Uranium (U), nguyên tố hóa học phóng xạ thuộc chuỗi Actinoid của bảng tuần hoàn, số nguyên tử 92. Đây là một loại nhiên liệu hạt nhân quan trọng.
yếu tố actinoid
các thành viên của nhóm, bao gồm uranium (quen thuộc nhất), xảy ra một cách tự nhiên, hầu hết là do con người tạo ra. Cả uranium và plutonium đã được sử dụng
Uranium cấu thành khoảng hai phần triệu vỏ Trái đất. Một số khoáng chất urani quan trọng là pitchblende (không tinh khiết U 3 O 8), uraninite (UO 2), carnotite (một kali uranium vanadate), autunite (một canxi uranium phosphate) và torbernite (một uranium phosphate đồng). Những quặng này và quặng uranium có thể phục hồi khác, là nguồn nhiên liệu hạt nhân, chứa năng lượng gấp nhiều lần so với tất cả các mỏ có thể thu hồi được của nhiên liệu hóa thạch. Một pound uranium mang lại năng lượng tương đương 1,4 triệu kg (3 triệu pound) than.
Để biết thêm thông tin về các mỏ quặng uranium, cũng như phạm vi bảo hiểm của các kỹ thuật khai thác, tinh chế và phục hồi, hãy xem chế biến uranium. Để biết dữ liệu thống kê so sánh về sản xuất uranium, xem bảng.
Urani
| Quốc gia | sản xuất mỏ 2013 (tấn) | % sản lượng mỏ thế giới |
|---|---|---|
| *Ước tính. | ||
| Nguồn: Hiệp hội hạt nhân thế giới, sản xuất khai thác Uranium thế giới (2014). | ||
| Kazakhstan | 22,574 | 37,9 |
| Canada | 9.332 | 15.6 |
| Châu Úc | 6.350 | 10.6 |
| Nigeria * | 4,528 | 7.6 |
| Namibia | 4.315 | 7.2 |
| Nga | 3,135 | 5,3 |
| Uzbekistan * | 2.400 | 4.0 |
| Hoa Kỳ | 1,835 | 3,1 |
| Trung Quốc* | 1,450 | 2.4 |
| Ma-rốc | 1.132 | 1.9 |
| Ukraine | 1.075 | 1.9 |
| Nam Phi | 540 | 0,9 |
| Ấn Độ* | 400 | 0,7 |
| Cộng hòa Séc | 225 | 0,4 |
| Brazil | 198 | 0,3 |
| Rumani * | 80 | 0,1 |
| Pakistan * | 41 | 0,1 |
| nước Đức | 27 | 0,0 |
| tổng số thế giới | 59.637 | 100 |
Uranium là một nguyên tố kim loại dày đặc, cứng, có màu trắng bạc. Nó dễ uốn, dễ uốn, và có khả năng đánh bóng cao. Trong không khí, kim loại bị xỉn màu và khi bị chia nhỏ sẽ vỡ thành ngọn lửa. Nó là một chất dẫn điện tương đối kém. Mặc dù được phát hiện (1789) bởi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth, người đã đặt tên cho nó sau khi hành tinh Uranus được phát hiện gần đây, nhưng chính kim loại này đã bị cô lập hóa học lần đầu tiên (1841) bởi nhà hóa học người Pháp Eugène-Melchior Péligot bằng cách khử urani tetrachloride (UCl 4) kali.
Công thức của hệ thống tuần hoàn của nhà hóa học người Nga Dmitry Mendeleyev vào năm 1869 đã tập trung chú ý vào uranium là nguyên tố hóa học nặng nhất, một vị trí mà nó nắm giữ cho đến khi phát hiện ra nguyên tố transuranium neptunium đầu tiên vào năm 1940. Năm 1896, nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel đã phát hiện ra uranium hiện tượng phóng xạ, thuật ngữ lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1898 bởi các nhà vật lý người Pháp Marie và Pierre Curie. Tài sản này sau đó đã được tìm thấy trong nhiều yếu tố khác. Ngày nay, người ta biết rằng uranium, chất phóng xạ trong tất cả các đồng vị của nó, bao gồm tự nhiên hỗn hợp của uranium-238 (99,27%, 4,510.000.000 năm), uranium-235 (0,72%, nửa đời 713.000.000 năm) và uranium-234 (0,006 phần trăm, thời gian bán hủy 247.000 năm). Thời gian bán hủy dài này có thể xác định tuổi của Trái đất bằng cách đo lượng chì, sản phẩm phân rã cuối cùng của uranium, trong một số loại đá có chứa uranium. Uranium-238 là cha mẹ và uranium-234, một trong những người con gái trong loạt phân rã uranium phóng xạ; uranium-235 là cha mẹ của loạt phân rã Actinium. Xem thêm yếu tố Actinoid.
Nguyên tố uranium trở thành chủ đề của nghiên cứu mạnh mẽ và được nhiều người quan tâm sau khi các nhà hóa học người Đức Otto Hahn và Fritz Strassmann phát hiện vào cuối năm 1938 hiện tượng phân hạch hạt nhân trong uranium bị bắn phá bởi neutron chậm. Nhà vật lý người Mỹ gốc Ý Enrico Fermi đã đề xuất (đầu năm 1939) rằng neutron có thể là một trong những sản phẩm phân hạch và do đó có thể tiếp tục phân hạch như một phản ứng dây chuyền. Nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary Leo Szilard, nhà vật lý người Mỹ Herbert L. Anderson, nhà hóa học người Pháp Frédéric Joliot-Curie, và đồng nghiệp của họ đã xác nhận (1939) dự đoán này; điều tra sau đó cho thấy, trung bình 2 1 / 2 neutron mỗi nguyên tử được giải phóng trong quá trình phân hạch. Những khám phá đó đã dẫn đến phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì đầu tiên (ngày 2 tháng 12 năm 1942), vụ thử bom nguyên tử đầu tiên (ngày 16 tháng 7 năm 1945), quả bom nguyên tử đầu tiên được thả trong chiến tranh (ngày 6 tháng 8 năm 1945), là nguyên tử đầu tiên chạy bằng năng lượng tàu ngầm (1955), và máy phát điện chạy bằng năng lượng hạt nhân quy mô đầy đủ đầu tiên (1957).
Sự phân hạch xảy ra với các neutron chậm trong đồng vị urani-235 tương đối hiếm (vật liệu phân hạch tự nhiên duy nhất), phải được tách ra khỏi uranium-238 đồng vị dồi dào cho các mục đích sử dụng khác nhau. Tuy nhiên, Uranium-238 sau khi hấp thụ neutron và trải qua quá trình phân rã beta âm tính, được chuyển thành nguyên tố tổng hợp plutoni, là phân hạch có neutron chậm. Do đó, uranium tự nhiên có thể được sử dụng trong các lò phản ứng chuyển đổi và tạo giống, trong đó phân hạch được duy trì bởi uranium-235 hiếm và plutonium được sản xuất cùng lúc bởi sự biến đổi của uranium-238. Uranium-233 Fissile có thể được tổng hợp để sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân từ đồng vị thorium-232 không đồng nhất, có nhiều trong tự nhiên. Uranium cũng quan trọng như là nguyên liệu chính mà từ đó các nguyên tố transuranium tổng hợp đã được điều chế bằng các phản ứng biến đổi.
Uranium, chất điện ly mạnh, phản ứng với nước; nó hòa tan trong axit nhưng không phải trong kiềm. Các trạng thái oxy hóa quan trọng là +4 (như trong oxit UO 2, tetrahalide như UCl 4 và ion nước màu xanh lá cây U 4 +) và +6 (như trong oxit UO 3, hexafluoride UF 6 và uranyl vàng ion UO 2 2+). Trong dung dịch nước, urani ổn định nhất là ion uranyl, có cấu trúc tuyến tính [O = U = O] 2+. Uranium cũng thể hiện trạng thái +3 và +5, nhưng các ion tương ứng không ổn định. Ion U 3+ màu đỏ bị oxy hóa chậm ngay cả trong nước không chứa oxy hòa tan. Màu của ion UO 2 + không rõ vì nó trải qua sự không cân xứng (UO 2 + bị khử đồng thời thành U 4 + và bị oxy hóa thành UO 2 2+) ngay cả trong các dung dịch rất loãng.
Các hợp chất Uranium đã được sử dụng làm chất tạo màu cho gốm sứ. Uranium hexafluoride (UF 6) là một chất rắn có áp suất hơi cao bất thường (115 torr = 0,15 atm = 15.300 Pa) ở 25 ° C (77 ° F). UF 6 rất phản ứng hóa học, nhưng, mặc dù có tính chất ăn mòn ở trạng thái hơi, UF 6 đã được sử dụng rộng rãi trong các phương pháp khuếch tán khí và ly tâm khí để tách uranium-235 khỏi uranium-238.
Các hợp chất organometallic là một nhóm hợp chất thú vị và quan trọng, trong đó có các liên kết carbon-kim loại liên kết một kim loại với các nhóm hữu cơ. Uranocene là một hợp chất organouranium U (C 8 H 8) 2, trong đó một nguyên tử urani được kẹp giữa hai lớp vòng hữu cơ liên quan đến cyclooctatetraene C 8 H 8. Phát hiện của nó vào năm 1968 đã mở ra một lĩnh vực mới của hóa học organometallic.
Thuộc tính nguyên tố
| số nguyên tử | 92 |
|---|---|
| trọng lượng nguyên tử | 238,03 |
| độ nóng chảy | 1.132.3 ° C (2.070.1 ° F) |
| điểm sôi | 3,818 ° C (6,904 ° F) |
| trọng lượng riêng | 19,05 |
| trạng thái oxy hóa | +3, +4, +5, +6 |
| cấu hình electron của trạng thái nguyên tử khí | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
