К какой группе металлов относится уран

Обновлено: 04.07.2024

УРАН — радиоактивный хим. элемент, порядковый номер 92, ат. в. 238,07. По хим. свойствам может быть отнесен как к VI гр. периодической системы, так и к актиноидам, принадлежащим к III гр. В хим. соединениях проявляет валентности 3, 4, 5 и 6. Наиболее устойчивым является

шестивалентное состояние — соединения урана (). У. — серебристый блестящий металл, сравнительно мягкий, легко поддающийся обработке. Уд. в. 19,05, t плавл = 1133°С, t кип = 3500 °С. Природный У. состоит из 3 естественных радиоактивных изотопов со следующими периодами полураспада: U 234 — 2,5·10 5 лет; U 235 — 7,1·l0 8 лет; U 238 — 4,5·10 9 лет. В связи с этим содер. изотопов У. в природе изменяется со временем и в настоящее время оно составляет 0,0057%, 0,7204% и 99,2739% соответственно. Стабильных изотопов У. не имеет. U 238 и U 235 являются родоначальниками 2 радиоактивных семейств (уранового и актиноуранового), конечными продуктами распада которых являются гелий и стабильные изотопы Рb 206 и Рb 207 . Накопление этих изотопов в течение геол. времени в м-лах, содер. У., лежит в основе методов определения абсолютного возраста гелиевого и свинцового. U 234 входит в урановое семейство и находится с U 238 в состоянии радиоактивного равновесия, которое, однако, может нарушаться в природных условиях. Природные изотопы У. претерпевают также спонтанное деление, в результате которого образуются осколки со средними массами (напр., ксенона). В природе известно более 150 урановых и урансодер. м-лов, в большинстве которых содер. У. невелико. Значительная часть У. находится в рассеянном состоянии. У. входит в природные образования в четырехвалентной или шестивалентной форме. Урановые и урансодер. м-лы можно разделить на 4 гр.: 1) м-лы в основном с U 4+ , связанные с пегматитовыми, пневматолитовыми и гидротерм. образованиями; 2) м-лы с U 4+ и U 6+ , встречающиеся в основном в первичных (неокисленных) рудах гидротерм. и метаморфогенных м-ний, редко в пегматитах и пневматолитах, в небольших количествах в осад. м-ниях (являются главным источником У.); 3) м-лы с U 6+ , развивающиеся в зоне окисления урановых м-ний разл. типов (имеют практическое значение как источники У.); 4) минер. и орг. компоненты осад. п. (глинистые м-лы, фосфориты, угли и др.), содер. примеси У., с неустановленной валентностью (являются сырьем для получения У.). Среди собственно урановых м-лов различают силикапл, окислы, гидроокислы, фосфаты, молибдаты, уранаты, уранил-силикаты, уранил-карбонаты, уранил-сульфаты, уранил-сульфат-карбонаты, уранил-арсенаты, уранил-фосфаты, уранил-ванадаты; среди урансодер. м-лов — сложные окислы Ti, TR и Th, сложные окислы Ti, Nb, Та и TR, силикаты Zr, силикаты TR, фосфаты TR, урансодер. глинистые м-лы, фосфориты и орг. вещество. Источниками промышленного получения У. являются гл. обр. уранинит, настуран, урановые черни; некоторое количество У. получается за счет переработки браннерита. давидита, виикита, гуммита, тюямунита, тухолита, асфальтита и др. Геохим. поведение шести- и четырехвалентного У. резко различно: четырехвалентный имеет большое, сходство с Th, благодаря близости их радиусов, шестивалентный обычно находится в форме уранила () и легко образует растворимые комплексы. С. Л. Миркина.

Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

(назв. в честь открытой незадолго до него планеты Уран; лат. uranium * a. uranium; н. Uran; ф. uranium; и. uranio ), U, - радиоактивный хим. элемент III группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 92, ат. м. 238,0289, относится к актиноидам. Природный У. состоит из смеси трёх изотопов: 238 U (99,282%, T1/2 4,468·* 10 9 лет), 235 U (0,712%, T1/2 0,704·* 10 9 лет), 234 U (0,006%, T1/2 0,244·* 10 6 лет). Известно также 11 искусств. радиоактивных изотопов У. c массовыми числами от 227 до 240. 238 U и 235 U - родоначальники двух естеств. рядов распада, в результате к-рого они превращаются в стабильные изотопы 206 Pb и 207 Pb соответственно.
У. открыт в 1789 в виде UO₂ нем. химиком M. Г. Kлапротом. Mеталлич. У. получен в 1841 франц. химиком Э. Пелиго. Длительное время У. имел очень огранич. применение и только c открытием в 1896 радиоактивности началось его изучение и использование.
B свободном состоянии У. представляет собой металл светло-серого цвета; ниже 667,7°C для него характерна ромбич. (a=0,28538 нм, b=0,58662 нм, c=0,49557 нм) кристаллич. решётка (α-модификация), в интервале темп-p 667,7-774°C - тетрагональная (a=1,0759 нм, c=0,5656 нм; β-модификация), при более высокой темп-pe - объёмноцентрир. кубич. решётка (a=0,3538 нм, γ-модификация). Плотность 18700 кг/м 3 , tпл 1135°C, tкип ок. 3818°C, молярная теплоёмкость 27,66 Дж/(моль·K), уд. электрич. сопротивление 29,0·* 10 -4 (Oм·м), теплопроводность 22,5 Bт/(м·K), температурный коэфф. линейного расширения 10,7·* 10 -6 K -1 . Tемп-pa перехода У. в сверхпроводящее состояние 0,68 K; слабый парамагнетик, уд. магнитная восприимчивость 1,72·* 10 -6 . Ядра 235 U и 233 U делятся спонтанно, a также при захвате медленных и быстрых нейтронов, 238 U делится только при захвате быстрых (более 1 MэB) нейтронов. При захвате медленных нейтронов 238 U превращается в 239 Pu. Kритич. масса У. (93,5% 235 U) в водных растворах менее 1 кг, для открытого шара ок. 50 кг; для 233 U критич. Macca составляет примерно 1/3 от критич. массы 235 U.
Для У. характерны степени окисления +3, +4, +5 и +6, иногда +2; наиболее устойчивы соединения четырёх- и шестивалентного У. Ha воздухе медленно окисляется, в порошкообразном состоянии пирофорен и горит ярким пламенем. C кислородом образует диоксид UO₂, триоксид UO₃ и большое число промежуточных соединений, из к-рых наиболее важное значение имеет U₃O₈. У. реагирует c водой, легко растворяется в соляной и азотной к-тах, медленно - в серной, ортофосфорной и фтористоводородной к-тах. Co щелочами не взаимодействует, при нагревании реагирует c галогенами, азотом, фосфором, образуя такие важные для технологии его произ-ва соединения, как тетрафторид (UF₄ - зелёные игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде и кислотах), гексафторид (UF₆ - бесцветные кристаллич. вещество, возгоняющееся при 56,4°C) и моносульфид (US, ядерное горючее). C металлами образует сплавы разных типов. Для 6-валентного У. характерно образование ионов уранила UO₂ 2+ , чрезвычайно способного к комплексообразованию в водных растворах как c неорганич., так и c органич. веществами; наиболее важны для технологии карбонатные, сульфатные, фторидные, фосфатные и др. комплексы. У. и его соединения токсичны.
Cp. содержание У. в земной коре 2,5·* 10 -4 % (по массе), при этом кислые (3,5·* 10 -4 %) и осадочные (3,2·* 10 -4 %) г. п. содержат значительно больше У., чем средние (1,8·* 10 -4 %), основные (5,0·* 10 -5 %) и ультра-основные (3·* 10 -7 %) г. п. У. энергично мигрирует в холодных и горячих, в нейтральных и щелочных водах в форме простых и гл. обр. комплексных ионов. Bажную роль в геохимии У. играют окислительно-восстановит. реакции, поскольку в окислит. среде растворимость У. значительно выше, чем в восстановительной, в связи c чем восстановит. среда способствует осаждению У. из растворов c образованием пром. скоплений. Известно ок. 100 минералов, содержащих У., из к-рых наиболее важное значение имеют уранинит (U, Th)O₂, настуран UO₂, урановые черни (смесь оксидов У. c переменным соотношением четырёх- и шестивалентного У.), урановые слюдки (карнотит K(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O, тюямунит Ca(UO₂)₂(VO₄)₂·nH₂O, отенит Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·10H₂O, торбернит Cu(UO₂)₂(PO₄)₂·nH₂O). Bажное значение имеют также титанаты У. (браннерит (U, Ca, Ce) (Ti, Fe)₂O₆), силикаты (коффинит U(SiO₄)_1-x(OH)_4x), танталониобаты, фосфаты, ванадаты и др. природные урансодержащие минералы.
Cпособность ядер У. к самопроизвольному распаду c образованием в конечном, счёте стабильных изотопов свинца 206 Pb (из 238 U) и 207 Pb (из 235 U) широко используется в геохимии для определения возраста пород и минералов. Для определения возраста минералов, содержащих У., применяют также методы, основанные на самопроизвольном делении 238 U c образованием изотопов ксенона и криптона или на образовании следов (треков) осколков деления в минералах. Kроме того, возраст г. п. и минералов можно также измерять, определяя соотношения между начальными и промежуточными членами рядов распада - каждый из этих методов имеет свои области применения в зависимости гл. обр. от констант распада соответств. нуклидов.
У. получают из руд гидрометаллургич. методами: путём выщелачивания растворами серной (реже азотной) к-ты или содовыми растворами. Применяют методы подземного выщелачивания. Aктивно разрабатываются также методы извлечения У. из морской воды.
Oсн. потребитель У.- ядерная энергетика (ядерные реакторы, ядерные силовые установки). Kроме того, У. применяется для произ-ва ядерного оружия. Bce остальные области использования У. имеют резко подчинённое значение.

Литература : Aналитическая химия урана, M., 1962; Oсновные черты геохимии урана, M., 1963; Cмыслов A. A., Уран и торий в земной коре, Л., 1974.

C. Ф. Kарпенко.

Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .

УРАН — металл для мира и войны

Уран — металл активный, в природе образует много ярко окрашенных соединений. Эти соединения с давних лет использовали для производства глазурей и эмалей. Ими покрывали керамику.

До 1944 года посуду линии Fiesta Dinnerware покрывали яркой оранжевой глазурью. В ее состав входили соединения металла.

Посуда красивая, но бомбы важнее

До Второй Мировой войны урансодержащие глазури применяли многие производители керамики. Но история сделала поворот, и в 1943 году правительство США конфисковало все запасы металла. Он понадобился для стратегических целей — изготовления ядерного оружия.

Свойства Урана

Уран (Uranium), 92-й элемент таблицы Менделеева, относится к металлам (семейство актиноидов).

структура решетки орторомбическая;
имеет 3 кристаллические модификации;
металл тяжелый, с высокой плотностью;
слабый парамагнетик;
металл радиоактивный.

Природный уран состоит из трех изотопов: 234U, 235U, 238U.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (жирным выделены природные изотопы):

Массовое число	Период полураспада	Основной тип распада
233	1,59⋅105 лет	α
234	2,45⋅105 лет	α
235	7,13⋅108 лет	α
236	2,39⋅107 лет	α
237	6,75 сут.	β−
238	4,47⋅109 лет	α
239	23,54 минуты	β−
240	14 часов	β−

Стабильных изотопов нет.

Степень окисления	Оксид	Гидроксид	Характер	Форма	Примечание
+3	Не существует	Не существует	—	U3+, UH3	Сильный восстановитель
+4	UO2	Не существует	Основный	UO2, галогениды
+5	Не существует	Не существует	—	Галогениды	В воде диспропорционирует
+6	UO3	UO2(OH)2	Амфотерный	UO22+ (уранил) UO42- (уранат) U2O72- (диуранат)	Устойчив на воздухе и в воде

Степени окисления от +3 до +6;
Реагирует со многими неметаллами.
С кислородом образует оксиды.
Растворяется в кислотах: быстро — в HCl, HNO3, медленно в H2SO4, H3PO4, HF (формулы кислот).
Не реагирует со щелочами.

Познавательно: радиоактивность металла изучали супруги Кюри-Склодовские более 100 лет назад. Их рабочие журналы до сих пор «фонят» так, что хранятся в свинцовых коробках.

Ученые говорят, что открыть их можно будет только через 1600 лет.

Свойства атома
Название, символ, номер	Уран / Uranium (U), 92
Атомная масса (молярная масса)	238,02891(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f3 6d1 7s2
Радиус атома	138 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	142 пм
Радиус иона	(+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность	1,38 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	U←U4+ -1,38В U←U3+ -1,66В U←U2+ -0,1В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	19,05 г/см³
Температура плавления	1405,5 K
Температура кипения	4018 K
Уд. теплота плавления	12,6 кДж/моль
Уд. теплота испарения	417 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,67[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	12,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a = 2,854 Å; b = 5,870 Å; c = 4,955 Å[3]
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 27,5 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-61-1

Минералы, руды, добыча

В природе есть несколько урановых минералов:

уранинит;
настуран;
карнотит;
тюямунит.

Минералы можно отличить формами нахождения: в докембрийских, палеозойских, осадочных породах.

Основными месторождениями владеют Казахстан, Россия, Канада, Австралия.

Добыча руды происходит тремя способами:

Открытое. При залегании рудного тела близко к поверхности.
Подземное. Руда глубоко под землей, пробиваются шахты, руду поднимают вверх на лифтах.
Подземное выщелачивание. Бурят скважины, закачивают в них серную кислоту. Полученный раствор выкачивают и концентрируют.

Уран входит в состав ториевых и редкоземельных минералов.

Получение

Основной задачей является производство продукта для ядерных реакторов. Это могут быть чистый металл, UO2, UF4.

Способ получения чистого урана:

Концентрирование.
Выщелачивание концентрата (перевод металла в раствор).
Выделение урана методом экстракции или ионообменными смолами.
Перевод продукта в оксид или тетрафторид.
При надобности соединения переводят в UO2, UF4.
Восстанавливают металлический уран.

Сплавы, соединения

В урановых сплавах применяют в качестве лигатуры:

Основными соединениями урана считают сплавы U-Al, U-Mg и U-Мо.

К сведению: оружейный уран легко превратить в топливный — просто «разбавить» обедненным (естественным).

Плюсы и минусы

Достоинств у урана много — он и на войне солдат, и в мирной жизни поможет, и вылечит.

Недостатком можно считать изменение механических свойств ТВЭЛов при работе в реакторе. Поэтому здесь применяется не чистый металл, а его сплавы с цирконием, алюминием, молибденом.

Применение

Изотоп 235U имеет широкое применение — от атомных электростанций до ядерного оружия.

В Америке из обедненного урана делают танковую броню и сердечники бронебойных снарядов.
Урановые катализаторы имеют большое будущее в энергетике.
Тяжелый металл используют в качестве балласта для кораблей и противовесов в самолетах.
В геохронологии, как метод радиоизотопного датирования.
В изготовлении ТВЭЛов — стержней с ядерными «таблетками» для реакторов атомных станций.
При работе ядерных реакторов синтезируется плутоний-239; его используют в ядерном оружии и ядерной энергетике.

Стоимость

Цена 1 фунта урана (453.59 грамма) на 23.09.2020 составляла $ 29.96.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа

Цветные металлы отличаются от черных. Цветных металлов много, а к черным относятся только железо, его сплавы. Часто к черным металлам относят ванадий, марганец, хром.

В Европе цветные металлы называют нежелезными, происхождение этих названий точнее отражает суть и свойства наших героев.

Англичане называют их non-ferrous metals.
Для немцев их название — Nichteisenmetalle, Buntmetalle.
Французы обозначили цветные металлы как меtaux non-ferreux.

Разделяем металлы по свойствам и группам

Условно цветные металлы различают на 2 большие группы — тяжелые и легкие.

Более подробная классификация проводится по свойствам (физико-химическим). Есть разделение на 5 и 7 групп.

Виды цветных металлов:

Легкие цветные металлы.
Тяжелые металлы. .
Редкие и малые.
Рассеянные.
Радиоактивные.
Тугоплавкие.

Свойства цветных металлов разнообразны. Это устойчивость к коррозии, высокие электро-и теплопроводность, устойчивость во многих агрессивных средах.

Где применяются

Представьте мир без цветных металлов. Выбросите телефон и компьютер, вместе с ними ключи от машины. Отключите свет — ведь ток течет по проводам из цветмета. Газовую и электрическую плиту тоже придется выбросить, а готовить на костре или построить печку. Поэтому к этим разным и таким нужным человечеству металлам давайте относиться уважительно.

Невозможно представить современный мир без использования цветных металлов.

Некоторые из них добываются миллионами тонн в год, другие по несколько тонн в год. Но все они абсолютно необходимы современной промышленности и нам, потребителям.

Электротехника, легировка сталей, сенсоры, диоды, термопары, инфракрасная оптика, военно-промышленный комплекс.

Знакомство с нежелезными металлами

Список цветных металлов обширен. Руд цветных металлов в разы больше.

Важными рудами на медь являются халькозин, борнит, халькопирит. Встречается и самородная медь, но редко. Про медь читайте здесь.

Добычу медных руд производят:

Познавательно: крупнейшее месторождение в мире находится в знойной пустыне Атакама, его пока не разрабатывают.

Алюминий

Главное сырье на алюминий — бокситы. Руды бокситов — диаспор (его ювелирная разновидность султанит подробно описана здесь), гетит, бемит, каолинит. Подробнее про этот металл читайте на этой странице.

Российские месторождения бокситов находятся в областях:

Архангельской;
Белгородской;
Свердловской;
Челябинской.

Богатые запасы бокситов расположены в Корее, Венгрии, Югославии, Китае.

Значительные запасы бокситовых руд в Австралии, Бразилии, США, Франции.

Свинец

Главная руда на свинец — галенит, кроме него церуссит и англезит.

Галенит образует полиметаллические руды со сфалеритом и халькопиритом.

48 стран мира могут добывать на своей территории свинец.

Основная цинковая руда — сфалерит. Это сульфид цинка, и в природе его естественными спутниками являются галенит и халькопирит.

Главные мировые запасы цинка находятся в Канаде, немногим отстают Китай, Австралия, США.

В России цинк добывают на Каменном Поясе. Есть месторождения в Сибири и Приморье.

Магний

Этого цветного металла в земной коре около 2%.

Руд, содержащих магний, около 60, но для промышленной добычи используют:

доломит;
магнезит;
брусит;
карналлит;
морская вода.

Каждая страна обладает запасами магния. Магнезит находят в США, Испании, Австралии, Канаде, Югославии, Греции. Карналлит используют в странах СНГ.

Огромные запасы магния находятся в воде залива Кара-Богаз-Гол.

Никель

Никелевые руды могут быть сульфидные и силикатные. Подробнее о металле читайте здесь.

халькопирит;
пирротин;
магнетит;
пентландит.

Силикатные никелевые руды:

гарниерит;
гетит;
ревдинскит;
контронит;
асболан.

Кобальт

В природе немного кобальтсодержащих руд, особенно пригодных для промышленного использования. Среди них кобальтин, скуттерудит, линнеит, шмальтин, эритрин.

По минеральному и химическому составу кобальтовые руды делятся на сульфидные, арсенидные, оксидные. В основном все руды комплексные, собственно кобальтовые встречаются только среди мышьяковых (арсенидных) руд.

За рубежом кобальтосодержащие месторождения находятся в Канаде, Финляндии, Австралии, Африке.

В России — на Урале, в Красноярском крае, на Кольском полуострове.

Основные добытчики кобальта — Заир и Замбия.

Олово

Главные минералы для добычи олова — касситерит и станнин. Половина добычи олова приходится на месторождения Юго-Восточной Азии. Подробнее про олово написано здесь.

Немного отстает Китай, за ним идут Индонезия, Малайзия, Бразилия, Россия.

Молибден

Основной рудный минерал на молибден — молибденит. В природе «дружит» с сульфидами меди и касситеритом.

В добыче металла первенствуют США, следом идут Чили и Китай, на третьем месте — Канада.

В России тоже есть молибденовые руды, в Забайкалье, на Северном Кавказе, на юге Западной Сибири.

Вольфрам

Основные руды на вольфрам — вольфрамит и шеелит.

Китаю повезло, у него более 40% мировых запасов вольфрамита. Россия отстала не сильно, у нас шеелит есть на Кавказе, в Забайкалье, на Чукотке.

Есть месторождения в Германии, Канаде, Турции, США.

Висмут

Существует самородный висмут. В Боливии и Австралии его добывают вместе с висмутином. Подробнее о нём читайте здесь.

Боливия единственная страна, где металл добывают прямо из висмутовой руды. В основном висмут извлекают из полиметаллических руд.

Мировые лидеры по запасам:

Перу;
Мексика;
Китай;
Австралия;
Канада.

Месторождения висмутовых руд редки и невелики по масштабам.

Сурьма

Главный источник сурьмы — антимонит. Кроме него, рудой на сурьму могут служить бертьерит, джемсонит, ливингстонит, стибиконит.

Австралия, Россия и Китай обладают залежами антимонита, остальные страны могут только облизываться на такое богатство. Среди завидующих США, КНР, ЮАР. У них есть полиметаллические месторождения.

Ртуть

Киноварь — единственный минерал для качественной добычи ртути.

Основные производители жидкого металла:

Россия обладает небольшими запасами киновари на Чукотке, Алтае, Камчатке.

У Америки с этим и того хуже — маленький рудничок в Неваде.

А вот на юге Испании известно ртуть добывают почти две тысячи лет.

Вторичное сырье

Уже понятно, что добыча цветмета не всегда обеспечивает потребности промышленности. Приходится изворачиваться. То есть организовывать пункты приема вторсырья, собирать металлолом для сдачи в этих пунктах. Кстати, за лом цветных металлов платят довольно неплохо.

Стоимость металлических отходов формируется, исходя из нескольких компонентов:

Металл (тип, редкость).
Габариты.
Размер партии.
Чистота металла, его качество.

Охотникам за металлоломом

Большим спросом у приемщиков пользуются медь, алюминий, свинец, титан.

Медь содержат сплавы меди (латунь).
Олово гораздо дороже меди, особенно в чистом виде, но и в виде посуды, баббита (в подшипниках, например).
Никель металл дорогостоящий, но в чистом виде попадается редко. В мельхиоровой посуде, отработанных электродах, ТЭНах бытовых приборов.
Свинец сдают «в виде» аккумуляторов, типографского оборудования, оплетки кабелей.
Алюминий стоит недорого.
Чистый цинк найти проблематично, сдают его в виде сплавов.
Самые дорогие металлы — молибден и вольфрам.

Плюсы и минусы переработки вторсырья

Перерабатывать металлолом выгодно, это понижает себестоимость продукции.

Цветмет приходится сортировать — это самый нудный и трудоемкий этап работы.

Рассортированное сырье измельчают. Для этого применяют газовые резки, шредеры, а потом прессуют для уменьшения объемов и удобства транспортировки.

Далее подготовленное сырье отправляют на металлургические комбинаты, или продают (чаще всего на экспорт).

Уран – полезные свойства, особенности и угроза металла

Первое, что приходит на ум при упоминании этого химического элемента, – ядерная бомба и атомные станции. Уран используют ученые, энергетики, стеклодувы.

Что представляет собой

Уран – это химический элемент, занимающий ячейку 92 в периодической системе Д.Менделеева.

Относится к металлам семейства актиноидов (сюда же причислен плутоний). Радиоактивен, блестит подобно глянцевой стали.

По составу это смесь из трех изотопов: 234, 235, 238. Доля последнего – 99,3%. Он же (вместе с U 234) создает радиоактивность.

Схема деления 235U

Массовое число	Период полураспада	Основной тип распада
233	1,59⋅105 лет	α
234	2,45⋅105 лет	α
235	7,13⋅108 лет	α
236	2,39⋅107 лет	α
237	6,75 сут.	β−
238	4,47⋅109 лет	α
239	23,54 минуты	β−
240	14 часов	β−

Создано 11 искусственных изотопов.

Международное обозначение – U (Uranium).

История открытия

Человек начал использовать вещество еще до новой эры. Первой продукцией стала глазурь для керамики: разновалентные соединения урана создавали желтый, бурый, зеленый, черный цвет.

18 век

Систематическое изучение характеристик элемента началось в 18 веке:

Немецкий естествоиспытатель Генрих Клапрот исследовал золотисто-желтый концентрат, извлеченный из местной смоляной руды. Полученное вещество окрестил ураном – в честь обнаруженной незадолго до этого новой планеты Солнечной системы.
Через полвека француз Эжен Пелиго установил, что это не моновещество, а окисел. Он получил чистый металл и «взвесил» его.
В1874 году Дмитрий Менделеев отвел новому элементу последнюю ячейку таблицы, «вычислив» атомный вес – 240 (вдвое больше принятого тогда).

Предвидение Менделеева подтвердил экспериментально немец Циммерман.

19-20 века

История изучения вещества на новом уровне продолжилась на границе 19-20 веков:

Французский химик Анри Беккерель открыл лучи (позже названные его именем).
Мария Кюри назвала этот феномен радиоактивностью.
Анри Муассан (творец ювелирных муассанитов) создал пошаговую инструкцию по получению урана в форме металла.
Великий Эрнест Резерфорд выявил виды излучения урановых фрагментов – альфа- и бета-лучи. Поль Вийар пополнил список гамма-лучами.
Французско-немецкая команда – Фредерик Лиза Мейтнер, Жолио-Кюри, Отто Фриш – открыла феномен и формулу ядерной реакции.

Резерфорд первым начал экспериментировать с урановым материалом, пытаясь установить возраст горных пород.

Прорыв сотворили советские физики-теоретики Юлий Харитон и Яков Зельдович. Они доказали: незначительное обогащение урана изотопом 235 делает возможным процесс ядерного синтеза.

Нахождение в природе

Уран не относится к редким элементам.

Тонна земной коры содержит 3 грамма урана.

Локации нахождения вещества в природе:

Собственные образования вещества: урановые руды (настуран, или урановая смолка; уранинит, карнотит).

Минерал	Основной состав минерала	Содержание урана, %
Уранинит	UO2, UO3 + ThO2, CeO2	65-74
Карнотит	K2(UO2)2(VO4)2·2H2O	~50
Казолит	PbO2·UO3·SiO2·H2O	~40
Самарскит	(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6	3,15-14
Браннерит	(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15	40
Тюямунит	CaO·2UO3·V2O5·nH2O	50-60
Цейнерит	Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O	50-53
Отенит	Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Шрекингерит	Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O	25
Уранофан	CaO·UO2·2SiO2·6H2O	~57
Фергюсонит	(Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4	0,2-8
Торбернит	Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Коффинит	U(SiO4)(OH)4	~50

В месторождениях урану сопутствуют кварц, молибденит, галенит, кальцит, другие минералы.

Месторождения

В литосфере вещество представлено массивами четырех видов.

Они рассредоточены по планете:

Уранинитовые жилы. Богатый, но редкий вид. Ценность вещества повышается наличием радия. Канада, Заир, Чехия,Франция.
Фосфатные руды, железоурановые сланцы. Швеция, Марокко, США, ЦАР, Ангола.
Осадочные породы, богатые карнотитом (с ванадием в составе). США.
Залежи ториево-урановой руды плюс золото,серебро, другие ценные компоненты минералов. Россия, Канада, Австралия, ЮАР.

В России главный поставщик сырья – Читинская область (93%).

Остальное дают рудники Курганской области и Бурятии.

Физико-химические характеристики

Чистый уран чуть мягче стали, пластичный, ковкий. Слабый парамагнетик. Структура кристаллической решетки вещества меняется при разных температурах.

Даже в обычных условиях металл химически активен:

Быстро окисляясь, покрывается переливчатой оксидной пленкой.
Измельченный до порошка спонтанно воспламеняется при 151°C.
Разъедается водой: чем выше температура и мельче фракции, тем быстрее.
Растворяется кислотами, устойчив к щелочам.
Соли вещества распадаются на ярком свету либо под воздействием органики.

Энергичное встряхивание сосуда с урановой стружкой заставляет ее светиться. По этому признаку элемент легко отличить от других.

Химические свойства вещества также определяются валентностью.

Свойства атома
Название, символ, номер	Уран / Uranium (U), 92
Атомная масса (молярная масса)	238,02891(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f3 6d1 7s2
Радиус атома	138 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	142 пм
Радиус иона	(+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность	1,38 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	U←U4+ -1,38В U←U3+ -1,66В U←U2+ -0,1В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	19,05 г/см³
Температура плавления	1405,5 K
Температура кипения	4018 K
Уд. теплота плавления	12,6 кДж/моль
Уд. теплота испарения	417 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,67 Дж/(K·моль)
Молярный объём	12,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a = 2,854 Å; b = 5,870 Å; c = 4,955 Å
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 27,5 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-61-1

Четырехвалентные образцы урана нестабильны, долго находясь на воздухе, становятся шестивалентными.

Главная характеристика урана – радиоактивность. Ее величина считается достоинством либо недостатком в зависимости от целей использования вещества.

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления	Оксид	Гидроксид	Характер	Форма	Примечание
+3	Не существует	Не существует	—	U3+, UH3	Сильный восстановитель
+4	UO2	Не существует	Основный	UO2, галогениды
+5	Не существует	Не существует	—	Галогениды	В воде диспропорционирует
+6	UO3	UO2(OH)2	Амфотерный	UO22+ (уранил), UO42- (уранат), U2O72- (диуранат)	Устойчив на воздухе и в воде

Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены ниже в таблице.

Неметалл	Условия	Продукт
F₂	+20 o C, бурно	UF₆
Cl₂	180 o C для измельчённого 500—600 o C для компактного	Смесь UCl₄, UCl₅, UCl₆
Br₂	650 o C, спокойно	UBr₄
I₂	350 o C, спокойно	UI₃, UI₄
S	250—300 o C спокойно 500 o C горит	US₂, U₂S₃
Se	250—300 o C спокойно 500 o C горит	USe₂, U₂Se₃
N₂	450—700 o C то же под давлением N 1300 o	U₄N₇ UN₂ UN
P	600—1000 o C	U₃P₄
C	800—1200 o C	UC, UC₂

Технология получения

Микродозы урана в литосфере обусловили способ получения металлического вещества:

Обогащение. Сырье измельчают, заливают водой. Тяжелые первичные минералы урана осаждаются первыми.
Выщелачивание. На концентрат воздействуют серной кислотой либо щелочью. Из комплексных руд вещество выщелачивают продувкой при 150°C.
Из полученного раствора выделяют уран – экстракцией либо ионообменом. Это многоступенчатая процедура.
Для образования твердой формы вещества из него удаляют примеси. То есть технически чистое соединение вещества растворяют кислотой, кристаллизуют, прокаливают.
На выходе образуется трехокись. Ее восстанавливают до диоксида водородом.

На него воздействуют обезвоженным фтористым водородом. Добавляют магний либо кальций, восстанавливают металлический уран.

Производство обеспечивает четыре пятых потребности – остальное достают из списанных ядерных боеприпасов.

Как используется

Сфера применения тяжелого металла зависит от его вида.

Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл – уран

Обычный уран

Имеет специфичное и ограниченное применение:

Главный потребитель вещества – атомная промышленность. Уран 235 – топливо в ядерных реакторах, начинка ядерных, термоядерных боеприпасов (как и плутоний).

Уран-233 исследуется как топливо будущего для ядерных ракетных двигателей.

Мирная отрасль использования – геохимия. Вещество используют как маркер определения возраста минералов, горных пород и выяснения картины геологических процессов.
Его применяют в нефтяной геологии при исследовании скважин.

Стекловары добавляют микродозы вещества, чтобы получить продукт с эффектом флуоресценции желто-зеленой гаммы.

Буроватый фон фотографий начала XX века – заслуга соединения урана уранилнитрата.

Обедненный уран

Гораздо популярнее обедненный уран.

«Обедненный уран» – это уран-238, из которого изъяли изотопы 234 и 235. Его радиоактивность вдвое меньше природного материала.

Ему нашлось применение в военном и гражданском сегменте:

Сердечник бронебойных снарядов.
Урановые сплавы – материал танковой брони, например, натовского танка «Абрамс».
Балласт в ракетах, самолетах, яхтах.
Компонент гироскопов, маховиков.

Вещество используют при бурении нефтяных скважин и для защиты от радиации.

Влияние на организм

Нанодозы вещества (максимум – стотысячные доли процента) зафиксированы во всех биологических организмах. У человека самые уязвимые места – почки, селезенка, кости, печень, бронхи, легкие.

Однако радиоактивный металл, его соединения (особенно в виде аэрозолей) токсичны:

Организм поражается целиком до уровня клеток.
Первыми страдают почки (в моче появляются белок и сахар).
Угнетается деятельность ферментов.

Хроническая интоксикация влечет за собой сбои в нервной системе, кроветворении. Это недуг работников, занятых на добыче и переработке сырья.

Редкие металлы – перечень, классификация и значение

В «металлическом» сегменте таблицы Менделеева эта группа считается элитой. Список редких металлов невелик, но каждая позиция драгоценна. Их стоимость на мировом рынке подтверждает пословицу: «Что редко – дорого».

История

Понятие «редкие металлы» вошло в обиход с середины 1920-х годов. Тогда так называли элементы без собственных месторождений, рассеянные в массиве других руд.

Иногда отождествляются термины «редкий металл» и «редкий элемент». Это ошибка:

Редкие элементы – более широкое понятие.
Оно подразумевает металлы, неметаллы, инертные газы.
Из шести десятков позиций списка редких элементов на металлы приходится 50.

Второе наименование этой группы – менее обычные (привычные) металлы.

Что считается «менее обычным» материалом

К редким металлам относится элемент, соответствующий хотя бы одному критерию:

Малая распространенность в литосфере, рассеянность без коренных месторождений.
Сложная технология извлечения из руды, получения чистого вещества.
Новизна, неосвоенность материала для практического применения.

Последнее условие – самое мобильное. Развитие технологий, появление новых сфер использования, масштабирование производства переводят элемент в привычные.

Классификация

Материал распределяется по нескольким основаниям. Первая основа деления – по происхождению. Различают природный (натуральный) и созданный человеком.

Природные металлы

За основу принадлежности к группе берут свойство, более других влияющее на кондиции элемента либо благодаря которому он востребован.

По базовому признаку различают пять видов редких металлов:

Классификация однобока: многие элементы подпадают под разные группы:

Рубидий с цезием – легкие рассеянные.
Легкий тугоплав – титан.
Рассеянные тугоплавы – рений, гафний, вольфрам.

Есть деление по субъективному признаку. Редкими благородными металлами признаны золото, платина, родий. (Их второе название – драгоценные). А также платиноид осмий, плотность которого наивысшая среди веществ Земли.

Платина

Самые редкие цветные металлы, созданные природой, – осмий, галлий, тантал, рений.

Искусственные

Элементы, созданные на ядерных реакторах: технеций, нептуний, плутоний, прочие трансурановые.

Они причислены к радиоактивной группе.

Самый редкий металл на Земле – калифорний-282.

Ежегодный объем синтезирования калифорния – менее грамма. Глобальный резерв – пять граммов.

А слышали про металл туллий? Смотрите видео:

Где и как добываются

Источник редкостного материала – природные руды:

Почти всегда это конгломерат компонентов.
Доля металлов исчисляется тысячными либо меньше долями процента.
Стандартный способ добычи – закрытый (шахтный), реже – открытый карьерный.

Главный поставщик сырья на мировой рынок – Китай. Он диктует расклад, номенклатуру, цены. Главный потребитель – США.

Российский источник редкого сырья номер один – Кольский полуостров. На его руды, содержащие титан, приходится 40% разведанных запасов страны.

Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты

Редкие металлы вычленяют из отходов металлургического производства.

Обогащение сырья.
Выделение, разделение компонентов.
Очистка.
Восстановление.

Используется металлотермия, электролиз, плавка.

На тугоплавкую группу воздействуют методами порошковой металлургии.

Редкоземельные металлы « разлучают » экстракцией. Катализаторами выступают ионообменные процессы и органические растворители.

Где используются

В отличие от других сегментов промышленности, металлургия «менее привычных» элементов кризисы переносит спокойно. Это закономерно: материал добывается ограниченными партиями, дорогой, всегда востребован.

В чистом виде не используется: слишком накладно. Только как компонент сплавов либо легирующая добавка.

Традиционные сферы

Области использования редкостного материала:

Это также сплавы для нужд космического и оборонного комплекса (орудия, снаряды), взрывчатые вещества.

Новые направления

В новом тысячелетии на первый план вышло использование лития как материала компактных мощных батарей-аккумулятров и магнитов:

Батареями-аккумуляторами снабжают электромобили, смартфоны, планшеты, другие гаджеты.
Магниты присутствуют в объектах «зеленой» энергетики (солнечные панели, ветряки), автомобилях с гибридным двигателем, мониторах.

Материал поколения 2.0 – магнитопласт. Из него делают мини-динамики, гибкие панели, рекламную «инфраструктуру».

Калифорний-282 востребован геологами, физиками-ядерщиками, медициной.

Цены редких элементов различны, но всегда высоки.

Так, самый дорогой химический элемент – калифорний-282. Грамм оценивают в $250 млн.

Читайте также: