Uran (U, ) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę atomową – 92 (nie licząc śladowych ilości i ).
Właściwości Właściwości atomowe W uranie naturalnym występuje głównie słabo promieniotwórczy izotop (około 99,3%), któremu towarzyszy (około 0,7%) i ślady . Jądra wszystkich izotopów uranu ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Jądra izotopów i ulegają samoistnemu i wymuszonemu rozszczepieniu.
Przykładowe reakcje rozszczepienia wymuszonego (tj. następującego w wyniku zderzenia jądra np. z neutronem, n) :
W reakcjach tych generowanych jest więcej neutronów niż jest zużywanych. Średnio 1 zużyty neutron powoduje uwolnienie 2,45 neutronów potomnych. W odpowiednich warunkach – gdy co najmniej jeden neutron potomny wywołuje rozpad kolejnego jądra – proces ten może mieć charakter samopodtrzymującej się lub wybuchowej reakcji łańcuchowej.
Właściwości fizyczne Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości – 65% większej niż gęstość ołowiu – lecz w odróżnieniu od niego jest jednym z najtwardszych metali (HB = 2400 MN/m²). Jest plastyczny i kowalny, jest słabym paramagnetykiem i przewodnikiem elektrycznym (opór właściwy 28 Ω·m; 16 razy większy od miedzi).
Tworzy formy alotropowe: alfa (rombowa) stabilna do 668 °C; beta (tetragonalna) stabilna w zakresie od 668 do 775 °C; gamma (regularna centrowana objętościowo b.c.c) od 775 °C do temperatury topnienia.
Właściwości chemiczne Jest silnie elektrododatni. Reaguje z prawie wszystkimi pierwiastkami niemetalicznymi i z wieloma ich związkami. Kwas solny i azotowy roztwarzają uran, ale kwasy nieutleniające poza kwasem solnym roztwarzają go bardzo powoli. Silnie rozdrobniony jest piroforyczny i reaguje z zimną wodą. Na powietrzu pokrywa się ciemną warstwą tlenku. Ze względu na reaktywność z rud ekstrahuje się go w układach wodnych i przekształca w tlenek uranu(IV) lub inne formy używalne w przemyśle.
Występowanie thumb|Bryłka rudy uranu Uran występuje na Ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych, w skorupie ziemskiej w ilości 1,8 ppm, zajmując 51. miejsce wśród pierwiastków. Można znaleźć go w skałach (w granicie 2 – 10 mg/kg skały), glebie, wodzie (w oceanie 0,0033 ppm), roślinach, zwierzętach, a także w ciele ludzkim. Występuje w większym stężeniu w rudach uranu. Tworzy minerały; najważniejszymi minerałami uranu są: blenda uranowa uraninit karnotyt
Złoża rud uranu klasyfikuje się głównie według kosztów wydobycia 1 funta uranu. Najniższe koszty wydobycia wynoszą poniżej 80 $/lb, takie zasoby stanowią kilkanaście procent znanych zasobów. Znane i realnie rozpoznane złoża, w 2013 roku, o kosztach wydobycia poniżej 130 $/lb sięgają 5,9 mln ton. Największe zasoby znajdują się na terenie Australii (28% zasobów światowych), Kazachstanu (15%), Kanady (9%), Rosji (8%) i Namibii (7%).
Państwa o największym wydobyciu rud uranu w 2014 roku(w tys. ton U) 23,1 9,1 5,0 4,1 3,3 3,0 2,4 1,9 1,5 0,9 Łącznie na świecie 56,2 Źródło: World Uranium Mining
Najwięksi wydobywcy uranu (przedsiębiorstwa) w 2022 roku: Kazatomprom (11 373 ton; 23% produkcji światowej) Cameco (5675 ton; 12% produkcji światowej) Orano (5519 ton; 11% produkcji światowej)
Syntetyczny rozszczepialny izotop otrzymuje się przez bombardowanie toru neutronami.
Występowanie w Polsce Niezbyt wydajne złoża uranu występują w Polsce w Rudawach Janowickich (Miedzianka, Kowary), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno), w Górach Świętokrzyskich oraz w Górach Izerskich (Kromnów, Kopaniec), zostały one jednak w znacznym stopniu wyeksploatowane na potrzeby ZSRR do lat 50. XX wieku. W latach 60. XX w. złoża uranu odkryto w okolicach wsi Rajsk niedaleko od Bielska Podlaskiego.
Rabunkowe wydobycie rud uranu w Miedziance doprowadziło do zniszczenia i wysiedlenia miasta. W Kowarach u stóp Karkonoszy dla turystów otwarta jest kopalnia uranu Podgórze. W latach 1974–1989 działało w Kowarach Inhalatorium Radonowe; zamknięto je po 15 latach działalności, po zawaleniu się nieeksploatowanej części kopalni stanowiącej źródło radonu. Później uruchomiono nowe, komercyjne inhalatorium radonowe w dawnej kopalni uranu i fluorytu „Liczyrzepa”. Po poprowadzeniu tam podziemnej trasy turystycznej kompleks nazwano „Sztolnie Kowary”. Występująca tam koncentracja radonu jest bardzo niska. Jest to jedna z pięciu tego typu atrakcji na świecie. Wyrobisko Kopaliny w pobliżu Kletna jest także udostępnione do zwiedzania przez turystów.
Związki chemiczne uranu thumb|Konfiguracja elektronowa uranu Uran reaguje z tlenem z powietrza, pokrywając się stopniowo najpierw złotożółtą, a następnie czarną warstwą tlenków. W podwyższonych temperaturach jest reaktywny. Podgrzany do 450 °C reaguje z azotem, tworząc azotki, ogrzany w wodorze tworzy wodorek , a w temperaturze wrzenia wydziela z wody wolny wodór. Uran roztwarza się łatwo w rozcieńczonych kwasach. Zapala się w powietrzu już po umiarkowanym ogrzaniu, a sproszkowany nawet w temperaturze pokojowej. Reaguje z kwasami, siarką, chlorem, fluorem. Wszystkie rozpuszczalne związki chemiczne uranu są trujące.
Najtrwalszym ze stopni utlenienia uranu jest VI. Tlenek uranu(VI) () to proszek o barwie od żółtej do pomarańczowej. W temperaturze powyżej 500 °C przechodzi on w oliwkowozielony , który jest najtrwalszym z tlenków uranu i występuje w przyrodzie jako minerał uraninit. jest tlenkiem amfoterycznym. W wyniku gotowania z wodą powstaje wodorotlenek uranylu . Stabilne w roztworze wodnym jony uranu to czerwone , zielone oraz żółte .
Zastosowania Głównym zastosowaniem jest użycie izotopu jako materiału rozszczepialnego w reaktorach jądrowych, które znalazły zastosowanie w elektrowniach jądrowych oraz w napędzie okrętów podwodnych. Ponadto jest wykorzystywany do produkcji w broni jądrowej. Zawartość izotopu w uranie naturalnym wynosi 0,7% i jest ona zbyt niska do wielu zastosowań. W związku z tym wymaga on przetworzenia zwiększającego zawartość tego izotopu w procesie zwanym wzbogacaniem. W efekcie uzyskuje się tzw. uran wzbogacony oraz produkt uboczny zwany uranem zubożonym. Do wzbogacania uranu używać można np. wirówek wzbogacających.
Rozszczepienie jądra uwalnia energię całkowitą rzędu 200 MeV (dla porównania, reakcja podczas spalania węgla kopalnego dostarcza 4 eV/atom węgla). Teoretycznie jeden gram tego izotopu (czyli kulka o średnicy ok. 0,5 cm) może więc dostarczyć ok. 82–87 gigadżuli energii, co odpowiada spaleniu ok. 2,5 t węgla kamiennego lub wybuchowi 33 ton trotylu. Pomimo że rozszczepialny izotop uranu stanowi jego niewielką część, a w reaktorach rozszczepieniu ulega tylko jego część i niewielka część uranu 238, to uran jest obecnie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka do wytwarzania energii cieplnej.
Inne zastosowania uranu: Uranu używano do barwienia szkła i ceramiki, obecnie ze względu na strach przed promieniowaniem, zaniechano tego zastosowania. jest przetwarzany na pluton w reaktorach powielających: Metaliczny uran ze względu na dużą liczbę masową jest używany jako tarcza w generatorach promieniowania X o dużej energii. jako izotop o bardzo długim okresie rozpadu (4,468 lat) oraz produkty rozpadu służą do określania wieku skał. Uran (w praktyce uran zubożony) jako metal o bardzo dużej gęstości używany jest jako rdzeń przeciwczołgowych pocisków podkalibrowych. Stosowany jest też w fotografii oraz analizie chemicznej.
Historia Uran w postaci naturalnego tlenku był używany od co najmniej 79 roku n.e. do barwienia na żółty kolor wyrobów szklanych. Żółte szkło z zawartością 1% tlenku uranu znaleziono niedaleko Neapolu we Włoszech.
Uznanie uranu za pierwiastek przypisuje się chemikowi Martinowi Heinrichowi Klaprothowi, który ogłosił to odkrycie w 1789 roku, nadając nowemu pierwiastkowi nazwę uranium, nawiązując do wcześniejszego o 8 lat odkrycia planety Uran przez astronoma niemieckiego pochodzenia Williama Herschela. Pierwiastek ten w formie czystej został wyodrębniony po raz pierwszy przez Eugène-Melchiora Péligota w 1841 roku.
Izotop oznaczano dawniej przez AcU i nazywano aktynouranem.
Zobacz też minerały metamiktyczne minerały promieniotwórcze minerały uranylu
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Kategoria:Alotropia Kategoria:Niemieckie odkrycia Kategoria:Pierwiastki radioaktywne Kategoria:Teratogeny