Kärnämne i uran

Uran (U), radioaktivt kemiskt element i actinoid-serien i det periodiska systemet, atomnummer 92. Det är ett viktigt kärnbränsle.

actinoid element

medlemmar i gruppen, inklusive uran (den mest kända), förekommer naturligt, de flesta är av människan. Både uran och plutonium har använts

Uran utgör ungefär två delar per miljon av jordskorpan. Vissa viktiga uranmineraler är pitchblende (orent U ₃ O ₈), uraninit (UO ₂), karnotit (ett kaliumuran-vanadat), autunit (ett kalciumuranfosfat) och torbernit (ett kopparuranfosfat). Dessa och andra utvinnbara uranmalm, som källor till kärnbränslen, innehåller många gånger mer energi än alla kända återvinningsbara avlagringar av fossila bränslen. Ett kilo uran ger så mycket energi som 1,4 miljoner kilo kol.

För ytterligare information om uranmalmsuppsättningar, liksom täckning av gruvdrift, raffinering och återvinningsmetoder, se uranbearbetning. För jämförande statistiska uppgifter om uranproduktion, se tabell.

Uran

Land	gruvproduktion 2013 (metriska ton)	% av världens gruvproduktion
*Uppskatta.
Källa: World Nuclear Association, World Uranium Mining Production (2014).
Kazakstan	22.574	37,9
kanada	9332	15,6
Australien	6350	10,6
niger *	4528	7,6
Namibia	4315	7,2
ryssland	3135	5,3
Uzbekistan *	2400	4,0
Förenta staterna	1835	3,1
Kina*	1450	2,4
Malawi	1132	1,9
Ukraina	1075	1,9
Sydafrika	540	0,9
Indien *	400	0,7
Tjeckien	225	0,4
Brasilien	198	0,3
Rumänien*	80	0,1
Pakistan*	41	0,1
Tyskland	27	0,0
världen totalt	59.637	100

Uran är ett tätt, hårt metalliskt element som är silverfärgat i färg. Den är mjuk, formbar och kan ta en hög polermedel. I luften tärnar metallen och när den är finfördelad bryts i lågor. Det är en relativt dålig elektrisk ledare. Fastän den upptäcktes (1789) av den tyska kemisten Martin Heinrich Klaproth, som uppkallade den efter den nyligen upptäckta planeten Uranus, isolerades metallen i sig först (1841) av den franska kemisten Eugène-Melchior Péligot genom reduktion av urantetraklorid (UCl ₄) med kalium.

Formuleringen av det periodiska systemet av den ryska kemisten Dmitrij Mendelejev 1869 fokuserade uppmärksamheten på uran som det tyngsta kemiska elementet, en position som den innehade fram till upptäckten av det första transuranelementet neptunium 1940. 1896 upptäckte den franska fysikern Henri Becquerel i uran. fenomenet radioaktivitet, en term som först användes 1898 av de franska fysikerna Marie och Pierre Curie. Den här egenskapen hittades senare i många andra element. Det är nu känt att uran, radioaktivt i alla dess isotoper, består naturligt av en blandning av uran-238 (99,27 procent, 4,510 000 000 års halveringstid), uran-235 (0,72 procent, 713 000 000 års halveringstid), och uran-234 (0,006 procent, 247 000-års halveringstid). Dessa långa halveringstider möjliggör bestämningar av jordens ålder genom att mäta mängden bly, urans ultimata sönderfallsprodukt, i vissa uraninnehållande bergarter. Uran-238 är moder- och uran-234 en av döttrarna i den radioaktiva uranförfallsserien; uranium-235 är moderbolaget till aktiniumförfallsserien. Se även actinoidelement.

Elementet uran blev föremål för intensiv studie och brett intresse efter att tyska kemister Otto Hahn och Fritz Strassmann upptäckte i slutet av 1938 fenomenet kärnklyvning i uran bombarderat av långsamma neutroner. Den italienskfödda amerikanska fysikern Enrico Fermi föreslog (tidigt 1939) att neutroner kan vara bland fissionprodukterna och därmed kunde fortsätta fission som en kedjereaktion. Den ungerskfödda amerikanska fysikern Leo Szilard, den amerikanska fysikern Herbert L. Anderson, den franska kemisten Frédéric Joliot-Curie, och deras medarbetare bekräftade (1939) denna förutsägelse; senare undersökning visade att i genomsnitt 2 ^ett / _två neutroner per atom frigörs under fission. Dessa upptäckter ledde till den första självuppehållande kärnkraftsreaktionen (2 december 1942), det första atombombenstestet (16 juli 1945), den första atombomben tappade i krigföring (6 augusti 1945), den första atomdrivna ubåt (1955) och den första fullskaliga elektriska generatoren (1957).

Klyvning sker med långsamma neutroner i det relativt sällsynta isotopen uran-235 (det enda naturligt förekommande fissila materialet), som måste separeras från det rikliga isotopen uran-238 för dess olika användningsområden. Uranium-238 överförs emellertid, efter att ha absorberat neutroner och genomgått negativt beta-förfall, till det syntetiska elementet plutonium, som är klyvbart med långsamma neutroner. Naturligt uran kan därför användas i omvandlare och uppfödningsreaktorer, där fission upprätthålls av det sällsynta uran-235 och plutonium tillverkas samtidigt genom transmutation av uran-238. Fissilt uran-233 kan syntetiseras för användning som ett kärnbränsle från den icke-fissila thoriumisotopen thorium-232, som är rik på sin natur. Uran är också viktigt som det primära materialet från vilket de syntetiska transuranelementen har framställts genom transmutationsreaktioner.

Uran, som är starkt elektropositivt, reagerar med vatten; det upplöses i syror men inte i alkalier. De viktiga oxidationstillstånd är 4 (såsom i oxiden UO ₂, tetrahalogenider såsom UCL ₄, och den gröna vattenhaltiga jonen U ⁴ ⁺) och 6 (som i oxid UO ₃, den hexafluorid UF ₆, och den gula uranyl jon UO ₂ ²⁺). I en vattenlösning är uran mest stabilt som uranyljonen, som har en linjär struktur [O = U = O] ²⁺. Uran uppvisar också ett +3- och ett +5-tillstånd, men respektive joner är instabila. Den röda U ³⁺ jon oxiderar långsamt även i vatten som inte innehåller löst syre. Färgen på UO ₂ ⁺ jonen är okänd eftersom det undergår disproportionering (UO ₂ ⁺ reduceras samtidigt till U ⁴ ⁺ och oxideras till UO ₂ ²⁺) även i mycket utspädda lösningar.

Uranföreningar har använts som färgämnen för keramik. Uranhexafluorid (UF ₆) är ett fast ämne med ett ovanligt högt ångtryck (115 torr = 0,15 atm = 15 300 Pa) vid 25 ° C (77 ° F). UF ₆ är kemiskt mycket reaktivt, men trots sin korrosiva natur i ångtillståndet har UF ₆ använts i stor utsträckning i metoden för gasdiffusion och gascentrifug för att separera uran-235 från uran-238.

Organometalliska föreningar är en intressant och viktig grupp av föreningar i vilka det finns metall-kolbindningar som kopplar en metall till organiska grupper. Uranocene är en organouranium förening U (C ₈ H ₈) ₂, i vilken en uranatom är inklämt mellan två organiska ring skikten rör cyklooktatetraen C ₈ H ₈. Dess upptäckt 1968 öppnade ett nytt område inom organometallisk kemi.

Elementegenskaper

atomnummer	92
atomvikt	238,03
smältpunkt	1132,3 ° C (2,070,1 ° F)
kokpunkt	3,818 ° C (6 904 ° F)
Specifik gravitation	19,05
oxidationstillstånd	+3, +4, +5, +6
elektronkonfiguration av gasformigt atomtillstånd	[Rn] 5f ³ 6d ¹ 7s ²