Уран
Уран (лат. Uranium), U (читается «уран»), радиоактивный химический элемент с атомным номером 92, атомная масса 238,0289. Актиноид.
Уран был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом при исследовании минерала «смоляной обманки».
Назван им в честь планеты Уран, открытой Уильямом Гершелем в 1781 году.
В металлическом состоянии уран получен в 1841 году французским химиком
Эженом Пелиго при восстановлении UCl4 металлическим калием.
Радиоактивные свойства урана обнаружил в 1896 году француз
Антуаном Анри Беккерелем, а в 1899 году Эрнест Резерфорд обнаружил, что излучение урана делится на 2 типа α и β лучи.
Первоначально урану приписывали атомную массу 116, но в 1871 году
Дмитрий Иванович Менделеев пришел к выводу, что ее надо удвоить.
Уран - характерный элемент для гранитного слоя и осадочной оболочки земной коры.
Содержание в земной коре 2,5·10-4 % по массе.
В морской воде концентрация урана менее 10-9 г/л.
Всего в морской воде содержится от 109 до 1010 тонн урана.
В свободном виде уран в земной коре не встречается.
Известно около 100 минералов урана, важнейшие из них настуран U3O8, уранинит (U, Th) O2, урановая смоляная руда (содержит оксиды урана переменного состава) и тюямунит Ca[UO2][V2O8]·8H2O.
Уран - серебристо-белый блестящий металл.
Металлический уран существует в трех аллотропических модификациях.
До 669°C устойчива α-модификация с орторомбической решеткой.
От 669°C до 776°C устойчива β-модификация с тетрагональной решеткой.
До температуры плавления 1135оC устойчива γ-модификация с кубической объемно-центрированной решеткой.
Температура кипения урана 4200°C.
Химическая активность металлического урана высока.
На воздухе он покрывается пленкой оксида.
Порошкообразный уран пирофорен, при сгорании урана и термическом разложении многих его соединений на воздухе образуется оксид урана U3O8.
Если этот оксид нагревать в атмосфере водорода при температуре выше
500 °C, образуется диоксид урана UO2
U3O8 + 2 Н2 = 3UO2 + 2Н2О
Если уранилнитрат UO2(NO3)2 нагреть при 500°C, то, разлагаясь, он образует триоксид урана UO3.
При сплавлении оксидов урана с оксидами других металлов образуются уранаты: К2UO4 (уранат калия), СаUO4 (уранат кальция), Na2U2O7 (диуранат натрия).
Взаимодействуя с галогенами, уран дает галогениды урана.
Среди них гексафторид UF6 представляет собой желтое кристаллическое вещество, легко сублимирующееся, то есть переходящее из твёрдого состояния в газообразное без пребывания в жидком состоянии, даже при слабом нагревании
(40–60 °C) и столь же легко гидролизующееся водой.
Важнейшее практическое значение имеет гексафторид урана UF6.
Получают его взаимодействием металлического урана, оксидов урана или UF4 с фтором или фторирующими агентами BrF3, СCl3F (фреон-11) или ССl2F2 (фреон-12)
U3O8+ 6CCl2F2 = 3UF4 + 2COCl2 + 3CO2 + Cl2
UF4+ F2= UF6
U3O8+ 9F2 =3UF6+ 4O2
Известны фториды и хлориды, отвечающие степеням окисления
урана +3, +4, +5, +6.
Получены бромиды урана UBr3, UBr4 и UBr5, а также иодиды урана UI3 и UI4.
Синтезированы такие окси галогениды урана, как UO2Cl2 UOCl2 и другие.
При взаимодействии урана с водородом образуется гидрид урана UH3, обладающий высокой химической активностью.
При нагревании гидрид разлагается, образуя водород и порошкообразный уран.
При спекании урана с бором возникают, в зависимости от молярного отношения реагентов и условий проведения процесса, бориды UB2, UB4 и UB12.
С углеродом уран образует три карбида UC, U2C3 и UC2.
Взаимодействием урана с кремнием получены силициды U3Si, U3Si2, USi, U3Si5, USi2 и U3Si2.
Получены нитриды урана (UN, UN2, U2N3) и фосфиды урана
(UP, U3P4, UP2).
С серой уран образует ряд сульфидов: U3S5, US, US2, US3 и U2S3.
Металлический уран растворяется в HCl и HNO3, медленно реагирует с H2SO4 и H3PO4. Возникают соли, содержащие катион уранила (UO2)+2.
В водных растворах существуют соединения урана в степенях окисления
от +3 до +6.
Ион U+3 в растворе неустойчив, ион U+4 стабилен в отсутствие воздуха.
Катион UO+2 нестабилен и в растворе диспропорционирует на U+4 и UO2+2.
Ионы U+3 имеют характерную красную окраску, ионы U+4 - зеленую, ионы UO2+2 - желтую.
В растворах наиболее устойчивы соединения урана в степени окисления +6.
Все соединения урана в растворах склонны к гидролизу и комплекс образованию, наиболее сильны - катионы U+4 и UO2+2.
Металлический уран и его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах.
Мало обогащённая смесь изотопов урана применяется в стационарных реакторах атомных электростанций.
Продукт высокой степени обогащения - в ядерных реакторах, работающих на быстрых нейтронах.
235U является источником ядерной энергии в ядерном оружии.
238U служит источником вторичного ядерного горючего - плутония.
3