30 kali lebih murah daripada kalori "batubara", semua hal lain dianggap sama.

Reaksi berantai terkontrol pertama dilakukan pada tahun 1942 oleh Enrico Fermi di Universitas Chicago, dan reaktor dikendalikan secara manual dengan mendorong dan menarik batang grafit saat fluks neutron berubah. Pembangkit listrik pertama dibangun di Obninsk pada tahun 1954. Selain menghasilkan energi, reaktor pertama juga bekerja untuk memproduksi plutonium tingkat senjata.

Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir? Kebanyakan reaktor sekarang beroperasi dengan neutron lambat. Uranium yang diperkaya dalam bentuk logam, paduan, misalnya dengan aluminium, atau dalam bentuk oksida dimasukkan ke dalam silinder panjang - elemen bahan bakar. Mereka dipasang dengan cara tertentu di dalam reaktor, dan batang dari moderator dimasukkan di antara mereka, yang mengontrol reaksi berantai. Seiring waktu, racun reaktor menumpuk di elemen bahan bakar - produk fisi uranium, juga mampu menyerap neutron. Ketika konsentrasi uranium-235 turun di bawah tingkat kritis, elemen tersebut dinonaktifkan. Namun, ia mengandung banyak fragmen fisi dengan radioaktivitas yang kuat, yang berkurang selama bertahun-tahun, itulah sebabnya unsur-unsur tersebut memancarkan panas dalam jumlah yang signifikan untuk waktu yang lama. Mereka disimpan di kolam pendingin, dan kemudian dikubur atau mereka mencoba memprosesnya - untuk mengekstrak uranium-235 yang tidak terbakar, akumulasi plutonium (digunakan untuk membuat bom atom) dan isotop lain yang dapat digunakan. Bagian yang tidak terpakai dikirim ke kuburan.

Dalam apa yang disebut reaktor neutron cepat, atau reaktor breeder, reflektor uranium-238 atau thorium-232 dipasang di sekitar elemen. Mereka melambat dan mengirim neutron terlalu cepat kembali ke zona reaksi. Diperlambat ke kecepatan resonansi, neutron menyerap isotop ini, masing-masing berubah menjadi plutonium-239 atau uranium-233, yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Karena neutron cepat tidak bereaksi dengan baik dengan uranium-235, konsentrasinya perlu ditingkatkan secara signifikan, tetapi ini terbayar dengan fluks neutron yang lebih kuat. Terlepas dari kenyataan bahwa reaktor pembiakan dianggap sebagai masa depan energi nuklir, karena mereka menyediakan lebih banyak bahan bakar nuklir daripada yang mereka konsumsi, eksperimen menunjukkan bahwa mereka sulit untuk dikelola. Sekarang hanya ada satu reaktor seperti itu yang tersisa di dunia - di unit daya keempat PLTN Beloyarsk.

Bagaimana energi nuklir dikritik? Jika kita tidak berbicara tentang kecelakaan, poin utama dalam argumen penentang energi nuklir hari ini adalah proposal untuk menambahkan ke dalam perhitungan efektivitasnya, biaya untuk melindungi lingkungan setelah dekomisioning pabrik dan ketika bekerja dengan bahan bakar. Dalam kedua kasus, tugas pembuangan limbah radioaktif yang andal muncul, dan ini adalah biaya yang ditanggung negara. Ada anggapan bahwa jika digeser ke biaya energi, maka daya tarik ekonominya akan hilang.

Ada juga oposisi di antara pendukung energi nuklir. Perwakilannya menunjukkan keunikan uranium-235, yang tidak memiliki pengganti, karena isotop alternatif yang dapat dipecah oleh neutron termal - plutonium-239 dan uranium-233 - tidak ada di alam karena waktu paruh ribuan tahun. Dan mereka diperoleh hanya sebagai hasil dari fisi uranium-235. Jika berakhir, yang indah akan hilang sumber alami neutron untuk reaksi berantai nuklir. Akibat pemborosan tersebut, umat manusia akan kehilangan kesempatan di masa depan untuk melibatkan thorium-232 dalam siklus energi, yang cadangannya beberapa kali lebih besar daripada uranium.

Secara teoritis, akselerator partikel dapat digunakan untuk memperoleh fluks neutron cepat dengan energi megaelektronvolt. Namun, jika kita sedang berbicara, misalnya, tentang penerbangan antarplanet dengan mesin atom, maka akan sangat sulit untuk menerapkan skema dengan akselerator besar. Kehabisan uranium-235 mengakhiri proyek semacam itu.

Apa itu uranium tingkat senjata? Ini adalah uranium-235 yang sangat diperkaya. Massa kritisnya - itu sesuai dengan ukuran sepotong materi di mana reaksi berantai terjadi secara spontan - cukup kecil untuk membuat amunisi. Uranium semacam itu dapat digunakan untuk membuat bom atom, serta sekering untuk bom termonuklir.

Bencana apa yang terkait dengan penggunaan uranium? Energi yang tersimpan dalam inti elemen fisil sangat besar. Setelah lepas dari kendali karena kekhilafan atau karena niat, energi ini dapat menimbulkan banyak masalah. Dua bencana nuklir terburuk terjadi pada tanggal 6 dan 8 Agustus 1945, ketika Angkatan Udara AS menjatuhkan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, menewaskan dan melukai ratusan ribu warga sipil. Bencana dalam skala yang lebih kecil dikaitkan dengan kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan perusahaan siklus nuklir. Kecelakaan besar pertama terjadi pada tahun 1949 di Uni Soviet di pabrik Mayak dekat Chelyabinsk, tempat plutonium diproduksi; limbah radioaktif cair masuk ke sungai Techa. Pada bulan September 1957, sebuah ledakan terjadi di atasnya dengan pelepasan sejumlah besar bahan radioaktif. Sebelas hari kemudian, reaktor plutonium Inggris di Windscale terbakar, awan produk ledakan menghilang Eropa Barat. Pada tahun 1979, reaktor di pembangkit listrik tenaga nuklir Pulau Trimail di Pennsylvania terbakar. Kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl (1986) dan pembangkit listrik tenaga nuklir di Fukushima (2011) menyebabkan konsekuensi yang paling luas, ketika jutaan orang terpapar radiasi. Yang pertama mengotori tanah luas, membuang 8 ton bahan bakar uranium dengan produk peluruhan akibat ledakan, yang menyebar ke seluruh Eropa. Yang kedua tercemar dan, tiga tahun setelah kecelakaan itu, terus mencemari Samudra Pasifik di bidang perikanan. Penghapusan konsekuensi dari kecelakaan ini sangat mahal, dan jika biaya ini didekomposisi menjadi biaya listrik, itu akan meningkat secara signifikan.

Masalah terpisah adalah konsekuensi bagi kesehatan manusia. Menurut statistik resmi, banyak orang yang selamat dari pemboman atau tinggal di daerah yang terkontaminasi mendapat manfaat dari paparan - yang pertama memiliki harapan hidup yang lebih tinggi, yang terakhir memiliki lebih sedikit kanker, dan para ahli mengaitkan peningkatan tertentu dalam kematian dengan stres sosial. Jumlah orang yang meninggal justru karena akibat kecelakaan atau akibat likuidasi mereka diperkirakan mencapai ratusan orang. Penentang pembangkit listrik tenaga nuklir menunjukkan bahwa kecelakaan telah menyebabkan beberapa juta kematian dini di benua Eropa, mereka tidak terlihat dengan latar belakang statistik.

Penarikan lahan dari penggunaan manusia di zona kecelakaan mengarah pada hasil yang menarik: mereka menjadi semacam cagar alam, tempat keanekaragaman hayati tumbuh. Benar, beberapa hewan menderita penyakit yang berhubungan dengan radiasi. Pertanyaan tentang seberapa cepat mereka akan beradaptasi dengan latar belakang yang meningkat tetap terbuka. Ada juga pendapat bahwa konsekuensi dari iradiasi kronis adalah "seleksi untuk orang bodoh" (lihat Chemistry and Life, 2010, No. 5): organisme yang lebih primitif bertahan bahkan pada tahap embrionik. Secara khusus, dalam kaitannya dengan manusia, ini harus mengarah pada penurunan kemampuan mental generasi yang lahir di wilayah yang terkontaminasi segera setelah kecelakaan.

Apa itu uranium yang habis? Ini adalah uranium-238 yang tersisa dari ekstraksi uranium-235. Volume limbah dari produksi uranium tingkat senjata dan elemen bahan bakar besar - di Amerika Serikat saja, 600 ribu ton uranium heksafluorida semacam itu telah terakumulasi (untuk masalah dengannya, lihat "Kimia dan Kehidupan", 2008, No. 5). Kandungan uranium-235 di dalamnya adalah 0,2%. Limbah ini harus disimpan sampai waktu yang lebih baik, ketika reaktor neutron cepat akan dibuat dan akan memungkinkan untuk memproses uranium-238 menjadi plutonium, atau entah bagaimana digunakan.

Mereka menemukan kegunaannya. Uranium, seperti elemen transisi lainnya, digunakan sebagai katalis. Misalnya, penulis artikel di ACS Nano tertanggal 30 Juni 2014, mereka menulis bahwa katalis uranium atau thorium dengan graphene untuk reduksi oksigen dan hidrogen peroksida "memiliki potensi besar untuk aplikasi energi." Karena kepadatannya yang tinggi, uranium berfungsi sebagai pemberat untuk kapal dan penyeimbang untuk pesawat terbang. Logam ini juga cocok untuk proteksi radiasi pada alat kesehatan dengan sumber radiasi.

Senjata apa yang bisa dibuat dari depleted uranium? Peluru dan inti untuk proyektil penusuk lapis baja. Berikut perhitungannya. Semakin berat proyektil, semakin tinggi energi kinetiknya. Tapi apa ukuran yang lebih besar proyektil, semakin sedikit terkonsentrasi dampaknya. Jadi kita perlu logam berat dengan kepadatan tinggi. Peluru terbuat dari timah (pemburu Ural pada suatu waktu juga menggunakan platinum asli, sampai mereka menyadari apa itu). logam mulia), inti cangkang terbuat dari paduan tungsten. Konservasionis menunjukkan bahwa timbal mencemari tanah di tempat-tempat perang atau berburu dan akan lebih baik untuk menggantinya dengan sesuatu yang kurang berbahaya, misalnya, dengan tungsten yang sama. Tapi tungsten tidak murah, dan uranium, yang kepadatannya mirip dengannya, adalah limbah berbahaya. Pada saat yang sama, kontaminasi tanah dan air yang diizinkan dengan uranium kira-kira dua kali lebih tinggi daripada timbal. Ini terjadi karena radioaktivitas yang lemah dari uranium yang terdeplesi (dan juga 40% lebih rendah dari uranium alami) diabaikan dan faktor kimia yang sangat berbahaya diperhitungkan: uranium, seperti yang kita ingat, beracun. Pada saat yang sama, kepadatannya 1,7 kali lebih besar dari timah, yang berarti bahwa ukuran peluru uranium dapat dikurangi setengahnya; uranium jauh lebih tahan api dan lebih keras daripada timbal - ketika ditembakkan, ia menguap lebih sedikit, dan ketika mengenai target, ia menghasilkan lebih sedikit partikel mikro. Secara umum, peluru uranium menghasilkan polusi yang lebih sedikit lingkungan daripada timbal, bagaimanapun, tidak diketahui secara pasti tentang penggunaan uranium tersebut.

Tetapi diketahui bahwa pelat uranium yang terkuras digunakan untuk memperkuat pelindung tank Amerika (ini difasilitasi oleh kepadatan dan titik lelehnya yang tinggi), dan juga sebagai pengganti paduan tungsten dalam inti untuk proyektil penusuk lapis baja. Inti uranium juga bagus karena uranium bersifat piroforik: partikel kecilnya yang panas, terbentuk ketika menabrak pelindung, menyala dan membakar segala sesuatu di sekitarnya. Kedua aplikasi dianggap aman radiasi. Jadi, perhitungan menunjukkan bahwa, bahkan setelah menghabiskan satu tahun tanpa keluar dari tangki dengan pelindung uranium yang diisi dengan amunisi uranium, kru hanya akan menerima seperempat dari dosis yang diizinkan. Dan untuk mendapatkan dosis tahunan yang diperbolehkan, amunisi tersebut harus disekrupkan ke permukaan kulit selama 250 jam.

Proyektil dengan inti uranium - untuk senjata pesawat 30 mm atau untuk kaliber sub artileri - digunakan oleh Amerika dalam perang baru-baru ini, dimulai dengan kampanye Irak tahun 1991. Tahun itu, mereka menuangkan 300 ton depleted uranium ke unit lapis baja Irak di Kuwait, dan selama retret mereka, 250 ton, atau 780.000 peluru, jatuh ke senjata pesawat. Di Bosnia dan Herzegovina, selama pemboman tentara Republika Srpska yang tidak dikenal, 2,75 ton uranium digunakan, dan selama penembakan tentara Yugoslavia di provinsi Kosovo dan Metohija - 8,5 ton, atau 31.000 peluru. Karena WHO saat itu sudah mengurus konsekuensi penggunaan uranium, pemantauan pun dilakukan. Dia menunjukkan bahwa satu tembakan terdiri dari sekitar 300 peluru, di mana 80% di antaranya mengandung uranium yang terdeplesi. 10% mengenai target, dan 82% jatuh dalam jarak 100 meter dari mereka. Sisanya tersebar dalam jarak 1,85 km. Cangkang yang mengenai tangki terbakar dan berubah menjadi aerosol, target ringan seperti pengangkut personel lapis baja ditembus oleh cangkang uranium. Jadi, satu setengah ton cangkang bisa berubah menjadi debu uranium paling banyak di Irak. Menurut para ahli dari pusat penelitian strategis Amerika RAND Corporation, lebih dari 10 hingga 35% uranium bekas telah berubah menjadi aerosol. Pejuang amunisi uranium Kroasia Asaf Durakovich, yang telah bekerja di berbagai organisasi dari Rumah Sakit Raja Faisal di Riyadh hingga Pusat Penelitian Medis Uranium Washington, percaya bahwa di Irak selatan saja pada tahun 1991, 3-6 ton partikel uranium submikron terbentuk, yang tersebar di area yang luas, yaitu polusi uranium di sana sebanding dengan Chernobyl.

URANUS (nama untuk menghormati planet Uranus yang ditemukan sesaat sebelum dia; uranium lat. * a. uranium; n. Uran; f. uranium; dan. uranio), U, adalah unsur kimia radioaktif golongan III dari sistem periodik Mendeleev, nomor atom 92, massa atom 238,0289, mengacu pada aktinida. Uranium alam terdiri dari campuran tiga isotop: 238 U (99,282%, T 1/2 4.468,10 9 tahun), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 tahun), 234 U (0,006%, T 1/2 0.244.10 6 tahun). 11 isotop radioaktif buatan uranium dengan nomor massa dari 227 hingga 240 juga diketahui.

Uranium ditemukan pada tahun 1789 dalam bentuk UO 2 oleh ahli kimia Jerman M. G. Klaproth. Uranium logam diperoleh pada tahun 1841 oleh ahli kimia Prancis E. Peligot. Untuk waktu yang lama, uranium memiliki penggunaan yang sangat terbatas, dan hanya dengan ditemukannya radioaktivitas pada tahun 1896, studi dan penggunaannya dimulai.

Sifat-sifat uranium

Dalam keadaan bebasnya, uranium adalah logam. Abu-abu muda; di bawah 667,7°C, dicirikan oleh kisi kristal belah ketupat (a=0.28538 nm, b=0.58662 nm, c=0.49557 nm) (a-modifikasi), pada kisaran suhu 667.7-774°C - tetragonal (a = 1.0759 nm, c = 0,5656 nm; R-modifikasi), pada suhu yang lebih tinggi - kisi kubik berpusat pada tubuh (a = 0,3538 nm, modifikasi-g). Massa jenis 18700 kg / m 3, leleh t 1135 ° C, titik didih sekitar 3818 ° C, kapasitas panas molar 27,66 J / (mol.K), resistivitas listrik 29.0.10 -4 (Ohm.m), konduktivitas termal 22, 5 W/(m.K), koefisien suhu ekspansi linier 10.7.10 -6 K -1 . Suhu transisi uranium ke keadaan superkonduktor adalah 0,68 K; paramagnet lemah, suseptibilitas magnet spesifik 1.72.10 -6 . Inti 235 U dan 233 U fisi secara spontan, serta selama penangkapan neutron lambat dan cepat, fisi 238 U hanya selama penangkapan neutron cepat (lebih dari 1 MeV). Ketika neutron lambat ditangkap, 238 U berubah menjadi 239 Pu. Massa kritis uranium (93,5% 235U) dalam larutan berair kurang dari 1 kg, untuk bola terbuka sekitar 50 kg; untuk 233 U massa kritis kira-kira 1/3 dari massa kritis 235 U.

Pendidikan dan konten di alam

Konsumen utama uranium adalah rekayasa tenaga nuklir (reaktor nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir). Selain itu, uranium digunakan untuk memproduksi senjata nuklir. Semua bidang penggunaan uranium lainnya sangat penting.

Uranus(lat. uranium), u, unsur kimia radioaktif golongan III dari sistem periodik Mendeleev, milik keluarga aktinida, nomor atom 92, massa atom 238.029; logam. U. alam terdiri dari campuran tiga isotop: 238 u - 99.2739% dengan waktu paruh t 1/2 = 4,51 10 9 tahun, 235 u - 0,7024% (t 1/2 = 7,13 108 tahun) dan 234 u - 0,0057% (t 1/2 \u003d 2,48 10 5 tahun). Dari 11 isotop radioaktif buatan dengan nomor massa dari 227 hingga 240, berumur panjang adalah 233 u (t 1/2 \u003d 1,62 10 5 tahun); itu diperoleh dengan iradiasi neutron thorium. 238 u dan 235 u adalah nenek moyang dari dua deret radioaktif.

Referensi sejarah. U. dibuka pada tahun 1789. kimiawan M. G. Klaproth dan dinamai olehnya untuk menghormati planet Uranus, yang ditemukan oleh V. Herschel pada tahun 1781. Dalam keadaan logam, U. diperoleh pada tahun 1841 oleh Prancis. kimiawan E. Peligo selama reduksi ucl 4 dengan logam kalium. Awalnya, U. diberi massa atom 120, dan hanya pada tahun 1871 D.I. Mendeleev sampai pada kesimpulan bahwa nilai ini harus digandakan.

Untuk waktu yang lama, uranium hanya menarik bagi kalangan sempit ahli kimia dan penggunaannya terbatas untuk produksi cat dan kaca. Dengan ditemukannya fenomena radioaktivitas W. pada tahun 1896 dan radium pada tahun 1898, industri pengolahan bijih uranium dimulai dengan tujuan mengekstraksi dan menggunakan radium dalam penelitian ilmiah dan obat-obatan. Sejak tahun 1942, setelah penemuan fenomena fisi nuklir pada tahun 1939 , U. menjadi bahan bakar nuklir utama.

distribusi di alam. U. adalah elemen karakteristik untuk lapisan granit dan cangkang sedimen kerak bumi. Kandungan rata-rata U. dalam kerak bumi (clarke) adalah 2,5 10 -4% berat, pada batuan beku asam 3,5 10 -4%, pada lempung dan serpih 3,2 10 -4%, pada batuan dasar 5 10 -5% , dalam batuan ultrabasa dari mantel 3 10 -7%. U. bermigrasi dengan kuat di perairan dingin dan panas, netral dan basa dalam bentuk ion sederhana dan kompleks, terutama dalam bentuk kompleks karbonat. Reaksi redoks memainkan peran penting dalam geokimia air, karena senyawa air, pada umumnya, sangat larut dalam air dengan lingkungan pengoksidasi dan kurang larut dalam air dengan lingkungan pereduksi (misalnya, hidrogen sulfida).

Sekitar 100 mineral U. diketahui; 12 di antaranya memiliki kepentingan industri . Dalam perjalanan sejarah geologi, kandungan U. dalam kerak bumi telah berkurang karena peluruhan radioaktif; proses ini terkait dengan akumulasi atom Pb dan He di kerak bumi. Peluruhan radioaktif U. memainkan peran penting dalam energi kerak bumi, menjadi sumber yang signifikan dari panas dalam.

properti fisik. U. memiliki warna yang mirip dengan baja dan dapat dengan mudah diproses. Ini memiliki tiga modifikasi alotropik - a, b dan g dengan suhu transformasi fase: a ®b 668,8 ± 0,4 ° C, b® g 772,2 ± 0,4 ° ; -bentuk memiliki kisi belah ketupat sebuah= 2.8538 , b= 5,8662 , dengan\u003d 4.9557 ), bentuk-b - kisi tetragonal (pada 720 ° sebuah = 10,759 , b= 5,656 ), bentuk-g - kisi kubik berpusat badan (pada 850 °c a = 3,538 ). Kerapatan U. dalam bentuk (25 ° c) 19,05 ± 0,2 g/cm 3 , t pl 1132 ± 1°С; t kip 3818 °С; konduktivitas termal (100–200 ° c), 28,05 sel/(m· Ke) , (200–400 °c) 29,72 sel/(m· Ke); panas spesifik (25 ° c) 27,67 kJ/(kg· Ke); resistivitas listrik pada suhu kamar sekitar 3 10 -7 ohm· cm, pada 600 ° c 5,5 10 -7 ohm· cm; memiliki superkonduktivitas pada 0.68 ± 0,02K; paramagnet lemah, suseptibilitas magnetik spesifik pada suhu kamar 1,72 10 -6 .

Sifat mekanik U. bergantung pada kemurniannya, pada mode perlakuan mekanik dan panas. Nilai rata-rata modulus elastisitas untuk cor U. 20,5 10 -2 mn/m 2 kekuatan tarik pamungkas pada suhu kamar 372–470 mn/m 2 , kekuatan meningkat setelah pengerasan dari b - dan g -fase; kekerasan rata-rata menurut Brinell 19.6–21.6 10 2 mn/m 2 .

Iradiasi dengan fluks neutron (yang terjadi di reaktor nuklir) mengubah sifat fisiko-mekanis uranium: creep berkembang dan kerapuhan meningkat, deformasi produk diamati, yang memaksa penggunaan uranium dalam reaktor nuklir dalam bentuk berbagai paduan uranium.

U. - unsur radioaktif. Pembelahan inti 235 u dan 233 u secara spontan, serta selama penangkapan neutron lambat (termal) dan cepat dengan penampang fisi efektif 508 10 -24 cm 2 (508 lumbung) dan 533 10 -24 cm 2 (533 lumbung) masing-masing. Inti 238 u difisikan dengan hanya menangkap neutron cepat dengan energi minimal 1 saya; ketika neutron lambat ditangkap, 238 u berubah menjadi 239 pu , yang sifat nuklirnya mendekati 235 u. Kritis massa U. (93,5% 235 u) dalam larutan berair kurang dari 1 kg, untuk bola terbuka - sekitar 50 kg, untuk bola dengan reflektor - 15 - 23 kg; massa kritis 233 u kira-kira 1/3 dari massa kritis 235 u.

Sifat kimia. Konfigurasi kulit elektron terluar atom U. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . U. mengacu pada logam reaktif, dalam senyawa itu menunjukkan keadaan oksidasi + 3, + 4, + 5, + 6, kadang-kadang + 2; senyawa yang paling stabil adalah u (iv) dan u (vi). Di udara, perlahan-lahan teroksidasi dengan pembentukan film dioksida di permukaan, yang tidak melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut. Dalam bentuk bubuk, U. bersifat piroforik dan terbakar dengan nyala yang terang. Dengan oksigen, ia membentuk uo 2 dioksida, uo 3 trioksida, dan sejumlah besar oksida antara, yang paling penting adalah u 3 o 8 . Oksida-oksida antara ini memiliki sifat yang mirip dengan uo 2 dan uo 3 . Pada suhu tinggi, uo 2 memiliki kisaran homogenitas yang luas dari uo 1,60 hingga uo 2,27. Dengan fluor pada 500–600 ° c membentuk tetrafluorida (kristal seperti jarum hijau, sedikit larut dalam air dan asam) dan uf 6 heksafluorida (zat kristal putih menyublim tanpa meleleh pada 56,4 ° c); dengan belerang - sejumlah senyawa, di antaranya nilai tertinggi memiliki kita (bahan bakar nuklir). Ketika U. berinteraksi dengan hidrogen pada 220 ° C, hidrida uh 3 diperoleh; dengan nitrogen pada suhu dari 450 hingga 700 ° C dan tekanan atmosfer - u 4 n 7 nitrida, pada tekanan nitrogen yang lebih tinggi dan suhu yang sama, dapat diperoleh un, u 2 n 3 dan un 2; dengan karbon pada 750–8000°c, monokarbida uc, dikarbida uc 2 , dan juga u 2 c 3 ; membentuk paduan dari berbagai jenis dengan logam . U. perlahan bereaksi dengan air mendidih untuk membentuk uo 2 dan h 2 , dengan uap air pada kisaran suhu 150–250 °C; larut dalam asam klorida dan asam nitrat, sedikit - dalam asam fluorida pekat. Untuk u (vi) pembentukan ion uranil uo 2 2 + adalah karakteristik; garam uranil berwarna kuning dan sangat larut dalam air dan asam mineral; garam u (iv) berwarna hijau dan kurang larut; ion uranil sangat mampu membentuk kompleks dalam larutan berair dengan anorganik dan bahan organik; yang paling penting untuk teknologi adalah karbonat, sulfat, fluorida, fosfat, dan kompleks lainnya. Sejumlah besar uranat diketahui (garam tidak diisolasi dalam bentuk murni asam uranium), komposisinya bervariasi tergantung pada kondisi persiapan; semua uranat memiliki kelarutan yang rendah dalam air.

U. dan senyawanya bersifat radiasi dan beracun secara kimia. Dosis maksimum yang diijinkan (SDA) untuk paparan kerja rem di tahun.

Resi. U. diperoleh dari bijih uranium yang mengandung 0,05–0,5% u. Bijih praktis tidak diperkaya, dengan pengecualian metode penyortiran radiometrik terbatas, berdasarkan radiasi radium, yang selalu dikaitkan dengan uranium. Pada dasarnya, bijih dilindi dengan larutan sulfat, kadang asam nitrat, atau larutan soda, dengan konversi U. menjadi larutan asam dalam bentuk uo 2 jadi 4 atau anion kompleks 4-, dan menjadi larutan soda dalam bentuk dari 4-. Penyerapan pada resin penukar ion dan ekstraksi dengan pelarut organik (tributil fosfat, asam alkil fosfat, dan amina) digunakan untuk mengekstrak dan mengkonsentrasikan U. dari larutan dan pulp, serta untuk menghilangkan kotoran. Selanjutnya, amonium atau natrium uranat atau hidroksida u (oh) 4 diendapkan dari larutan dengan menambahkan alkali. Untuk memperoleh senyawa dengan kemurnian tinggi, produk teknis dilarutkan dalam asam nitrat dan dikenai operasi pemurnian pemurnian, produk akhirnya adalah uo 3 atau u 3 o 8 ; oksida-oksida ini direduksi pada 650-800 °c dengan hidrogen atau amonia terdisosiasi menjadi uo 2 diikuti dengan konversinya menjadi uf 4 dengan perlakuan dengan gas hidrogen fluorida pada 500-600 ° c. uf 4 juga dapat diperoleh dengan pengendapan kristal hidrat uf 4 · nh 2 o dari larutan dengan asam fluorida, diikuti dengan dehidrasi produk pada 450 ° C dalam aliran hidrogen. Dalam industri, metode utama untuk memperoleh uranium dari uf 4 adalah reduksi termal-kalsium atau magnesium-termal, dengan uranium diproduksi dalam bentuk ingot dengan berat hingga 1,5 ton.Ingot dimurnikan dalam tungku vakum.

Proses yang sangat penting dalam teknologi U adalah pengayaannya dengan isotop 235 u di atas kandungan alami dalam bijih atau isolasi isotop ini dalam bentuk murninya. , karena itu adalah 235 u yang merupakan bahan bakar nuklir utama; ini dilakukan dengan difusi termal gas, sentrifugal, dan metode lain berdasarkan perbedaan massa 235 u dan 238 u; U. digunakan dalam proses pemisahan dalam bentuk volatile uf 6 hexafluoride. Setelah menerima U. atau isotop yang sangat diperkaya, massa kritisnya diperhitungkan; metode yang paling nyaman dalam hal ini adalah reduksi U. oksida dengan kalsium; terak cao yang terbentuk dalam proses ini mudah dipisahkan dari U. dengan pelarutan dalam asam.

Metalurgi serbuk digunakan untuk mendapatkan bubuk karbon dioksida, karbida, nitrida, dan senyawa tahan api lainnya.

Aplikasi. Logam U. atau senyawanya terutama digunakan sebagai bahan bakar nuklir di reaktor nuklir. Campuran alami atau campuran isotop U yang diperkaya rendah digunakan dalam reaktor stasioner pembangkit listrik tenaga nuklir; produk pengayaan tingkat tinggi digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir atau dalam reaktor yang beroperasi dengan neutron cepat. 235 kamu adalah sumbernya energi nuklir di senjata nuklir. 238 u berfungsi sebagai sumber bahan bakar nuklir sekunder - plutonium.

V.M. Kulifeev.

Uranium dalam tubuh Dalam jumlah mikro (10 -5 -10 -5%) ditemukan dalam jaringan tumbuhan, hewan dan manusia. Dalam abu tanaman (dengan kandungan U. dalam tanah sekitar 10 -4), konsentrasinya adalah 1,5 10 -5%. U. terakumulasi sebagian besar oleh beberapa jamur dan ganggang (yang terakhir secara aktif terlibat dalam migrasi biogenik U. di sepanjang rantai air - tanaman air - ikan - manusia). U. memasuki tubuh hewan dan manusia dengan makanan dan air ke saluran pencernaan, dengan udara ke saluran pernapasan, dan juga melalui kulit dan selaput lendir. senyawa U. diserap di saluran pencernaan - sekitar 1% dari jumlah senyawa larut yang masuk dan tidak lebih dari 0,1% senyawa yang sedikit larut; di paru-paru, masing-masing 50% dan 20% diserap. U. didistribusikan secara tidak merata di dalam tubuh. Depot utama (tempat pengendapan dan akumulasi) adalah limpa, ginjal, kerangka, hati dan, ketika senyawa yang sedikit larut dihirup, paru-paru dan kelenjar getah bening bronko-paru. Darah U. (dalam bentuk karbonat dan kompleks dengan protein) tidak bersirkulasi dalam waktu lama. Kandungan U. dalam organ dan jaringan hewan dan manusia tidak melebihi 10 -7 Y y. Jadi, darah sapi mengandung 1 10 -8 g/ml hati 8 10 -8 Y y, otot 4 10 -8 Y y, limpa 9 10 -8 Y y. Kandungan U. dalam organ manusia adalah: di hati 6 10 -9 Y y, di paru-paru 6 10 -9 -9 10 -9 g / g, di limpa 4,7 10 -9 Y y, dalam darah 4 10 -9 g/ml di ginjal 5,3 10 -9 (lapisan kortikal) dan 1,3 10 -9 Y y(medula), di tulang 1 10 -9 Y y, di sumsum tulang 1 10 -9 Y y, di rambut 1.3 10 -7 Y y. U., terkandung dalam jaringan tulang, menyebabkan penyinaran konstan (waktu paruh U. dari kerangka adalah sekitar 300 hari) . Konsentrasi terendah U. ada di otak dan jantung (10 -10 Y y). Asupan harian U. dengan makanan dan cairan - 1,9 10 -6 g, s udara - 7 10 -9 G. Ekskresi harian U. dari tubuh manusia adalah: dengan urin 0,5 10 -7 -5 10 -7, dengan feses - 1,4 10 -6 -1,8 10 -6 g, s rambut - 2 10 -8 g.

Menurut Komisi Internasional untuk Perlindungan Radiasi, kandungan rata-rata U. dalam tubuh manusia adalah 9 10 -8 g. Nilai ini dapat bervariasi untuk wilayah yang berbeda. Dipercaya bahwa U. diperlukan untuk kehidupan normal hewan dan tumbuhan, tetapi fungsi fisiologisnya belum dijelaskan.

G.P. Galibin.

Tindakan beracun W. karena itu sifat kimia dan tergantung pada kelarutannya: uranil dan senyawa larut lainnya dari U lebih beracun Keracunan oleh U dan senyawanya dimungkinkan di perusahaan untuk ekstraksi dan pemrosesan bahan baku uranium dan fasilitas industri lainnya yang digunakan dalam proses teknologi. Ketika tertelan, U. bekerja pada semua organ dan jaringan, menjadi racun seluler umum. Tanda-tanda keracunan akibat preim. kerusakan ginjal (munculnya protein dan gula dalam urin, selanjutnya oliguria) , hati dan saluran pencernaan juga terpengaruh. Ada keracunan akut dan kronis; yang terakhir ditandai dengan perkembangan bertahap dan tingkat keparahan gejala yang lebih rendah. Dengan keracunan kronis, gangguan hematopoietik mungkin terjadi, sistem saraf dan lain-lain Diyakini bahwa mekanisme aksi molekuler U. terkait dengan kemampuannya untuk menghambat aktivitas enzim.

Pencegahan keracunan: kelangsungan proses teknologi, penggunaan peralatan tertutup, pencegahan pencemaran udara, pengolahan air limbah sebelum dibuang ke badan air, sayang. kontrol atas kondisi kesehatan pekerja, kepatuhan terhadap standar higienis untuk kandungan yang diizinkan dari U. dan senyawanya di lingkungan.

V.F. Kirillov.

Lit.: Doktrin radioaktivitas. Sejarah dan Modernitas, ed. B.M. Kedrova.Moskow, 1973. Petrosyants A. M., Dari pencarian ilmiah hingga industri nuklir, M., 1970; Emelyanov V. S., Evstyukhin A. I., Metalurgi bahan bakar nuklir, M., 1964; Sokursky Yu. N., Sterlin Ya. M., Fedorchenko V. A., Uranus dan paduannya, M., 1971; Evseeva L. S., Perelman A. I., Ivanov K. E., Geokimia uranium di zona hidrogenasi, edisi ke-2., M., 1974; Farmakologi dan toksikologi senyawa uranium, [transl. dari bahasa Inggris], jilid 2, M., 1951; Guskova V.N., Uranus. Karakteristik radiasi-higienis, M., 1972; Andreeva O. S., Kesehatan kerja saat bekerja dengan uranium dan senyawanya, M., 1960; Novikov Yu.V., Masalah higienis mempelajari kandungan uranium di lingkungan dan pengaruhnya terhadap tubuh, M., 1974.

Uranium (U) adalah unsur dengan nomor atom 92 dan berat atom 238.029. Ini adalah unsur kimia radioaktif dari kelompok III dari sistem periodik Dmitry Ivanovich Mendeleev, milik keluarga aktinida. Uranium sangat berat (2,5 kali lebih berat dari besi, lebih dari 1,5 kali lebih berat dari timah), logam mengkilap putih keperakan. Dalam bentuknya yang murni, ia sedikit lebih lembut dari baja, dapat ditempa, fleksibel, dan memiliki sedikit sifat paramagnetik.

Uranium alam terdiri dari campuran tiga isotop: 238U (99,274%) dengan waktu paruh 4,51∙109 tahun; 235U (0,702%) dengan waktu paruh 7,13∙108 tahun; 234U (0,006%) dengan waktu paruh 2,48∙105 tahun. Isotop terakhir tidak primer, tetapi radiogenik; itu adalah bagian dari seri radioaktif 238U. Isotop uranium 238U dan 235U adalah nenek moyang dari dua deret radioaktif. Elemen terakhir dari seri ini adalah isotop timbal 206Pb dan 207Pb.

Saat ini, diketahui 23 isotop radioaktif uranium buatan dengan nomor massa 217 hingga 242. Di antara mereka, 233U dengan waktu paruh 1,62∙105 tahun adalah yang berumur paling panjang. Itu diperoleh sebagai hasil dari iradiasi neutron thorium, yang mampu membelah di bawah pengaruh neutron termal.

Uranium ditemukan pada tahun 1789 oleh ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klaproth sebagai hasil dari eksperimennya dengan mineral pitchblende. Nama elemen baru itu untuk menghormati planet Uranus yang baru ditemukan (1781) oleh William Herschel. Selama setengah abad berikutnya, zat yang diperoleh Klaproth dianggap sebagai logam, tetapi pada tahun 1841 hal ini dibantah oleh ahli kimia Prancis Eugene Melchior Peligot, yang membuktikan sifat oksida uranium (UO2) yang diperoleh ahli kimia Jerman. Peligo sendiri berhasil memperoleh logam uranium dengan cara mereduksi UCl4 dengan logam kalium, serta menentukan berat atom elemen baru. Selanjutnya dalam pengembangan pengetahuan tentang uranium dan sifat-sifatnya adalah D. I. Mendeleev - pada tahun 1874, berdasarkan teori yang ia kembangkan tentang periodisasi unsur-unsur kimia, ia menempatkan uranium di sel terjauh mejanya. Berat atom uranium (120) yang sebelumnya ditentukan oleh Peligo digandakan oleh ahli kimia Rusia; kebenaran asumsi tersebut dikonfirmasi dua belas tahun kemudian oleh eksperimen kimiawan Jerman Zimmermann.

Selama beberapa dekade, uranium hanya menarik bagi kalangan sempit ahli kimia dan ilmuwan alam, penggunaannya juga terbatas - produksi kaca dan cat. Hanya dengan ditemukannya radioaktivitas logam ini (pada tahun 1896 oleh Henri Becquerel) pemrosesan industri bijih uranium dimulai pada tahun 1898. Jauh kemudian (1939) fenomena fisi nuklir ditemukan, dan sejak 1942 uranium telah menjadi bahan bakar nuklir utama.

Properti paling penting dari uranium adalah bahwa inti dari beberapa isotopnya mampu membelah ketika mereka menangkap neutron, sebagai hasil dari proses ini, sejumlah besar energi dilepaskan. Properti elemen No. 92 ini digunakan dalam reaktor nuklir yang berfungsi sebagai sumber energi, dan juga mendasari aksi bom atom. Uranium digunakan dalam geologi untuk menentukan umur mineral dan batu untuk memperjelas urutan proses geologi (geochronology). Karena fakta bahwa batuan mengandung konsentrasi uranium yang berbeda, mereka memiliki radioaktivitas yang berbeda. Properti ini digunakan dalam pemilihan batuan dengan metode geofisika. Metode ini paling banyak digunakan dalam geologi minyak bumi untuk well logging. Senyawa uranium digunakan sebagai cat untuk melukis di porselen dan untuk glasir keramik dan enamel (berwarna dalam warna: kuning, coklat, hijau dan hitam, tergantung pada tingkat oksidasi), misalnya, natrium uranat Na2U2O7 digunakan sebagai pigmen kuning di lukisan.

Sifat biologis

Uranium adalah elemen yang cukup umum di lingkungan biologis , beberapa jenis jamur dan ganggang dianggap sebagai konsentrator logam ini, yang termasuk dalam rantai siklus biologis uranium di alam sesuai dengan skema: air - tanaman air - ikan - manusia. Jadi, dengan makanan dan air, uranium memasuki tubuh manusia dan hewan, dan lebih tepatnya, ke dalam saluran pencernaan, di mana sekitar satu persen dari senyawa yang mudah larut dan tidak lebih dari 0,1% dari senyawa yang sedikit larut diserap. Di saluran pernapasan dan paru-paru, serta di selaput lendir dan kulit, elemen ini masuk bersama udara. Di saluran pernapasan, dan terutama paru-paru, penyerapan jauh lebih intens: senyawa yang mudah larut diserap oleh 50%, dan sedikit larut oleh 20%. Dengan demikian, uranium ditemukan dalam jumlah kecil (10-5 - 10-8%) di jaringan hewan dan manusia. Pada tanaman (dalam residu kering), konsentrasi uranium tergantung pada kandungannya di dalam tanah, sehingga pada konsentrasi tanah 10-4%, tanaman mengandung 1,5∙10-5% atau kurang. Distribusi uranium dalam jaringan dan organ tidak merata, tempat utama akumulasi adalah jaringan tulang (kerangka), hati, limpa, ginjal, serta paru-paru dan kelenjar getah bening bronko-paru (ketika senyawa yang sedikit larut masuk ke paru-paru). Uranium (karbonat dan kompleks dengan protein) dengan cepat dihilangkan dari darah. Rata-rata kandungan unsur ke-92 pada organ dan jaringan hewan dan manusia adalah 10-7%. Misalnya, darah sapi mengandung 1∙10-8 g/ml uranium, sedangkan darah manusia mengandung 4∙10-10 g/g. Hati sapi mengandung 8∙10-8 g/g, pada manusia di organ yang sama 6∙10-9 g/g; limpa sapi mengandung 9∙10-8 g/g, pada manusia - 4,7∙10-7 g/g. Dalam jaringan otot sapi, terakumulasi hingga 4∙10-11 g/g. Selain itu, dalam tubuh manusia, uranium terkandung di paru-paru dalam kisaran 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; di ginjal 5,3∙10-9 g/g (lapisan kortikal) dan 1,3∙10-8 g/g (medula); dalam jaringan tulang 1∙10-9 g/g; di sumsum tulang 1∙10-8 g/g; di rambut 1,3∙10-7 g/g. Uranium dalam tulang menyebabkan penyinaran konstan jaringan tulang (periode penghapusan lengkap uranium dari kerangka adalah 600 hari). Paling tidak semua logam ini ada di otak dan jantung (sekitar 10-10 g/g). Seperti disebutkan sebelumnya, cara utama masuknya uranium ke dalam tubuh adalah air, makanan, dan udara. Dosis harian logam yang memasuki tubuh dengan makanan dan cairan adalah 1,9∙10-6 g, dengan udara - 7∙10-9 g. Namun, setiap hari uranium dikeluarkan dari tubuh: dengan urin dari 0,5∙10-7 g hingga 5∙10-7 g; dengan kotoran dari 1,4∙10-6 g hingga 1,8∙10-6 g. Rugi dengan rambut, kuku, dan serpihan kulit mati - 2∙10-8 g.

Para ilmuwan menyarankan bahwa uranium dalam jumlah sedikit diperlukan untuk fungsi normal tubuh manusia, hewan dan tumbuhan. Namun, perannya dalam fisiologi belum dijelaskan. Telah ditetapkan bahwa kandungan rata-rata elemen ke-92 dalam tubuh manusia adalah sekitar 9∙10-5 g (Komisi Internasional untuk Perlindungan Radiasi). Benar, angka ini agak bervariasi untuk wilayah dan wilayah yang berbeda.

Meskipun peran biologisnya belum diketahui tetapi pasti dalam organisme hidup, uranium tetap menjadi salah satu elemen paling berbahaya. Pertama-tama, ini dimanifestasikan dalam efek toksik logam ini, yang disebabkan oleh sifat kimianya, khususnya, kelarutan senyawa. Jadi, misalnya, senyawa terlarut (uranil dan lainnya) lebih beracun. Paling sering, keracunan uranium dan senyawanya terjadi di pabrik pengayaan, perusahaan untuk ekstraksi dan pemrosesan bahan baku uranium, dan fasilitas produksi lainnya di mana uranium terlibat dalam proses teknologi.

Menembus ke dalam tubuh, uranium benar-benar mempengaruhi semua organ dan jaringannya, karena aksinya terjadi pada tingkat sel: ia menghambat aktivitas enzim. Ginjal terutama terpengaruh, yang memanifestasikan dirinya dalam peningkatan tajam gula dan protein dalam urin, kemudian berkembang menjadi oliguria. Saluran pencernaan dan hati terpengaruh. Keracunan uranium dibagi menjadi akut dan kronis, yang terakhir berkembang secara bertahap dan mungkin tanpa gejala atau dengan manifestasi ringan. Namun, keracunan kronis kemudian menyebabkan gangguan hematopoiesis, sistem saraf, dan masalah kesehatan serius lainnya.

Satu ton batu granit mengandung sekitar 25 gram uranium. Energi yang dapat dilepaskan selama pembakaran 25 gram ini dalam reaktor sebanding dengan energi yang dilepaskan selama pembakaran 125 ton batu bara di tungku boiler termal yang kuat! Berdasarkan data tersebut, dapat diasumsikan bahwa dalam waktu dekat granit akan dipertimbangkan sebagai salah satu jenis bahan bakar mineral. Secara total, lapisan permukaan kerak bumi yang relatif tipis sepanjang dua puluh kilometer mengandung sekitar 1014 ton uranium, ketika diubah menjadi energi yang setara, angka yang sangat besar diperoleh - 2.36.1024 kilowatt-jam. Bahkan semua deposit mineral yang mudah terbakar yang dikembangkan, dieksplorasi, dan prospektif secara bersama-sama tidak mampu menyediakan sepersejuta pun dari energi ini!

Diketahui bahwa paduan uranium yang mengalami perlakuan panas dicirikan oleh kekuatan luluh yang tinggi, mulur dan ketahanan korosi yang meningkat, kecenderungan yang lebih kecil untuk mengubah produk di bawah fluktuasi suhu dan di bawah pengaruh iradiasi. Berdasarkan prinsip-prinsip ini, pada awal abad ke-20 dan sampai dengan tahun 1930-an, uranium dalam bentuk karbida digunakan dalam produksi baja perkakas. Selain itu, ia mengganti tungsten di beberapa paduan, yang lebih murah dan lebih terjangkau. Dalam produksi ferrouranium, bagian U hingga 30%. Benar, pada sepertiga kedua abad ke-20, penggunaan uranium semacam itu menjadi sia-sia.

Seperti yang Anda ketahui, di perut Bumi kita ada proses peluruhan isotop guci yang konstan. Jadi, para ilmuwan telah menghitung bahwa pelepasan energi seketika dari seluruh massa logam ini, yang terbungkus dalam cangkang bumi, akan menghangatkan planet kita hingga suhu beberapa ribu derajat! Namun, fenomena seperti itu, untungnya, tidak mungkin - bagaimanapun, panas dilepaskan secara bertahap - karena inti uranium dan turunannya mengalami serangkaian transformasi radioaktif jangka panjang. Durasi transformasi tersebut dapat dinilai dari waktu paruh isotop uranium alami, misalnya, untuk 235U adalah 7108 tahun, dan untuk 238U - 4,51109 tahun. Namun, panas uranium secara signifikan menghangatkan Bumi. Jika ada banyak uranium di seluruh massa Bumi seperti di lapisan atas dua puluh kilometer, maka suhu di planet ini akan jauh lebih tinggi daripada sekarang. Namun, ketika seseorang bergerak menuju pusat Bumi, konsentrasi uranium berkurang.

Dalam reaktor nuklir, hanya sebagian kecil dari uranium yang dimuat yang diproses, ini karena terak bahan bakar dengan produk fisi: 235U terbakar, reaksi berantai secara bertahap memudar. Namun, batang bahan bakar masih diisi dengan bahan bakar nuklir, yang harus digunakan kembali. Untuk melakukan ini, elemen bahan bakar lama dibongkar dan dikirim untuk diproses - mereka dilarutkan dalam asam, dan uranium diekstraksi dari larutan yang dihasilkan dengan ekstraksi, fragmen fisi yang perlu dibuang tetap berada dalam larutan. Jadi, ternyata industri uranium bisa dibilang produksi bahan kimia bebas limbah!

Tanaman untuk pemisahan isotop uranium menempati area beberapa puluh hektar, kira-kira dengan urutan besarnya yang sama dan area partisi berpori di kaskade pemisahan tanaman. Ini karena rumitnya metode difusi untuk memisahkan isotop uranium - lagi pula, untuk meningkatkan konsentrasi 235U dari 0,72 menjadi 99%, diperlukan beberapa ribu langkah difusi!

Dengan menggunakan metode uranium-lead, ahli geologi berhasil mengetahui usia mineral paling kuno, sambil mempelajari batuan meteorit, mereka berhasil menentukan perkiraan tanggal kelahiran planet kita. Berkat "jam uranium" menentukan usia tanah bulan. Menariknya, ternyata selama 3 miliar tahun tidak ada aktivitas vulkanik di Bulan dan satelit alami Bumi tetap menjadi benda pasif. Bagaimanapun, bahkan bagian termuda dari materi bulan telah hidup lebih lama dari usia mineral terestrial paling kuno.

Cerita

Penggunaan uranium dimulai sejak lama - pada awal abad ke-1 SM, uranium oksida alami digunakan untuk membuat glasir kuning yang digunakan dalam pewarnaan keramik.

Di zaman modern, studi uranium berlangsung secara bertahap - dalam beberapa tahap, dengan peningkatan yang berkelanjutan. Awal mulanya adalah penemuan unsur ini pada tahun 1789 oleh filsuf alam dan kimiawan Jerman Martin Heinrich Klaproth, yang memulihkan "bumi" kuning keemasan yang ditambang dari bijih resin Saxon ("pitch uranium") menjadi zat seperti logam hitam (uranium). oksida - UO2). Nama itu diberikan untuk menghormati planet paling jauh yang dikenal pada waktu itu - Uranus, yang pada gilirannya ditemukan pada tahun 1781 oleh William Herschel. Pada saat ini, tahap pertama dalam studi elemen baru (Klaproth yakin bahwa ia telah menemukan logam baru) berakhir, ada jeda lebih dari lima puluh tahun.

Tahun 1840 dapat dianggap sebagai awal dari tonggak baru dalam sejarah penelitian uranium. Sejak tahun inilah seorang ahli kimia muda dari Prancis, Eugene Melchior Peligot (1811-1890), mengambil masalah untuk memperoleh uranium logam, segera (1841) ia berhasil - uranium logam diperoleh dengan mereduksi UCl4 dengan kalium logam. Selain itu, ia membuktikan bahwa uranium yang ditemukan oleh Klaproth sebenarnya hanyalah oksidanya. Orang Prancis itu juga menentukan perkiraan berat atom elemen baru - 120. Kemudian lagi ada jeda panjang dalam studi sifat-sifat uranium.

Hanya pada tahun 1874 asumsi baru tentang sifat uranium muncul: Dmitry Ivanovich Mendeleev, mengikuti teori yang ia kembangkan tentang periodisasi unsur kimia, menemukan tempat untuk logam baru di mejanya, menempatkan uranium di sel terakhir. Selain itu, Mendeleev meningkatkan bobot atom uranium yang diasumsikan sebelumnya menjadi dua, tanpa membuat kesalahan dalam hal ini, yang dikonfirmasi oleh eksperimen kimiawan Jerman Zimmermann 12 tahun kemudian.

Sejak 1896, penemuan di bidang mempelajari sifat-sifat uranium "jatuh" satu demi satu: pada tahun yang disebutkan di atas, secara tidak sengaja (ketika mempelajari pendar kristal kalium uranil sulfat), profesor fisika berusia 43 tahun Antoine Henri Becquerel menemukan Sinar Becquerel, yang kemudian dinamai radioaktivitas oleh Marie Curie. Pada tahun yang sama, Henri Moissan (sekali lagi ahli kimia dari Perancis) mengembangkan metode untuk mendapatkan uranium logam murni.

Pada tahun 1899, Ernest Rutherford menemukan ketidakhomogenan radiasi persiapan uranium. Ternyata ada dua jenis radiasi - sinar alfa dan beta, berbeda dalam sifatnya: mereka membawa muatan listrik yang berbeda, memiliki panjang jalur yang berbeda dalam suatu zat, dan kemampuan pengionnya juga berbeda. Setahun kemudian, sinar gamma juga ditemukan oleh Paul Villard.

Ernest Rutherford dan Frederick Soddy bersama-sama mengembangkan teori radioaktivitas uranium. Berdasarkan teori tersebut, pada tahun 1907 Rutherford melakukan percobaan pertama untuk menentukan umur mineral dalam penelitiannya uranium radioaktif dan torium. Pada tahun 1913, F. Soddy memperkenalkan konsep isotop (dari bahasa Yunani kuno iso - "sama", "sama", dan topos - "tempat"). Pada tahun 1920, ilmuwan yang sama menyarankan bahwa isotop dapat digunakan untuk menentukan usia geologis batuan. Asumsinya ternyata benar: pada tahun 1939, Alfred Otto Karl Nier menciptakan persamaan pertama untuk menghitung usia dan menggunakan spektrometer massa untuk memisahkan isotop.

Pada tahun 1934, Enrico Fermi melakukan serangkaian percobaan tentang pemboman unsur-unsur kimia dengan neutron - partikel yang ditemukan oleh J. Chadwick pada tahun 1932. Sebagai hasil dari operasi ini, zat radioaktif yang sebelumnya tidak diketahui muncul di uranium. Fermi dan ilmuwan lain yang berpartisipasi dalam eksperimennya menyatakan bahwa mereka telah menemukan unsur transuranium. Selama empat tahun, upaya dilakukan untuk mendeteksi elemen transuranium di antara produk pemboman neutron. Semuanya berakhir pada tahun 1938, ketika ahli kimia Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann menemukan bahwa, menangkap neutron bebas, inti isotop uranium 235U dibagi, dan energi yang cukup besar dilepaskan (per satu inti uranium), terutama karena fragmen energi kinetik dan radiasi. Maju lebih jauh ahli kimia Jerman gagal. Lisa Meitner dan Otto Frisch mampu membuktikan teori mereka. Penemuan ini menjadi cikal bakal penggunaan energi intra atom, baik untuk tujuan damai maupun militer.

Berada di alam

Kandungan rata-rata uranium di kerak bumi (clarke) adalah 3∙10-4% massa, yang berarti lebih banyak di perut bumi daripada perak, merkuri, bismut. Uranium adalah elemen karakteristik untuk lapisan granit dan cangkang sedimen kerak bumi. Jadi, dalam satu ton granit ada sekitar 25 gram elemen No. 92. Secara total, lebih dari 1000 ton uranium terkandung di lapisan atas Bumi yang relatif tipis, dua puluh kilometer. Dalam batuan beku asam 3,5∙10-4%, di lempung dan serpih 3,2∙10-4%, terutama diperkaya bahan organik, di batuan dasar 5∙10-5%, di batuan ultrabasa dari mantel 3∙10-7% .

Uranium bermigrasi dengan kuat di perairan dingin dan panas, netral dan basa dalam bentuk ion sederhana dan kompleks, terutama dalam bentuk kompleks karbonat. Peran penting dalam geokimia uranium dimainkan oleh reaksi redoks, semua karena senyawa uranium, pada umumnya, sangat larut dalam air dengan lingkungan pengoksidasi dan kurang larut dalam air dengan lingkungan pereduksi (hidrogen sulfida).

Lebih dari seratus bijih mineral uranium diketahui, mereka berbeda dalam komposisi kimia, asal, konsentrasi uranium, dari seluruh varietas hanya selusin yang menarik secara praktis. Perwakilan utama uranium, yang memiliki kepentingan industri terbesar, di alam dapat dianggap sebagai oksida - uraninit dan varietasnya (nasturan dan uranium hitam), serta silikat - peti mati, titanat - davidit dan brannerit; fosfat berair dan uranil arsenat - uranium mika.

Uraninite - UO2 terdapat terutama pada batuan purba - Prakambrium dalam bentuk kristal bening. Uraninit membentuk deret isomorfik dengan thorianit ThO2 dan yttrocerianite (Y,Ce)O2. Selain itu, semua uraninit mengandung produk peluruhan radiogenik uranium dan torium: K, Po, He, Ac, Pb, serta Ca dan Zn. Uraninite sendiri adalah mineral suhu tinggi, karakteristik granit dan pegmatit syenite berasosiasi dengan kompleks uranium niob-tantalum-titanate (columbite, pyrochlore, samarskite, dan lain-lain), zirkon, dan monasit. Selain itu, uraninit terdapat pada batuan hidrotermal, skarn, dan sedimen. Deposit besar uraninit diketahui di Kanada, Afrika, Amerika Serikat, Prancis, dan Australia.

Nasturan (U3O8), juga dikenal sebagai uranium pitch atau pitchblende, yang membentuk agregat kolomorfik kriptokristalin, adalah mineral vulkanogenik dan hidrotermal, hadir dalam Paleozoikum dan formasi suhu tinggi dan menengah yang lebih muda. Teman tetap dari bijih campuran adalah sulfida, arsenida, bismut asli, arsenik dan perak, karbonat dan beberapa elemen lainnya. Bijih ini sangat kaya akan uranium, tetapi sangat jarang, sering disertai dengan radium, ini mudah dijelaskan: radium adalah produk langsung dari peluruhan isotop uranium.

Uranium hitam (agregat tanah lepas) diwakili terutama dalam formasi muda - Kenozoikum dan lebih muda, karakteristik uranium sulfida hidrotermal dan endapan sedimen.

Uranium juga diekstraksi sebagai produk sampingan dari bijih yang mengandung kurang dari 0,1%, misalnya, dari konglomerat yang mengandung emas.

Deposito utama bijih uranium terletak di AS (Colorado, North dan South Dakota), Kanada (provinsi Ontario dan Saskatchewan), Afrika Selatan (Witwatersrand), Prancis (Central Massif), Australia (Northern Territory) dan banyak negara lainnya. . Di Rusia, wilayah bijih uranium utama adalah Transbaikalia. Sekitar 93% uranium Rusia ditambang di deposit di wilayah Chita (dekat kota Krasnokamensk).

Aplikasi

Energi nuklir modern tidak terpikirkan tanpa elemen No. 92 dan sifat-sifatnya. Meskipun belum lama ini - sebelum peluncuran reaktor nuklir pertama, bijih uranium ditambang terutama untuk mengekstrak radium dari mereka. Sejumlah kecil senyawa uranium telah digunakan dalam beberapa pewarna dan katalis. Faktanya, uranium dianggap sebagai elemen yang hampir tidak memiliki nilai industri, dan betapa dramatisnya situasi berubah setelah penemuan kemampuan isotop uranium untuk fisi! Logam ini langsung mendapat status bahan baku strategis No. 1.

Saat ini, bidang utama aplikasi uranium logam, serta senyawanya, adalah bahan bakar untuk reaktor nuklir. Jadi, campuran isotop uranium (alami) yang diperkaya rendah digunakan dalam reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir stasioner, sedangkan uranium yang diperkaya tinggi digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan reaktor neutron cepat.

Isotop uranium 235U memiliki aplikasi terbesar, karena memungkinkan untuk reaksi berantai nuklir mandiri, yang tidak khas untuk isotop uranium lainnya. Berkat properti ini, 235U digunakan sebagai bahan bakar di reaktor nuklir, serta senjata nuklir. Namun, isolasi isotop 235U dari uranium alam merupakan masalah teknologi yang kompleks dan mahal.

Isotop uranium yang paling melimpah di alam, 238U, dapat membelah ketika dibombardir dengan neutron berenergi tinggi. Properti isotop ini digunakan untuk meningkatkan kekuatan senjata termonuklir - neutron yang dihasilkan oleh reaksi termonuklir digunakan. Selain itu, isotop plutonium 239Pu diperoleh dari isotop 238U, yang juga dapat digunakan dalam reaktor nuklir dan bom atom.

Baru-baru ini, isotop uranium 233U, yang diperoleh secara artifisial dalam reaktor dari thorium, telah digunakan secara luas; diperoleh dengan menyinari thorium dalam fluks neutron reaktor nuklir:

23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U

233U dipecah oleh neutron termal, selain itu, reproduksi bahan bakar nuklir yang diperluas dapat terjadi di reaktor dengan 233U. Jadi, ketika satu kilogram 233U terbakar dalam reaktor thorium, 1,1 kg 233U baru harus terakumulasi di dalamnya (sebagai akibat dari penangkapan neutron oleh inti thorium). Dalam waktu dekat, siklus uranium-thorium dalam reaktor neutron termal adalah pesaing utama siklus uranium-plutonium untuk pengembangbiakan bahan bakar nuklir di reaktor neutron cepat. Reaktor yang menggunakan nuklida ini sebagai bahan bakar sudah ada dan beroperasi (KAMINI di India). 233U juga merupakan bahan bakar yang paling menjanjikan untuk mesin roket nuklir fase gas.

Isotop uranium buatan lainnya tidak memainkan peran penting.

Setelah isotop "yang diperlukan" 234U dan 235U diekstraksi dari uranium alam, bahan mentah yang tersisa (238U) disebut "uranium deplesi", itu setengah radioaktif seperti uranium alam, terutama karena penghilangan 234U darinya. Karena penggunaan utama uranium adalah produksi energi, untuk alasan ini, uranium yang habis adalah produk penggunaan rendah dengan nilai ekonomi rendah. Namun, karena harganya yang rendah, serta kepadatannya yang tinggi dan penampang tangkapan yang sangat tinggi, ia digunakan untuk perisai radiasi dan sebagai pemberat dalam aplikasi luar angkasa seperti permukaan kontrol pesawat. Selain itu, uranium yang habis digunakan sebagai pemberat pada kendaraan antariksa dan kapal pesiar balap; dalam rotor giroskop kecepatan tinggi, roda gila besar, pengeboran minyak.

Namun, penggunaan depleted uranium yang paling terkenal adalah penggunaannya dalam aplikasi militer - sebagai inti untuk proyektil penusuk lapis baja dan lapis baja tank modern, seperti tank M-1 Abrams.

Aplikasi uranium yang kurang dikenal terutama terkait dengan senyawanya. Jadi penambahan kecil uranium memberikan fluoresensi kuning-hijau yang indah pada kaca, beberapa senyawa uranium bersifat fotosensitif, untuk alasan ini uranil nitrat banyak digunakan untuk meningkatkan negatif dan noda (warna) positif (cetakan fotografi) coklat.

Karbida 235U yang dicampur dengan niobium karbida dan zirkonium karbida digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin jet nuklir. Paduan besi dan uranium (238U) digunakan sebagai bahan magnetostriktif yang kuat. Natrium uranat Na2U2O7 digunakan sebagai pigmen kuning dalam pengecatan, senyawa uranium sebelumnya digunakan sebagai cat untuk pengecatan pada porselen dan untuk glasir keramik dan enamel (berwarna dalam warna: kuning, coklat, hijau dan hitam, tergantung pada tingkat oksidasi).

Produksi

Uranium diperoleh dari bijih uranium, yang berbeda secara signifikan dalam sejumlah karakteristik (sesuai dengan kondisi pembentukan, dengan "kontras", dengan kandungan pengotor yang berguna, dll.), yang utamanya adalah persentase uranium. Menurut fitur ini, lima tingkat bijih dibedakan: sangat kaya (mengandung lebih dari 1% uranium); kaya (1-0,5%); sedang (0,5-0,25%); biasa (0,25-0,1%) dan buruk (kurang dari 0,1%). Namun, bahkan dari bijih yang mengandung 0,01-0,015% uranium, logam ini diekstraksi sebagai produk sampingan.

Selama bertahun-tahun pengembangan bahan baku uranium, banyak metode telah dikembangkan untuk memisahkan uranium dari bijih. Hal ini disebabkan oleh kepentingan strategis uranium di beberapa daerah, dan keragaman manifestasi alamnya. Namun, terlepas dari semua variasi metode dan bahan baku, setiap produksi uranium terdiri dari tiga tahap: konsentrasi awal bijih uranium; pencucian uranium dan memperoleh senyawa uranium yang cukup murni dengan pengendapan, ekstraksi atau pertukaran ion. Selanjutnya, tergantung pada tujuan uranium yang dihasilkan, produk diperkaya dengan isotop 235U atau unsur uranium segera dikurangi.

Jadi, awalnya bijih terkonsentrasi - batu dihancurkan dan diisi dengan air. Dalam hal ini, unsur-unsur yang lebih berat dari campuran mengendap lebih cepat. Dalam batuan yang mengandung mineral uranium primer, terjadi pengendapan yang cepat, karena sangat berat. Ketika bijih yang mengandung mineral uranium sekunder terkonsentrasi, batuan sisa diendapkan, yang jauh lebih berat daripada mineral sekunder, tetapi dapat mengandung unsur-unsur yang sangat berguna.

Bijih uranium hampir tidak diperkaya, kecuali untuk metode organik penyortiran radiometrik, berdasarkan radiasi radium, yang selalu menyertai uranium.

Langkah selanjutnya dalam produksi uranium adalah pencucian, sehingga uranium masuk ke dalam larutan. Pada dasarnya, bijih dilarutkan dengan larutan sulfat, kadang-kadang asam nitrat atau larutan soda dengan transfer uranium ke dalam larutan asam dalam bentuk UO2SO4 atau anion kompleks, dan ke dalam larutan soda dalam bentuk anion 4 kompleks. Metode di mana asam sulfat digunakan lebih murah, namun tidak selalu berlaku - jika bahan bakunya mengandung uranium tetravalen (resin uranium), yang tidak larut dalam asam sulfat. Dalam kasus seperti itu, pelindian alkali digunakan atau uranium tetravalen dioksidasi menjadi keadaan heksavalen. Penggunaan soda api ( soda api) berguna saat melindih bijih yang mengandung magnesit atau dolomit, yang membutuhkan terlalu banyak asam untuk larut.

Setelah tahap pencucian, larutan tidak hanya mengandung uranium, tetapi juga elemen lain, yang, seperti uranium, diekstraksi dengan pelarut organik yang sama, mengendap pada resin penukar ion yang sama, dan mengendap di bawah kondisi yang sama. Dalam situasi seperti itu, untuk pemisahan uranium secara selektif, seseorang harus menggunakan banyak reaksi redoks untuk mengecualikan unsur yang tidak diinginkan pada tahap yang berbeda. Salah satu keuntungan dari pertukaran ion dan metode ekstraksi adalah bahwa uranium cukup lengkap diekstraksi dari larutan yang buruk.

Setelah semua operasi ini, uranium dipindahkan ke keadaan padat - ke salah satu oksida atau ke UF4 tetrafluorida. Uranium tersebut mengandung pengotor dengan penampang penangkapan neutron termal yang besar - litium, boron, kadmium, dan logam tanah jarang. Dalam produk akhir, kontennya tidak boleh melebihi seperseribu dan sepersejuta persen! Untuk melakukan ini, uranium dilarutkan lagi, kali ini dalam asam nitrat. Uranil nitrat UO2(NO3)2 selama ekstraksi dengan tributil fosfat dan beberapa zat lain juga dimurnikan ke kondisi yang diperlukan. Zat ini kemudian dikristalisasi (atau diendapkan) dan dinyalakan dengan lembut. Sebagai hasil dari operasi ini, uranium trioksida UO3 terbentuk, yang direduksi dengan hidrogen menjadi UO2. Pada suhu 430 hingga 600 ° C, uranium oksida bereaksi dengan hidrogen fluorida kering dan berubah menjadi UF4 tetrafluorida. Sudah dari senyawa ini, uranium logam biasanya diperoleh dengan bantuan kalsium atau magnesium dengan reduksi konvensional.

Properti fisik

Uranium logam sangat berat, dua setengah kali lebih berat dari besi, dan satu setengah kali lebih berat dari timah! Ini adalah salah satu unsur terberat yang tersimpan di perut Bumi. Dengan warna putih keperakan dan kecemerlangannya, uranium menyerupai baja. logam murni plastik, lunak, memiliki kepadatan tinggi, tetapi pada saat yang sama mudah untuk diproses. Uranium bersifat elektropositif, memiliki sifat paramagnetik yang tidak signifikan - kerentanan magnetik spesifik pada suhu kamar adalah 1,72 10 -6, Ini memiliki konduktivitas listrik yang rendah tetapi reaktivitas tinggi. Unsur ini memiliki tiga modifikasi alotropik: , dan . -bentuk memiliki kisi kristal belah ketupat dengan parameter berikut:: a = 2,8538 , b = 5,8662 , c = 469557 . Bentuk ini stabil pada kisaran suhu dari suhu kamar hingga 667,7°C. Densitas uranium dalam bentuk pada 25°C adalah 19,05±0,2 g/cm 3 . Bentuk memiliki kisi kristal tetragonal, stabil pada kisaran suhu dari 667,7° C hingga 774,8° C. Parameter kisi segi empat: a = 10.759 , b = 5.656 . Bentuk- dengan struktur kubik berpusat pada badan, stabil dari 774,8°C hingga titik leleh (1132°C).

Anda dapat melihat ketiga fase dalam proses reduksi uranium. Untuk ini, peralatan khusus digunakan, yaitu pipa baja mulus, yang dilapisi dengan kalsium oksida, baja pipa harus tidak berinteraksi dengan uranium. Campuran uranium dan magnesium (atau kalsium) tetrafluorida dimasukkan ke dalam peralatan, setelah itu dipanaskan hingga 600 ° C. Ketika suhu ini tercapai, sekering listrik dihidupkan; reaksi reduksi eksotermis, sedangkan campuran yang dimuati benar-benar meleleh. Uranium cair (suhu 1132 ° C) karena beratnya benar-benar tenggelam ke dasar. Setelah deposisi lengkap uranium di bagian bawah peralatan, pendinginan dimulai, uranium mengkristal, atom-atomnya berbaris dalam urutan yang ketat, membentuk kisi kubik - ini adalah fase-. Transisi berikutnya terjadi pada 774°C - kisi kristal dari logam pendingin menjadi tetragonal, yang sesuai dengan fase . Ketika suhu batangan turun menjadi 668° C, atom-atom menyusun kembali baris-barisnya, tersusun dalam gelombang-gelombang dalam lapisan-lapisan paralel - fase-. Tidak ada perubahan lebih lanjut.

Parameter utama uranium selalu mengacu pada fase-. Titik lebur (meleleh) 1132°C, titik didih uranium (tboil) 3818°C. Panas jenis pada suhu kamar 27,67 kJ/(kg K) atau 6,612 kal/(g°C). Hambatan listrik spesifik pada suhu 25 ° C adalah sekitar 3 10 -7 ohm cm, dan sudah pada 600 ° C 5,5 10 -7 ohm cm. Konduktivitas termal uranium juga bervariasi tergantung pada suhu: misalnya, dalam kisaran 100-200 ° C, itu adalah 28,05 W / (m K) atau 0,067 kal / (cm detik ° C), dan ketika naik ke 400 ° C, meningkat hingga 29,72 W / (m K) 0,071 kal / (cm detik ° C). Uranium memiliki superkonduktivitas pada 0,68 K. Kekerasan Brinell rata-rata adalah 19,6 - 21,6·10 2 MN / m 2 atau 200-220 kgf / mm 2.

Banyak sifat mekanik elemen ke-92 bergantung pada kemurniannya, pada mode pemrosesan termal dan mekanis. Jadi untuk uranium cor kekuatan tarik ultimit pada suhu kamar 372-470 MN/m 2 atau 38-48 kgf/mm 2 , nilai modulus elastisitas rata - rata 20,5·10 -2 MN/m2 atau 20,9·10 -3 kgf/mm 2 . Kekuatan uranium meningkat setelah pendinginan dari - dan -fase.

Iradiasi uranium dengan fluks neutron, interaksi dengan air yang mendinginkan elemen bahan bakar yang terbuat dari uranium logam, dan faktor operasi lain dalam reaktor neutron termal yang kuat - semua ini mengarah pada perubahan sifat fisik dan mekanik uranium: logam menjadi rapuh, creep berkembang, deformasi produk dari uranium logam terjadi. Untuk alasan ini, paduan uranium digunakan dalam reaktor nuklir, misalnya, dengan molibdenum, paduan semacam itu tahan terhadap air, memperkuat logam, sambil mempertahankan kisi kubik suhu tinggi.

Sifat kimia

Secara kimia, uranium adalah logam yang sangat aktif. Di udara, ia teroksidasi dengan pembentukan film warna-warni UO2 dioksida di permukaan, yang tidak melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut, seperti yang terjadi dengan titanium, zirkonium, dan sejumlah logam lainnya. Dengan oksigen, uranium membentuk UO2 dioksida, UO3 trioksida dan sejumlah besar oksida antara, yang paling penting adalah U3O8, oksida ini memiliki sifat yang mirip dengan UO2 dan UO3. Dalam bentuk bubuk, uranium bersifat piroforik dan dapat menyala dengan sedikit pemanasan (150 ° C ke atas), pembakaran disertai dengan nyala api yang terang, akhirnya membentuk U3O8. Pada suhu 500-600 ° C, uranium berinteraksi dengan fluor dengan pembentukan kristal hijau berbentuk jarum yang sedikit larut dalam air dan asam - uranium tetrafluorida UF4, serta UF6 - heksafluorida (kristal putih yang menyublim tanpa meleleh di suhu 56,4 °C). UF4, UF6 adalah contoh interaksi uranium dengan halogen untuk membentuk uranium halida. Uranium mudah bergabung dengan belerang, membentuk sejumlah senyawa, yang paling penting adalah bahan bakar nuklir AS. Uranium bereaksi dengan hidrogen pada 220 ° C untuk membentuk UH3 hidrida, yang secara kimia sangat aktif. Setelah pemanasan lebih lanjut, UH3 terurai menjadi hidrogen dan uranium bubuk. Interaksi dengan nitrogen terjadi pada suhu yang lebih tinggi - dari 450 hingga 700 ° C dan tekanan atmosfer, nitrida U4N7 diperoleh, dengan peningkatan tekanan nitrogen pada suhu yang sama, UN, U2N3 dan UN2 dapat diperoleh. Pada suhu yang lebih tinggi (750-800 °C), uranium bereaksi dengan karbon membentuk monokarbida UC, dikarbida UC2, dan U2C3. Uranium berinteraksi dengan air membentuk UO2 dan H2, dan dengan air dingin lebih lambat, tetapi lebih aktif dengan panas. Selain itu, reaksi berlangsung dengan uap pada suhu dari 150 hingga 250 °C. Logam ini larut dalam asam klorida HCl dan asam nitrat HNO3, kurang aktif dalam asam fluorida pekat, bereaksi lambat dengan asam sulfat H2SO4 dan asam ortofosfat H3PO4. Produk reaksi dengan asam adalah garam tetravalen uranium. Dari asam anorganik dan garam beberapa logam (emas, platinum, tembaga, perak, timah dan merkuri), uranium mampu menggantikan hidrogen. Uranium tidak berinteraksi dengan alkali.

Dalam senyawa, uranium dapat menunjukkan bilangan oksidasi berikut: +3, +4, +5, +6, kadang-kadang +2. U3+ tidak ada secara alami dan hanya dapat diperoleh di laboratorium. Senyawa uranium pentavalen sebagian besar tidak stabil dan mudah terurai menjadi senyawa uranium kuartener dan heksavalen, yang merupakan senyawa paling stabil. Uranium heksavalen dicirikan oleh pembentukan ion uranil UO22+, yang garamnya berwarna kuning dan sangat larut dalam air dan asam mineral. Contoh senyawa uranium heksavalen adalah uranium trioksida atau uranium anhidrida UO3 (bubuk oranye), yang bersifat amfoter oksida. Ketika dilarutkan dalam asam, garam terbentuk, misalnya, uranium klorida UO2Cl2. Di bawah aksi alkali pada larutan garam uranil, garam asam uranat H2UO4 diperoleh - uranat dan asam diuranat H2U2O7 - diuranat, misalnya, natrium uranat Na2UO4 dan natrium diuranat Na2U2O7. Garam uranium quadrivalen (uranium tetraklorida UCl4) berwarna hijau dan kurang larut. Jika terpapar udara dalam waktu lama, senyawa yang mengandung uranium tetravalen biasanya tidak stabil dan berubah menjadi heksavalen. Garam uranil seperti uranil klorida terurai dengan adanya cahaya terang atau organik.

DEFINISI

Uranus adalah elemen sembilan puluh detik dari Tabel Periodik. Penunjukan - U dari bahasa Latin "uranium". Berada di periode ketujuh, kelompok IIIB. Mengacu pada logam. Muatan inti adalah 92.

Uranium adalah logam keperakan dengan permukaan mengkilap (Gbr. 1). Berat. Mudah ditempa, fleksibel dan lembut. Sifat-sifat paramagnet bersifat inheren. Uranium dicirikan oleh adanya tiga modifikasi: -uranium (sistem belah ketupat), -uranium (sistem tetragonal) dan -uranium (sistem kubik), yang masing-masing ada dalam kisaran suhu tertentu.

Beras. 1. Uranus. Penampilan.

Berat atom dan molekul uranium

Berat molekul relatif suatu zat(M r) adalah angka yang menunjukkan berapa kali massa molekul tertentu lebih besar dari 1/12 massa atom karbon, dan massa atom relatif suatu unsur(A r) - berapa kali massa rata-rata atom suatu unsur kimia lebih besar dari 1/12 massa atom karbon.

Karena uranium ada dalam keadaan bebas dalam bentuk molekul monoatomik U, nilai atom dan berat molekul cocok. Mereka sama dengan 238,0289.

Isotop uranium

Diketahui bahwa uranium tidak memiliki isotop stabil, tetapi uranium alam terdiri dari campuran isotop 238 U (99,27%), 235 U dan 234 U, yang bersifat radioaktif.

Ada isotop uranium yang tidak stabil dengan nomor massa dari 217 hingga 242.

ion uranium

Pada tingkat energi terluar atom uranium, terdapat tiga elektron yang bervalensi:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 3 6s 2 6p 6 6d 1 7s 2 .

Sebagai hasil dari interaksi kimia, uranium melepaskan elektron valensinya, yaitu adalah donor mereka, dan berubah menjadi ion bermuatan positif:

U 0 -3e → U 3+.

Molekul dan atom uranium

Dalam keadaan bebas, uranium ada dalam bentuk molekul monoatomik U. Berikut adalah beberapa sifat yang mencirikan atom dan molekul uranium:

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 2