Уран – полезные свойства, особенности и угроза металла

Первое, что приходит на ум при упоминании этого химического элемента, – ядерная бомба и атомные станции. Уран используют ученые, энергетики, стеклодувы.

В России главный поставщик сырья – Читинская область (93%).

Остальное дают рудники Курганской области и Бурятии.

Физико-химические характеристики

Чистый уран чуть мягче стали, пластичный, ковкий. Слабый парамагнетик. Структура кристаллической решетки вещества меняется при разных температурах.

Даже в обычных условиях металл химически активен:

  • Быстро окисляясь, покрывается переливчатой оксидной пленкой.
  • Измельченный до порошка спонтанно воспламеняется при 151°C.
  • Разъедается водой: чем выше температура и мельче фракции, тем быстрее.
  • Растворяется кислотами, устойчив к щелочам.
  • Соли вещества распадаются на ярком свету либо под воздействием органики.

Энергичное встряхивание сосуда с урановой стружкой заставляет ее светиться. По этому признаку элемент легко отличить от других.

Химические свойства вещества также определяются валентностью.

Свойства атома Название, символ, номер Атомная масса
(молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Параметры решётки Прочие характеристики Теплопроводность Номер CAS
Уран / Uranium (U), 92
238,02891(3) а. е. м. (г/моль)
[Rn] 5f3 6d1 7s2
138 пм
142 пм
(+6e) 80 (+4e) 97 пм
1,38 (шкала Полинга)
U←U4+ -1,38В
U←U3+ -1,66В
U←U2+ -0,1В
6, 5, 4, 3
 686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
19,05 г/см³
1405,5 K
4018 K
12,6 кДж/моль
417 кДж/моль
27,67 Дж/(K·моль)
12,5 см³/моль
орторомбическая
a = 2,854 Å;
b = 5,870 Å;
c = 4,955 Å
(300 K) 27,5 Вт/(м·К)
7440-61-1

Четырехвалентные образцы урана нестабильны, долго находясь на воздухе, становятся шестивалентными.

Главная характеристика урана – радиоактивность. Ее величина считается достоинством либо недостатком в зависимости от целей использования вещества.

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Форма Примечание
+3 Не существует Не существует U3+, UH3 Сильный восстановитель
+4 UO2 Не существует Основный UO2, галогениды
+5 Не существует Не существует Галогениды В воде диспропорционирует
+6 UO3 UO2(OH)2 Амфотерный UO22+ (уранил), UO42- (уранат), U2O72- (диуранат) Устойчив на воздухе и в воде

Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены ниже в таблице.

Неметалл Условия Продукт
F2 +20 oC, бурно UF6
Cl2 180 oC для измельчённого
500—600 oC для компактного
Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2 650 oC, спокойно UBr4
I2 350 oC, спокойно UI3, UI4
S 250—300 oC спокойно
500 oC горит
US2, U2S3
Se 250—300 oC спокойно
500 oC горит
USe2, U2Se3
N2 450—700 oC
то же под давлением N
1300o
U4N7
UN2
UN
P 600—1000 oC U3P4
C 800—1200 oC UC, UC2
Читайте также  Спаржевая фасоль на зиму – 10 пошаговых рецептов заготовок

Технология получения

Микродозы урана в литосфере обусловили способ получения металлического вещества:

  1. Обогащение. Сырье измельчают, заливают водой. Тяжелые первичные минералы урана осаждаются первыми.
  2. Выщелачивание. На концентрат воздействуют серной кислотой либо щелочью. Из комплексных руд вещество выщелачивают продувкой при 150°C.
  3. Из полученного раствора выделяют уран – экстракцией либо ионообменом. Это многоступенчатая процедура.
  4. Для образования твердой формы вещества из него удаляют примеси. То есть технически чистое соединение вещества растворяют кислотой, кристаллизуют, прокаливают.
  5. На выходе образуется трехокись. Ее восстанавливают до диоксида водородом.

На него воздействуют обезвоженным фтористым водородом. Добавляют магний либо кальций, восстанавливают металлический уран.

Производство обеспечивает четыре пятых потребности – остальное достают из списанных ядерных боеприпасов.

Как используется

Сфера применения тяжелого металла зависит от его вида.

Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл – уран

Обычный уран

Имеет специфичное и ограниченное применение:

  • Главный потребитель вещества – атомная промышленность. Уран 235 – топливо в ядерных реакторах, начинка ядерных, термоядерных боеприпасов (как и плутоний).

Уран-233 исследуется как топливо будущего для ядерных ракетных двигателей.

  • Мирная отрасль использования – геохимия. Вещество используют как маркер определения возраста минералов, горных пород и выяснения картины геологических процессов.
  • Его применяют в нефтяной геологии при исследовании скважин.

Стекловары добавляют микродозы вещества, чтобы получить продукт с эффектом флуоресценции желто-зеленой гаммы.

Буроватый фон фотографий начала XX века – заслуга соединения урана уранилнитрата.

Обедненный уран

Гораздо популярнее обедненный уран.

«Обедненный уран» – это уран-238, из которого изъяли изотопы 234 и 235. Его радиоактивность вдвое меньше природного материала.

Сердечник (вкладыш) снаряда калибра 30 мм (пушки GAU-8 самолёта A-10) диаметром около 20 мм из обеднённого урана

Ему нашлось применение в военном и гражданском сегменте:

  • Сердечник бронебойных снарядов.
  • Урановые сплавы – материал танковой брони, например, натовского танка «Абрамс».
  • Балласт в ракетах, самолетах, яхтах.
  • Компонент гироскопов, маховиков.

Вещество используют при бурении нефтяных скважин и для защиты от радиации.

Влияние на организм

Нанодозы вещества (максимум – стотысячные доли процента) зафиксированы во всех биологических организмах. У человека самые уязвимые места – почки, селезенка, кости, печень, бронхи, легкие.

Однако радиоактивный металл, его соединения (особенно в виде аэрозолей) токсичны:

  • Организм поражается целиком до уровня клеток.
  • Первыми страдают почки (в моче появляются белок и сахар).
  • Угнетается деятельность ферментов.

Хроническая интоксикация влечет за собой сбои в нервной системе, кроветворении. Это недуг работников, занятых на добыче и переработке сырья.

Читайте также  Гуляш из индейки — 8 вкусных рецептов

Стоимость

Цена необогащенной окиси урана не превышает $100 за килограмм.

Источник: jgems.ru

Mila Vitsa