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.
| 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.
| +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.
| 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 |
Технология получения
Микродозы урана в литосфере обусловили способ получения металлического вещества:
- Обогащение. Сырье измельчают, заливают водой. Тяжелые первичные минералы урана осаждаются первыми.
- Выщелачивание. На концентрат воздействуют серной кислотой либо щелочью. Из комплексных руд вещество выщелачивают продувкой при 150°C.
- Из полученного раствора выделяют уран – экстракцией либо ионообменом. Это многоступенчатая процедура.
- Для образования твердой формы вещества из него удаляют примеси. То есть технически чистое соединение вещества растворяют кислотой, кристаллизуют, прокаливают.
- 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.
Стоимость
Цена необогащенной окиси урана не превышает $100 за килограмм.
Источник: