Pin
Send
Share
Send


Uran (chemický symbol U, atomové číslo 92) je stříbřitý kovový chemický prvek v aktinidové řadě periodické tabulky. Nejtěžší přirozeně se vyskytující prvek, uran, je téměř dvakrát tak hustý jako olovo a slabě radioaktivní. Vyskytuje se přirozeně v nízkých koncentracích (několik dílů na milion) v půdě, hornině a vodě a je komerčně získáván z minerálů obsahujících uran, jako je uraninit (viz těžba uranu).

V přírodě existují atomy uranu jako uran-238 (99,275 procenta), uran-235 (0,72 procenta) a velmi malé množství uranu-234 (0,0058 procenta). Uran se pomalu rozkládá emitováním alfa částice. Poločas uranu-238 je asi 4,5 miliardy let a u uranu-235 je 700 miliónů let, což je činí užitečnými při datování věku Země. Spolu s thiem a plutoniem je jedním ze tří štěpných prvků, což znamená, že se může snadno rozpadnout a stát se lehčími. Tato vlastnost uranu-235 a v menší míře uranu-233 vytváří teplo potřebné pro provoz jaderných reaktorů a poskytuje výbušný materiál pro jaderné zbraně. Obě použití spoléhají na schopnost uranu produkovat trvalou jadernou řetězovou reakci. Ochuzený uran (uran-238) se používá při pronikání kinetické energie a pancéřování.2

Kromě jeho použití v jaderné technologii byl uran používán jako barvivo v uranovém skle, které produkovalo oranžovo-červenou přes citrónově žluté odstíny. To bylo také užité na tónování v časné fotografii.

Výskyt

Biotické a abiotické

Uraninit, známý také jako Pichblende, je nejčastější rudou těženou pro těžbu uranu.

Uran je přirozeně se vyskytující prvek, který lze nalézt v nízkých hladinách ve všech horninách, půdě a vodě. Uran je také prvočíselným prvkem, který se přirozeně vyskytuje ve významných množstvích na Zemi, a vždy se nachází v kombinaci s jinými prvky.3 Spolu se všemi prvky s atomovou hmotností vyšší než železo se přirozeně formují pouze při výbuchu supernovy.4 Úpadek uranu, thoria a draslíku-40 v zemském plášti je považován za hlavní zdroj tepla56 který udržuje kapalinu vnějšího jádra a řídí konvekci pláště, která zase řídí tektoniku desek.

Jeho průměrná koncentrace v zemské kůře je (v závislosti na referenční hodnotě) 2 až 4 díly na milion,78 nebo asi 40krát hojnější než stříbro.9 Zemská kůra od povrchu po 25 km (15 mil) dolů se počítá tak, že obsahuje 1017 kg (2 x 1017 lb) uranu, zatímco oceány mohou obsahovat 1013 kg (2 x 1013 lb).7 Koncentrace uranu v půdě se pohybuje od 0,7 do 11 dílů na milion (až 15 dílů na milion v půdě zemědělské půdy v důsledku používání fosfátových hnojiv) a 3 díly na miliardu mořské vody se skládá z prvku.8

Je hojnější než antimon, cín, kadmium, rtuť nebo stříbro a je přibližně stejně hojný jako arsen nebo molybden.38 Nachází se ve stovkách minerálů včetně uraninitu (nejběžnější uranové rudy), autunitu, uranofanu, torbernitu a coffinitu.3 Významné koncentrace uranu se vyskytují v některých látkách, jako jsou ložiska fosfátových hornin a minerály, jako je lignit, a monazitové písky v rudách bohatých na uran3 (komerčně se získává z těchto zdrojů s pouhým 0,1% uranu9).

Citrobacter druhy mohou mít ve svých tělech koncentrace uranu 300krát vyšší než v okolním prostředí

V nedávné práci v Manchesteru bylo prokázáno, že bakterie mohou redukovat a fixovat uran v půdě. Tento výzkum pokračuje na univerzitě v Plymouthu dr. Keith Roach a S. Handley. Některé mikroorganismy, například lišejníky Trapelia zapojuta nebo bakterie Citrobacter, mohou absorbovat koncentrace uranu, které jsou až 300krát vyšší než jejich prostředí.10 Citrobactor druhy absorbují uranylové ionty při podání glycerol fosfátu (nebo jiných podobných organických fosfátů). Po jednom dni se jeden gram bakterií navrství devíti gramy krystalů uranylfosfátu; vytvoření možnosti, že by tyto organismy mohly být použity k dekontaminaci vody znečištěné uranem.1112

Rostliny absorbují uran z půdy, v níž jsou zakořeněny. Koncentrace sušiny uranu v rostlinách se pohybují od 5 do 60 dílů na miliardu a popel ze spáleného dřeva může mít koncentrace až 4 díly na milion.11 Koncentrace uranu v sušině v potravinářských rostlinách je obvykle nižší, přičemž jeden až dva mikrogramy denně se přijímají potravou, kterou lidé jedí.11

Výroba a rezervy

Yellowcake je koncentrovaná směs oxidů uranu, která se dále rafinuje za účelem extrakce čistého uranu.

Uranová ruda se těží několika způsoby: otevřenou jámou, pod zemí nebo vyluhováním uranu z rud nízké kvality (viz těžba uranu).2 Uranová ruda obvykle obsahuje 0,1 až 0,25 procent skutečných oxidů uranu, takže k extrakci kovu z jeho rudy je třeba použít rozsáhlá opatření.13 Uranová ruda se rozdrtí a převede na jemný prášek a poté se louží kyselinou nebo zásadou. Výluh je poté podroben jedné z několika sekvencí srážení, extrakce rozpouštědlem a iontové výměny. Výsledná směs, zvaná yellowcake, obsahuje alespoň 75 procent oxidů uranu. Yellowcake se pak obecně dále rafinuje za použití kyseliny dusičné za vzniku roztoku dusičnanu uranylu. Proces dokončují další postupy extrakce rozpouštědlem.13

Komerční uran lze vyrábět redukcí halogenidů uranu alkalickými kovy nebo kovy alkalických zemin.3 Kovový uran může být také vyroben elektrolýzou KUF5 nebo UF4, rozpuštěný v roztaveném chloridu vápenatém (CaCl2) a chlorid sodný (NaCl).3 Velmi čistý uran může být produkován tepelným rozkladem halogenidů uranu na horkém vlákně.3

10 zemí odpovídá za více než 95 procent celosvětové produkce koncentrovaných oxidů uranu.

V roce 2005 sedmnáct zemí vyrobilo koncentrované oxidy uranu; s Kanadou (27,9 procenta) a Austrálií (22,8 procenta) jsou největší výrobci a Kazachstán (10,5 procenta), Rusko (8,0 procenta), Namibie (7,5 procenta), Niger (7,4 procenta), Uzbekistán (5,5 procenta), Spojené státy americké (2,5 procenta), Ukrajina (1,9 procenta) a Čína (1,7 procenta) také produkují významná množství.14 Je známo, že existují tři miliony metrických tun zásob uranové rudy a odhaduje se, že dalších pět miliard metrických tun uranu je v mořské vodě (japonští vědci v 80. letech prokázali, že je možné vytěžit uran z mořské vody pomocí iontoměničů).2

Austrálie má největší zásoby uranové rudy na světě - 40 procent známé zásoby planety. Ve skutečnosti je největší ložisko jednoho uranu na světě umístěno v olympijském dolu Dam v jižní Austrálii.15 Téměř veškerý uran se vyváží, ale podle přísné dohody Mezinárodní agentury pro atomovou energii se ujistí australský lid a vláda, že žádný z uranu se nepoužívá v jaderných zbraních. Jak 2006, australská vláda obhajovala expanzi těžby uranu, ačkoli záležitosti se státními vládami a domorodými zájmy komplikují záležitost.16

Největším jediným domácím zdrojem uranu ve Spojených státech byla plošina Colorado umístěná v Coloradu, Utahu, Novém Mexiku a Arizoně. Federální vláda Spojených států zaplatila objevné bonusy a garantované nákupní ceny každému, kdo našel a vydal uranovou rudu. Vláda Spojených států byla jediným zákonným nákupcem uranu. Hospodářské pobídky vyústily v šílenství průzkumné a těžební činnosti na plošině Colorado v letech 1947 až 1959, které zanechalo tisíce kilometrů silně odstupňovaných silnic spiderwebbing vzdálených pouští na plošině Colorado a tisíce opuštěných uranových dolů, průzkumných šachet a hlušin hromady. Šílenství skončilo najednou, jak to začalo, když americké vlády přestaly kupovat uran.

Dějiny

Použití před objevem

Použití uranu ve formě přírodního oxidu se datuje k nejméně 79 ° C, když se použilo k přidání žluté barvy do keramických glazur.3 Žluté sklo s 1% oxidu uranu bylo nalezeno v římské vile na mysu Posilipo v Neapolském zálivu v Itálii R. T. Guntherem z Oxfordské univerzity v roce 1912.17 Počínaje koncem středověku se smola získávala z habsburských stříbrných dolů v Joachimsthalu v Čechách (nyní v České republice) a používala se jako barvivo v místním sklářském průmyslu.11 Na počátku devatenáctého století byly na světě jediným známým zdrojem uranových rud tyto staré doly.

Objev

Antoine Becquerel objevil jev radioaktivity vystavením fotografické desky uranu (1896).

Za objev prvku se připisuje německý lékárník Martin Heinrich Klaproth, který nový prvek pojmenoval po planetě Uran. Při práci ve své experimentální laboratoři v Berlíně v roce 1789 byl Klaproth schopen vysrážet žlutou sloučeninu (pravděpodobně diuranát sodný) rozpuštěním pitchblende v kyselině dusičné a neutralizací roztoku hydroxidem sodným.11 Klaproth mylně předpokládal, že žlutá látka byla oxidem dosud neobjeveného prvku, a zahřál ho dřevěným uhlím, aby získal černý prášek, což považoval za nově objevený kov samotný (ve skutečnosti byl tento prášek oxidem uranu).1118 Nově objevený prvek pojmenoval po planetě Uran, kterou objevil před osmi lety William Herschel. V roce 1841 Eugene-Melchior Peligot, který byl profesorem analytické chemie na Střední škole umění a výroby v Paříži, izoloval první vzorek kovového uranu zahřátím chloridu uranového na draslík.1911 Uran nebyl považován za zvláště nebezpečný během většiny devatenáctého století, což vedlo k vývoji různých využití prvku. Jedním takovým použitím pro oxid bylo zbarvení keramiky a skla.

V roce 1896 objevil Antoine Becquerel radioaktivitu pomocí uranu.9 Becquerel objevil v Paříži tím, že nechal vzorek uranu na neexponované fotografické desce v šuplíku a poznamenal, že deska byla „zamlžená“.20 Zjistil, že forma neviditelného světla nebo paprsků emitovaných uranem exponovala desku.

Štěpný výzkum

Enrico Fermi (vlevo dole) a zbytek týmu, který zahájil první umělou jadernou řetězovou reakci (1942).

Tým vedený Enrico Fermi v roce 1934 pozoroval, že bombardování uranu neutrony produkuje emisi beta paprsků (elektrony nebo pozitrony; viz beta částice).21 Pokusy vedoucí k objevu schopnosti uranu štěpit (rozpadat se) na lehčí prvky a uvolňovat vazebnou energii byly provedeny Otto Hahnem a Fritzem Strassmannem21 v Hahnově laboratoři v Berlíně. Lise Meitner a její synovec, fyzik Otto Robert Frisch, publikovali fyzické vysvětlení v únoru 1939 a pojmenovali proces „jaderné štěpení“.22 Brzy poté Fermi předpokládal, že štěpení uranu by mohlo uvolnit dostatek neutronů pro udržení štěpné reakce. Potvrzení této hypotézy přišlo v roce 1939 a později práce zjistila, že při každém štěpení vzácného izotopu uranu izotopu uranu-235 se uvolní 2 1/2 neutronů.21 Další práce zjistila, že mnohem běžnější izotop uranu-238 lze přeměnit na plutonium, které je stejně jako uran-235 štěpitelné tepelnými neutrony.

2. prosince 1942, další tým vedl o Enrico Fermi byl schopný zahájit první umělou jadernou řetězovou reakci. Tým, který pracoval v laboratoři pod porosty Stagg Field na University of Chicago, vytvořil podmínky potřebné pro takovou reakci hromaděním 400 tun (360 metrických tun) grafitu, 58 tun (53 metrických) oxidu uranu, a šest tun (pět a půl metrických tun) kovového uranu.21 Později vědci zjistili, že taková řetězová reakce by mohla být buď řízena za účelem výroby využitelné energie, nebo by mohla být ponechána mimo kontrolu, aby vytvořila explozi násilnější než cokoli jiného pomocí chemických výbušnin.

Bomby a reaktory

Houbový mrak nad Hirošimou po pádu atomové bomby na bázi uranu přezdívaného „Malý chlapec“ (1945).

Dva hlavní typy atomové bomby byly vyvinuty v projektu Manhattan během druhé světové války: zařízení založené na plutonia (viz test Trinity a „tlustý muž“), jehož plutonium pocházelo z uranu-238, a zařízení na bázi uranu (přezdívané) Little Boy '), jehož štěpným materiálem byl vysoce obohacený uran. Zařízení malého chlapce založené na uranu se stalo první jadernou zbraní používanou ve válce, když byla 6. srpna 1945 vybuchnuta nad japonským městem Hirošima. Výbuch s výtěžkem ekvivalentním 12 500 metrických tun TNT, výbuch a tepelná vlna bomba zničila téměř 50 000 budov a zabila přibližně 75 000 lidí (viz atomové bombardování Hirošimy a Nagasaki).20 Zpočátku se věřilo, že uran je relativně vzácný a že jaderné proliferaci lze zabránit pouhým nákupem všech známých zásob uranu, ale během deseti let byla na mnoha místech po celém světě objevena jeho velká ložiska.

Čtyři žárovky osvětlené elektřinou vyrobenou z prvního umělého jaderného reaktoru, EBR-I (1951).

Experimentální šlechtitelský reaktor I v Idaho National Engineering and Environmental Laboratory v Arco, Idaho se stal prvním fungujícím umělým nukleárním reaktorem 20. prosince 1951. Reaktorem zpočátku byly rozsvíceny pouze čtyři 150-wattové žárovky, ale vylepšení nakonec umožnilo pohánět celé zařízení (později se celé město Arco stalo prvním na světě, kde veškerá jeho elektřina pocházela z jaderné energie).23 První jaderná elektrárna na komerčním měřítku, Calder Hall, v Anglii, začala s generací 17. října 1956.24 Dalším časným energetickým reaktorem byl Shipportský reaktor v Pensylvánii, který zahájil výrobu elektřiny v roce 1957. Jaderná energie byla poprvé použita pro pohon ponorkou USS. Nautilus, v roce 1954.21

Patnáct starověkých a již aktivních přírodních štěpných reaktorů bylo nalezeno ve třech samostatných ložiscích rudy v dole Oklo v Gabonu v západní Africe v roce 1972. Objeveny francouzským fyzikem Francisem Perrinem, jsou souhrnně známé jako fosilní reaktory Oklo. Ruda, ve které existují, je stará 1,7 miliardy let; v té době tvořil uran 235 asi tři procenta celkového uranu na Zemi.25 To je dostatečně vysoké, aby umožnilo jaderné štěpení, za předpokladu, že jsou splněny jiné podmínky. Federální vláda USA uvedla, že okolní sediment může obsahovat produkty jaderného odpadu za méně než ideálních podmínek, jako důkaz svého tvrzení, že horské zařízení Yucca by mohlo být bezpečným úložištěm odpadů pro jaderný energetický průmysl.25

Dědictví studené války a plýtvání

Zásoby jaderných zbraní USA a SSSR / Ruska, 1945-2006.

Během studené války mezi Sovětským svazem a Spojenými státy byly shromážděny obrovské zásoby uranu a byly vytvořeny desítky tisíc jaderných zbraní, pomocí obohaceného uranu a plutonia vyrobeného z uranu.

Od rozpadu Sovětského svazu v roce 1991 bylo odhadováno 600 tun (540 metrických tun) vysoce obohaceného uranu (dostačujícího pro výrobu 40 000 jaderných hlavic) v často nedostatečně střežených zařízeních v Ruské federaci a několik další bývalé sovětské státy.26 Policie v Asii, Evropě a Jižní Americe nejméně v 16 případech od roku 1993 do roku 2005 zachytila ​​zásilky pašovaného uranového nebo plutoniového bombu, z nichž většina pocházela z bývalých sovětských zdrojů.26 Od roku 1993 do roku 2005 program na ochranu, kontrolu a účetnictví, který provozovala federální vláda Spojených států, utratil přibližně 550 milionů USD na ochranu zásob uranu a plutonia v Rusku.26

Jaderný spád a znečištění se objevily při nadzemních jaderných zkouškách27 a několik jaderných nehod: požár Windscale v jaderné elektrárně Sellafield v roce 1957 rozšířil jód-131 po většině severní Anglie, při nehodě Three Mile Island v roce 1979 došlo k úniku radonového plynu a některé jod-131, Černobylová katastrofa v roce 1986 uvolnila radon, jód -131 a stroncium-90, které se rozšířily po většině Evropy.8

Pozoruhodné vlastnosti

Indukovaná událost jaderného štěpení zahrnující uran-235.

Uran je vnitřní přechodný kov řady aktinidů, který se nachází v období 7 periodické tabulky, mezi protactiniem a neptuniem. Když je rafinovaný, jedná se o stříbřitě bílý, slabě radioaktivní kov, který je o něco měkčí než ocel,3 silně elektropozitivní a špatný elektrický vodič.7 Je tvárná, tažná a lehce paramagnetická.3 Kovový uran má velmi vysokou hustotu, o 65 procent hustší než olovo, ale o něco méně hustý než zlato.

Kov uranu reaguje s téměř všemi nekovovými prvky a jejich sloučeninami s reaktivitou rostoucí s teplotou.9 Kyselina chlorovodíková a dusičná rozpouští uran, ale neoxidující kyseliny napadají prvek velmi pomalu.7 Když je jemně rozdělen, může reagovat se studenou vodou; ve vzduchu se kovový uran potáhne tmavou vrstvou oxidu uranu.3 Uran v rudách je extrahován chemicky a přeměněn na oxid uraničitý nebo jiné chemické formy použitelné v průmyslu.

Uran byl prvním prvkem, který byl shledán štěpným. Po bombardování pomalými neutrony se jeho izotop uranu-235 stává velmi krátkotrvajícím izomerem uranu-236, který se okamžitě rozdělí na dvě menší jádra, čímž uvolní jadernou vazebnou energii a více neutronů. Pokud jsou tyto neutrony absorbovány jinými jádry uranu-235, dochází k reakci jaderného řetězce a pokud není nic, co by absorbovalo některé neutrony a zpomalilo reakci, reakce je výbušná. K výrobě atomové bomby lze použít pouhých 15 liber (7 kg) uranu-235.26 První atomová bomba pracovala na tomto principu (jaderné štěpení).

Kovový uran má tři allotropické formy:

  • alfa (ortorombický) stabilní do 667,7 ° C
  • beta (tetragonální) stabilní od 667,7 ° C do 774,8 ° C
  • gama (kubický centimetr zaměřený na tělo) od 774,8 ° C do bodu tání - to je nejtvrdější a tažný stav.

Izotopy

Výsečové grafy znázorňující relativní proporce uranu-238 (modrá) a uranu-235 (červená) při různých úrovních obohacení.

Přirozené koncentrace

Přirozeně se vyskytující uran se skládá ze tří hlavních izotopů, uranu 238 (99,28% přirozeného množství), uranu 235 (0,71 procenta) a uranu 234 (0,0054 procenta). Všechny tři izotopy jsou radioaktivní a vytvářejí radioizotopy, přičemž nejhojnější a nejstabilnější je uran-238 s poločasem rozpadu 4,51 × 10.9 roky (blízké věku Země), uran-235 s poločasem rozpadu 7,13 × 108 roky, a uran-234 s poločasem rozpadu 2,48 × 105 let.28

Uran-238 je emitor α, rozkládající se prostřednictvím 18-ti členné série přirozeného rozkladu uranu na olovo-206.9 Rozklad série uranu-235 (nazývaného také aktinouran) má 15 členů, které končí v olově-207, protaktiniu-231 a aktiniu-227.9 Konstantní míra rozpadu v těchto sériích umožňuje srovnání poměrů rodičů k dceřiným prvkům užitečným v radiometrickém randění. Uran-233 je vyroben z thoria-232 bombardováním neutrony.3

Izotop uran-235 nebo obohacený uran je důležitý jak pro jaderné reaktory, tak pro jaderné zbraně, protože je to jediný izotop existující v přírodě v jakémkoli znatelném rozsahu, který je štěpitelný, to znamená, že může být rozložen tepelnými neutrony.9 Izotop uran-238 je také důležitý, protože absorbuje neutrony za vzniku radioaktivního izotopu, který se následně rozkládá na izotop plutonium-239, který je také štěpný.21

Obohacení

Kaskády plynových odstředivek se používají k obohacování uranové rudy za účelem koncentrace jejích štěpných izotopů.

Pro použití v jaderných elektrárnách a jaderných zbraních je nezbytné obohacování uranové rudy separací izotopů za účelem koncentrace štěpného uranu 235. Většina neutronů uvolňovaných štěpným atomem uranu-235 musí mít dopad na jiné atomy uranu-235, aby udržel jadernou řetězovou reakci potřebnou pro tyto aplikace. Koncentrace a množství uranu 235 potřebné k dosažení tohoto cíle se nazývá „kritická hmotnost“.

Aby byla frakce uranu-235 považována za „obohacenou“, musí být zvýšena na výrazně vyšší hodnotu, než je její koncentrace v přirozeně se vyskytujícím uranu. Obohacený uran má obvykle koncentraci uranu-235 mezi 3 a 5 procenty.29 Tento proces produkuje obrovské množství uranu, který je ochuzen o uran-235 a se odpovídajícím zvýšeným podílem uranu-238, nazývaného ochuzený uran nebo „DU“. Aby byla koncentrace izotopu uranu-235 považována za „ochuzenou“, musela být snížena na výrazně nižší hodnotu, než je jeho přirozená koncentrace.

Proces plynové odstředivky, kde plynný hexafluorid uranu (UF6) se oddělí podle hmotnosti pomocí vysokorychlostních odstředivek, stal se nejlevnějším a nejvýznamnějším procesem obohacování (lehčí UF6 koncentruje se ve středu odstředivky).20 Proces plynné difúze byl předchozí hlavní metodou obohacování a metodou používanou v projektu Manhattan. V tomto procesu je hexafluorid uranu opakovaně difundován přes stříbro-zinkovou membránu a různé izotopy uranu jsou separovány difúzní rychlostí (uran 238 je těžší, a proto difunduje o něco pomaleji než uran-235).20 Laserová excitační metoda využívá laserový paprsek přesné energie k přerušení vazby mezi uranem-235 a fluorem. Toto ponechává uran-238 navázaný na fluor a umožňuje, aby se kovový uran-235 vysrážel z roztoku.2 Jiná metoda se nazývá kapalná tepelná difúze.7

Sloučeniny

Oxidační stavy / oxidy

Oxid titaničitý (na obrázku) a oxid uraničitý jsou dva nejběžnější oxidy uranu

Ionty, které představují čtyři různé oxidační stavy uranu, jsou rozpustné, a proto je lze studovat ve vodných roztocích. Jsou to: U3+ (červená), U4+ (zelená), UO2+ (nestabilní) a UO2+ (žlutá).30 Pro formální oxidační stav uranu (II) existuje několik pevných a polokovových sloučenin, jako jsou UO a USA, ale v roztoku pro tento stav není známo žádné jednoduché ionty. Ionty U3+uvolňují vodík z vody, a proto se považují za vysoce nestabilní. UO2+ Ion představuje stav uranu (V) a je známo, že tvoří sloučeniny, které zahrnují anorganické ionty, jako je uhličitan, chlorid a síran, a různá organická chelatační činidla.30

Fázové vztahy v systému uran-kyslík jsou velmi složité. Nejdůležitějšími oxidačními stavy uranu jsou uran (IV) a uran (VI) a jejich dva odpovídající oxidy jsou oxid uraničitý (UO)2) a oxid uranový (UO3).31 Jiné oxidy uranu, jako je oxid uraničitý (UO), oxid piraničitý (U2Ó5) a peroxidu uranu (UO4• 2H2O) je také známo, že existují.

Nejběžnější formy oxidu uranu jsou oktaoxid triuranový (U3Ó8) a výše uvedené UO2.32 Obě oxidové formy jsou pevné látky, které mají nízkou rozpustnost ve vodě a jsou relativně stabilní v širokém rozmezí okolních podmínek. Oxid titaničitý je (v závislosti na podmínkách) nejstabilnější sloučeninou uranu a je to forma, která se v přírodě nejčastěji vyskytuje. Oxid uraničitý je forma, ve které se uran nejčastěji používá jako palivo jaderného reaktoru.32 Při okolní teplotě, UO2 bude postupně převádět na U3Ó8. Oxidy uranu se z důvodu své stability obecně považují za výhodnou chemickou formu pro skladování nebo likvidaci.32

Hydridy, karbidy a nitridy

Kov uranu zahřátý na 250 až 300 ° C reaguje s vodíkem za vzniku hydridu uranu. Přesto vyšší teploty reverzibilně odstraní vodík. Tato vlastnost činí hydridy uranu vhodným výchozím materiálem pro vytvoření reaktivního uranového prášku spolu s různými sloučeninami karbidu, nitridu a halogenidu uranu.33 Existují dvě krystalové modifikace hydridu uranu: a forma, která se získá při nízkých teplotách, a p forma, která se vytvoří, když je formovací teplota nad 250 ° C.33

Karbidy uranu a nitridy uranu jsou relativně inertní semimetalické sloučeniny, které jsou minimálně rozpustné v kyselinách, reagují s vodou a mohou se ve vzduchu vznítit na U3Ó8.33 Karbidy uranu zahrnují monokarbid uranu (UC), dikarbid uranu (UC)2) a diurantrikarbid (U2C3). UC i UC2 jsou vytvořeny přidáním uhlíku do roztaveného uranu nebo vystavením kovu oxidu uhelnatému při vysokých teplotách. Stabilní pod 1800 ° C, U2C3 se připravuje podrobením zahřáté směsi UC a UC2 na mechanické namáhání.34 Mezi nitridy uranu získané přímým vystavením kovu dusíku patří mononitan uranu (UN), dinitrid uranu (UN)2) a diurantrinitrid (U2N3).34

Halides

Hexafluorid uranu je surovina používaná k oddělení uranu-235 od přírodního uranu

Všechny fluoridy uranu jsou vytvářeny pomocí fluoridu uranového (UF4); UF4 sám je připraven hydrofluorací nebo oxidem uraničitým.33 Snížení UF4 s vodíkem při 1000 ° C vzniká fluorid uranový (UF3). Za správných podmínek teploty a tlaku reakce pevného UF4 s plynným hexafluoridem uranu (UF6) mohou tvořit intermediární fluoridy U2F9, U4F17a UF5.33

Při pokojové teplotě UF6 má vysoký tlak par, takže je užitečné v procesu plynné difúze oddělit vysoce hodnotný uran-235 od daleko běžnějšího izotopu uranu-238. Tuto sloučeninu lze připravit z oxidu uraničitého a hydridu uranu následujícím způsobem:33

UO2 + 4HF + teplo (500 ° C) → UF4 + 2H2Ó
UF4 + F2 + teplo (350 °) → UF6

Výsledný UF6 bílá pevná látka je vysoce reaktivní (fluorací), snadno sublimuje (vyzařuje téměř dokonalou paru plynu) a je nejvíce těkavou sloučeninou uranu, o které je známo, že existuje.33

Jeden způsob přípravy chloridu uraničitého (UCl4) je přímo kombinovat chlor s kovem uranu nebo hydridem uranu. Snížení UCl4 vodíkem vytváří chlorid uranový (UCl3), zatímco vyšší chloridy uranu se připravují reakcí s dalším chlorem.33 Všechny chloridy uranu reagují s vodou a vzduchem.

Bromidy a jodidy uranu se vytvářejí přímou reakcí bromu a jodu s uranem nebo přidáním UH3 na kyseliny tohoto prvku.33 Mezi známé příklady patří: UBr3, UBr4, UI3a UI4. Oxyalidy uranu jsou rozpustné ve vodě a zahrnují UO2F2, UOCl2, UO2Cl2a UO2Br2. Stabilita oxyhalidů klesá s atomovou hmotností c

Pin
Send
Share
Send