Ураниум - училиште за хемија
ураниум (именувана по планетата Уран) е хемиски елемент со елемент симбол U и атомски број 92. Во периодичниот систем е во групата на актиниди (7-ми период, f-блок). Ураниумот е метал чии изотопи се сите радиоактивни. Ураниум што природно се појавува во минерали се состои од околу 99,3% од изотопот 238 U и 0,7% од 235 U.
Ураниумот се здоби со посебно значење по откривањето на нуклеарната фисија во 1938 година: изотопот на ураниум 235 U може да се расцепка од термички неутрони; Покрај исклучително реткиот 239 Pu, тој е единствениот познат нуклид што се појавува природно и е способен за верижна реакција на нуклеарна фисија. Затоа се користи како примарен извор на енергија во нуклеарните централи и нуклеарното оружје.
приказна
Ураниумот беше изолиран од минералот пичбленд во 1789 година од германскиот професор по хемија и фармацевт Мартин Хајнрих Клапрот (1743–1817), кој тогаш живееше во Берлин. Името го добила по планетата Уран (а со тоа и по грчкиот бог Уранос), кој бил откриен осум години порано (1781) од Фридрих Вилхелм Хершел (1738–1822). На 24 септември 1789 година, Клапрот го објави откритието во говорот пред Пруската академија на науките. Прво беше неговото откритие Уранит повикана, 1790 година потоа во Ураниум преименуван. Клапрот го открил своето откритие додека ја анализирал рудата од рудникот „Георг Вагсфорт“ во Витигстал кај Јохангеоргенштат во Саксонија. Тој ја третирал рудата со киселина и силно ја загревал. Резултатот беше црн прав што тој го нарече ураниум.
Клапрот навистина идентификувал нов елемент, но она што го стекнал не бил самиот елемент ураниум, туку оксид. Дури педесет години подоцна, во 1841 година, Французинот Ежен Пелигот успеа да извлече чист метал од ураниум. Во првата половина на 19 век, ураниум беше ископан заедно со други минерали во Свети Јоакимстал и во некои рудници во Корнвол (Англија).
Соединенијата на ураниум се користеле во текот на целиот 19 век за да се обојат стакло и керамика за да се дадат вазни и украсни предмети, но исто така и предмети од секојдневието, како чинии, чаши, итн. Жолто-зелена боја (ана зелена). Производителите на стакло од Јоакимстал (Бохемија) ја користеа оваа техника уште во 1826 година. Употребата на ураниум за боење на стакло се продолжи до средината на 20 век, само тогаш беше заменет со други, помалку сомнителни минерали за боење. Керамички глазури кои се движат од портокалова до светло црвена се користат за сè, од садови до архитектонски додатоци.
На фотографијата, сè до 20 век, уранил нитрат се користел за нијансирање слајдови, платина и сребро од бромид, во кафеава и црвена боја. [7]
Здравствените ризици од користење или собирање стакло и керамика од ураниум со глазура од ураниум сè уште се спорни меѓу собирачите и научниците.
Антоан Анри Бекерел за првпат утврди дека ураниумот е радиоактивен во 1896 година.
Ураниум долго време се сметаше за елемент со најголем атомски број што се јавува природно. Во 1971 година, сепак, беа откриени најситните траги од изотопот на плутониум 244 Pu, така што плутониумот го замени ураниумот како последен познат природен елемент. [8-ми]
Појава
Ураниумот не се јавува природно во природата, но секогаш во минерали кои содржат кислород. Важните минерали на ураниум вклучуваат браннерит и уранинит (оксиди), торбернит, хејнрихит и карнотит (фосфати, арсенати и ванадати) како и кофинит и уранофан (силикати). Вкупно има околу 230 минерали на ураниум, што исто така може да биде од локално економско значење. Во седиментни наслаги, исто така, може да се формираат псевдоморфози на минерали од ураниум (претежно уранинит во форма на пичбленд) по фосилно дрво или бактерии. [9]
Двата одлучувачки фактори за дистрибуција на радиоактивниот елемент ураниум на земјата се, од една страна, литофилниот карактер на елементот и неговата различна подвижност во водни раствори под оксидирачки и редукциони услови. Литофилниот карактер обезбедува ураниум да се акумулира во топи богати со силикати. Затоа, фелсичките магматити, како што се гранитот како плутонит или риолитот како вулканит, обично содржат најголеми концентрации на овој елемент. Континенталната кора е област на земјата со највисоки нивоа на ураниум во просек од 2,5 ppm, додека океанската кора и мантија имаат поредени пониски нивоа на ураниум. Во магливите карпи, ураниумот обично се инкорпорира во дополнителни минерали како циркон или моназит, со што може многу добро да се датира староста на карпите.
Различната растворливост на ураниум под оксидирачки или редукциони услови во растворите е втор одлучувачки фактор за дистрибуција на елементот и игра голема улога во формирањето на наслаги на ураниум. Во услови на оксидирање (UO2 2+) ураниумот е релативно подвижен во водени раствори, додека во услови на редукција (U 4+) тој е малку растворлив. Затоа, редоксните ограничувања често се фактори што контролираат депозити за елементот.
Врз основа на горенаведените фактори и неколку други, постои широк спектар на наслаги на ураниум од магливи хидротермални до седиментни типови. МААЕ прави разлика помеѓу важните индивидуални типови.
Највисоката содржина на ураниум се постигнува во депозити врзани за неусогласеност со просечна содржина на ураниум од 0,3 до 20%. [10] Овие се моментално двата најголеми производители на ураниум. Најголемиот единствен ресурс на ураниум на земјата е Олимписка брана со докажана содржина на ураниум од над 2 милиони тони со просечна содржина на ураниум од околу 0,03%. [11] Првиот рудник за ураниум во индустриски размери во Јачимов (Република Чешка) произведен од хидротермални вени. [12]
Природните реактори на Окло во Габон, како и соседното наоѓалиште на ураниум претставуваат посебна карактеристика: Познато е дека таму се случиле верижни реакции пред околу 1,5 до 2 милијарди години во текот на илјадници години во природна средина, при што исто така биле формирани изотопи на плутониум.
Ураниумот се јавува како микроелемент во нормална почва. Американецот Агенција за регистрирање на токсични материи и болести (ATSDR) проценува дека горните 33 см на почвата во површина од една квадратна милја земја содржи во просек околу 4 тони ураниум, односно околу 1,5 тони на километар квадратен.
Ураниумот врзан во комплекси е исто така сеприсутен елемент во хидросферата. Концентрацијата на ураниум во морската вода е приближно 3,3 μg/l во споредба со понекогаш значително помалите концентрации во реките (0,03 μg/l во Амазон до 3,9 µg/l во Ганг. Ова покажува дека ураниум се акумулира во морска вода Германските реки обично имаат концентрација на ураниум помеѓу околу 1 и 3 μg/l. Изворот на ураниум лежи во геогената структура на областите исцедени од реките, на пр., Површинските води од мочуриштата можат да содржат повисоки концентрации на ураниум и само во исклучителни случаи, содржината на ураниум во реките може да се припише на влијанието на човекот, на пример, употреба на фосфатни ѓубрива што содржат ураниум и експлоатација на ураниум (Цвикауер Мулде: приближно 10 μg/l). Ураниум се наоѓа во Германија во непроменети подземни води во концентрации помали од Од 1 до над 100 µg/l. Редовното консумирање вода за пиење со зголемена содржина на ураниум може да доведе до појава на карцином на бубрег. Од оваа причина, Велтгесундхе препорачува неговиот орган (СЗО) постави гранична вредност од 15 μg/l за вода за пиење. [13]
Според Меѓународната агенција за атомска енергија (IAEA), најголеми резерви на ураниум руда има во САД, Нигер, Австралија, Казахстан, Намибија, Јужна Африка, Канада, Бразил, Русија, Украина и Узбекистан.
Траги на ураниум има и во тврд јаглен и во лигнит. Јагленот што се користи на годишно ниво за производство на електрична енергија ширум светот содржи околу 10 000 тони ураниум и 25 000 тони ториум, кои или завршуваат во околината или се акумулираат во пепел на централата и филтрираат прашина. Имаше неколку обиди да се извлече ураниум од пепелта на електраната. [14]
Демонтирање
Во Германија, ураниумот најпрво стана конвенционален во Саксонска Швајцарија (Конигштајн), а подоцна преку измивање, во Дрезден (Кошуц/Гитерси, особено во Гитерси) и во Планините Оре (Шлема, Шнајберг, Јохангеоргенштат, Пахла) и во Источна Тирингија (Роннебург) претежно под земја миниран од бизмутот на СДАГ. Мали количини беа извлечени и во Црната шума и планините Фихтел. Во тоа време, ГДР беше третиот најголем производител на ураниум во светот. Поголемиот дел од рударските области беа затворени по 1990 година, бидејќи тие беа неекономични, а побарувачката за ураниум исто така се намали. Вториот се случи поради променетата политичка светска ситуација (помало значење на стратешкото нуклеарно оружје) и ниската цена на светскиот пазар.
Светското производство на ураниум во 2006 година беше 39.603 тони. Главни земји произведувачи се Австралија, Канада, Русија, Нигер, Намибија, Казахстан, Узбекистан, Јужна Африка и САД. Потрошувачката ширум светот била 66.500 тони во 2006 година и според Меѓународната агенција за атомска енергија (МААЕ) е 93.775 до 121.955 тони во 2030 година поради изградбата на нови нуклеарни централи. Рударството опфаќа околу 60% од сегашната побарувачка, остатокот е покриен со залихи, преработка и разоружано нуклеарно оружје. [15] Проценките на МААЕ, Гринпис и нуклеарната индустрија за опсегот на наоѓалишта на ураниум се засноваат на различни информации за глобалните ресурси и идната потрошувачка. Тие се помеѓу 20 и 200 години. [16]
Рударството на ураниум доведува до оштетување на луѓето и животната средина, бидејќи ураниумот и радиоактивните секундарни производи (на пр. Радиоактивниот радон благороден гас) се ослободуваат и излегуваат на површината од под земја. [17]
презентација
Обработка на руда од ураниум
Руди на ураниум, на пр. Уранинит (пичбленд, U3O8) или карнотит (KUO2VO4 1,5 H2O) се вари кисела со сулфурна киселина или алкална со сода
Растворите формирани по киселото варење се третираат со амонијак, при што жолтата торта се таложи. Ова главно содржи амониум диуранат ((NH4) 2U2O7) и други полиуранати, уранил хидроксиди и сулфати. Растворот на алкалното варење се меша со NaOH, така што талог на натриум диуранат (Na2U2O7). За да се отстрани натриумот, тој потоа се раствора во H2SO4 и потоа се таложи како (NH4) 2U2O7 со воден NH3.
„Yellowолтата торта“ се раствора во азотна киселина (HNO3), при што нерастворливи делови таложат и се отстрануваат со филтрација или центрифугирање. Потоа, од растворот може да се кристализира суров уранил нитрат (UO2 (NO3) 2). Раствор на уранил нитрат потоа се екстрахира со трибутил фосфат (ТБП) (процес PUREX), по испарување и миење се добива чист уранил нитрат.
Внимателната пиролиза доведува до разни модификации на оксид на ураниум (VI) (UO3), во зависност од температурата и притисокот на кислородот. [18] [19] [20] За да се намали тежината за време на транспортот, „жолтата торта“ се распаѓа термички, што резултира со црна U3O8.