Uraani (U), jaksollisen järjestelmän aktinoidisarjan radioaktiivinen kemiallinen elementti, atominumero 92. Se on tärkeä ydinpolttoaine.
aktinoidielementti
Ryhmän jäsenet, mukaan lukien uraani (tunnetuimmat), esiintyvät luonnossa, useimmat ovat ihmisen luomia. Sekä uraania että plutoniumia on käytetty
Uraani muodostaa noin kaksi osaa miljoonasta maankuoresta. Joitakin tärkeitä uraanimineraaleja ovat piikarbidi (epäpuhdas U 3 O 8), uraniniitti (UO 2), karnotiitti (kaliumuraani vanadaatti), autuniitti (kalsiumuraanifosfaatti) ja torberniitti (kupari-uraanifosfaatti). Nämä ja muut hyödynnettävissä olevat uraanimalmit ydinpolttoaineiden lähteinä sisältävät monta kertaa enemmän energiaa kuin kaikki fossiilisten polttoaineiden tunnetut hyödynnettävissä olevat talletukset. Yksi kiloa uraania tuottaa yhtä paljon energiaa kuin 1,4 miljoonaa kiloa (3 miljoonaa puntaa) hiiltä.
Lisätietoja uraanimalmiesiintymistä sekä kaivos-, puhdistus- ja talteenottotekniikoiden kattavuudesta on uraanin käsittelyssä. Katso uraanin tuotannon vertailevat tilastotiedot taulukosta.
uraani
| maa | kaivoksen tuotanto 2013 (tonnia) | % maailman kaivoksen tuotannosta |
|---|---|---|
| *Arvio. | ||
| Lähde: World Nuclear Association, maailman uraanikaivostuotanto (2014). | ||
| Kazakstan | 22574 | 37.9 |
| Kanada | 9332 | 15.6 |
| Australia | 6350 | 10,6 |
| Niger* | 4528 | 7,6 |
| namibia | 4315 | 7.2 |
| Venäjä | 3135 | 5.3 |
| Uzbekistan * | 2400 | 4.0 |
| Yhdysvallat | 1835 | 3.1 |
| Kiina* | 1450 | 2,4 |
| Malawi | 1132 | 1.9 |
| Ukraina | 1075 | 1.9 |
| Etelä-Afrikka | 540 | 0,9 |
| Intia* | 400 | 0,7 |
| Tšekin tasavalta | 225 | 0,4 |
| Brasilia | 198 | 0,3 |
| Romania* | 80 | 0,1 |
| Pakistan * | 41 | 0,1 |
| Saksa | 27 | 0.0 |
| maailman kokonaismäärä | 59637 | 100 |
Uraani on tiheä, kova metalliosa, jonka väri on hopeanhohtoinen. Se on muovautuva, muovattava ja kykenee tarttumaan voimakkaasti kiillotukseen. Ilmassa metalli tuhoaa ja hienoksi jaettuna hajoaa liekkeiksi. Se on suhteellisen huono sähkönjohdin. Vaikka ranskalainen kemisti Eugène-Melchior Péligot erotti sen itse metallista (1841), mutta saksalainen kemisti Martin Heinrich Klaproth, joka nimitti sen silloin äskettäin löydetyn Uranus-planeetan perusteella, eristi metallin (1841) pelkistämällä uraanitetrakloridia (UCl 4) kaliumia.
Venäläisen kemian Dmitri Mendelejevin vuonna 1869 laatima jaksoittainen järjestelmä keskittyi huomiota uraaniin raskaimpana kemiallisena alkuaineena - asemaan, jota se säilytti ensimmäisen transuranium-elementin, neptuniumin löytämiseen saakka, vuonna 1940. Vuonna 1896 ranskalainen fyysikko Henri Becquerel löysi uraanista. radioaktiivisuuden ilmiö, termi, jota ranskalaiset fyysikot Marie ja Pierre Curie käyttivät ensimmäisen kerran vuonna 1898. Tämä ominaisuus löytyi myöhemmin monista muista elementeistä. Nyt tiedetään, että uraani, radioaktiivinen kaikissa isotoopeissaan, koostuu luonnollisesti uraani-238: n (99,27 prosenttia, 4 510 000 000 vuoden puoliintumisaika), uraani-235: n (0,72 prosenttia, 713 000 000 vuoden puoliintumisaika) ja uraani-234 (0,006 prosenttia, puoliintumisaika 247 000 vuotta). Nämä pitkät puoliintumisajat tekevät maapallon ikämäärityksen mahdolliseksi mittaamalla lyijyn, uraanin lopullisen hajoamistuotteen määrät tietyissä uraania sisältävissä kiveissä. Uraani-238 on emoyhtiö ja uraani-234 yksi tytäristä radioaktiivisen uraanin hajoamissarjassa; uraani-235 on actinium-hajoamissarjan emolevy. Katso myös aktinoidielementti.
Uraanielementtiä tutkittiin intensiivisesti ja kiinnostettiin laajalti sen jälkeen, kun saksalaiset kemit Otto Hahn ja Fritz Strassmann löysivät vuoden 1938 lopulla ydinfission ilmiön uraanissa, jota pommittivat hitaat neutronit. Italiassa syntynyt amerikkalainen fyysikko Enrico Fermi ehdotti (vuoden 1939 alussa), että neutronit saattavat olla halkeamistuotteiden joukossa ja voivat siten jatkaa halkaisua ketjureaktiona. Unkarilaissyntyinen amerikkalainen fyysikko Leo Szilard, amerikkalainen fyysikko Herbert L. Anderson, ranskalainen kemisti Frédéric Joliot-Curie ja heidän työtoverinsa vahvistivat (1939) tämän ennusteen; myöhemmin tutkimus osoitti, että keskimäärin 2 1 / 2 neutronia atomia kohti vapautuu aikana ydinfission. Nämä löytöt johtivat ensimmäiseen omavaraiseen ydinketjureaktioon (2. joulukuuta 1942), ensimmäiseen atomipommitestiin (16. heinäkuuta 1945), ensimmäiseen sodankäynnissä pudotettuun atomipommiin (6. elokuuta 1945), ensimmäiseen atomimoottoriin sukellusvene (1955) ja ensimmäinen täysimittainen ydinvoimalla toimiva sähkögeneraattori (1957).
Hajoaminen tapahtuu hitailla neutroneilla suhteellisen harvinaisessa isotooppiuraani-235: ssä (ainoa luonnossa esiintyvä halkeamismateriaali), joka on erotettava runsaasta uraani-238-isotoopista sen eri käyttötarkoituksia varten. Uraani-238 muuttuu kuitenkin neutronien absorboitumisen ja negatiivisen beetahajoamisen jälkeen synteettiseksi elementiksi plutoniumiksi, joka on halkeava hitaalla neutronilla. Siksi luonnollista uraania voidaan käyttää muuntaja- ja kasvatusreaktoreissa, joissa harvinainen uraani-235 ylläpitää hajoamista ja plutonium valmistetaan samanaikaisesti muuntelemalla uraani-238. Halkeamiskelpoinen uraani-233 voidaan syntetisoida käytettäväksi ydinpolttoaineena ei-kiinnittyvästä torium-isotooppitorium-232: sta, jota on runsaasti luonteeltaan. Uraani on myös tärkeä primaarimateriaalina, josta synteettiset transuraanielementit on valmistettu transmutaatioreaktioilla.
Uraani, joka on voimakkaasti sähköpositiivinen, reagoi veden kanssa; se liukenee hapoihin, mutta ei emäksiin. Tärkeitä hapetustilat ovat +4 (kuten oksidi UO 2, halidit kuten UCL 4, ja vihreä vesipitoinen ioni U 4 +) ja +6 (kuten oksidi UO 3, rikkiheksafluoridi UF 6, ja keltainen uraaninitraatti ioni UO 2 2+). Vesiliuoksessa uraani on vakaimmin uranyyli-ionia, jolla on lineaarinen rakenne [O = U = O] 2+. Uraanilla on myös tilaa +3 ja +5, mutta vastaavat ionit ovat epävakaita. Punainen U 3+ -ioni hapettuu hitaasti jopa vedessä, joka ei sisällä liuennettua happea. UO 2 + -ionin väriä ei tunneta, koska se läpikäy suhteettomasti (UO 2 + pelkistetään samanaikaisesti U 4 +: ksi ja hapetetaan UO 2 2: ksi) jopa hyvin laimeissa liuoksissa.
Uraaniyhdisteitä on käytetty keramiikan väriaineina. Uraaniheksafluoridia (UF 6) on kiinteä, jossa on epätavallisen korkea höyrynpaine (115 torr = 0,15 atm = 15300 Pa) 25 ° C: ssa (77 ° F). UF 6 on kemiallisesti hyvin reaktiivisia, mutta siitä huolimatta sen syövyttävän luonteen höyrytilassa, UF 6 on laajalti käytetty kaasu-diffuusio ja kaasu-sentrifugoidaan erotusmenetelmiä uraani-235 uraania-238.
Orgaaniset metalliyhdisteet ovat mielenkiintoinen ja tärkeä ryhmä yhdisteitä, joissa on metalli-hiili-sidoksia, jotka yhdistävät metallin orgaanisiin ryhmiin. Uranocene on organouranium yhdiste U (C 8 H 8) 2, jossa uraani atomi on kerrostettu kahden orgaaniset rengas kerrokset liittyvät syklo C 8 H 8. Sen löytö vuonna 1968 avasi uuden metallorgaanisen kemian alueen.
Elementin ominaisuudet
| atominumero | 92 |
|---|---|
| atomipaino | 238,03 |
| sulamispiste | 1 132,3 ° C (2 070,1 ° F) |
| kiehumispiste | 3 818 ° C (6 904 ° F) |
| tietty painovoima | 19.05 |
| hapetustilat | +3, +4, +5, +6 |
| kaasumaisen atomin elektronikonfiguraatio | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
