Уранијум
![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Општа својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Име, симбол | уранијум, U | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изглед | сребрно сив металичан; кородира до иверичастог црног оксидног покривача на ваздуху | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
У периодном систему | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомски број (Z) | 92 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Група, периода | група Н/Д, периода 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Блок | f-блок | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Категорија | актиноид | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рел. ат. маса (Ar) | 2.380.507.884(20)[1] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ел. конфигурација | [Rn] 5f3 6d1 7s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физичка својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Агрегатно стање | чврсто | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тачка топљења | 1405,3 K (1132,2 °C, 2070 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тачка кључања | 4404 K (4131 °C, 7468 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Густина при с.т. | 19,1 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
течно ст., на т.т. | 17,3 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топлота фузије | 9,14 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топлота испаравања | 417,1 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мол. топл. капацитет | 27,665 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Напон паре
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомска својства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Оксидациона стања | 6, 5, 4, 3,* 2, 1 *[2] (слабо базни оксид) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Електронегативност | 1,38 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Енергије јонизације | 1: 597,6 kJ/mol 2: 1420 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомски радијус | 156 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентни радијус | 196±7 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Валсов радијус | 186 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Остало | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кристална структура | орторомбична | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Брзина звука танак штап | 3155 m/s (на 20 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топл. ширење | 13,9 µm/(m·K) (на 25 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топл. водљивост | 27,5 W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Електрична отпорност | 0,280 µΩ·m (на 0 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Магнетни распоред | парамагнетичан | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Јангов модул | 208 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модул смицања | 111 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модул стишљивости | 100 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поасонов коефицијент | 0,23 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викерсова тврдоћа | 1960–2500 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Бринелова тврдоћа | 2350–3850 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS број | 7440-61-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Историја | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Именовање | по планети Уран, која је добила име по грчком богу сунца Урану | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Откриће | Мартин Хајнрих Клапрот (1789) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Прва изолација | Ежен Пелиго (1841) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Главни изотопи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Уран или уранијум (U, лат. uranium) је хемијски елемент из групе актиноида III B групе. Међу елементима који се природно јављају на Земљи има највећи атомски број а(92); слабо је радиоактиван. Природни уранијум се јавља у облику 2 изотопа 235U (мање од 1%) и 238U (преко 99%). Изотоп 235U подлеже спонтаном раздвајању језгра под утицајем термичних неутрона. Изотоп 238U прима неутроне услед чега се претвара у 239Pu (плутонијум). Вештачком изотопу 233U се такође раздваја језгро; добија се бомбардовањем 232торијума неутронима.[3]
Особине елемента[уреди | уреди извор]
Физичке[уреди | уреди извор]
Уранијум је релативно мек, сребрнасто-светли метал велике густине. Јавља се у три алотропске модификације.[4][5]
Фаза | Стабилни температурни распон |
Кристални систем |
---|---|---|
α-уранијум | до 688 °C | орторомпски (a = 285,4 pm, b = 586,9 pm, c = 495,6 pm) |
β-уранијум | између 688 °C i 776 °C | тетрагонални (a = 1075,9 pm, c = 565,6 pm) |
γ-уранијум | изнад 776 °C | кубни (a = 352,5 pm) |
Уранијум-родијум-германијум (URhGe) је прва откривена легура која у изузетно снажним магнетним пољима исказује проточно инваријантну (реентрантну) суперпроводљивост.[6]
Хемијске[уреди | уреди извор]
Уранијум у облику прашка је самозапаљив. Већина киселина раствара уранијум у металном облику, док га базе не нападају. Стајањем на ваздуху, на површини металног уранијума настаје слој оксида који га штити од даљње оксидације.
Уранијум гради цео низ једињења у којим се може налазити у стањима од +2 до +6. Боја комплекса уранијума по правилу јако зависи од оксидационог броја, али и од лиганада у окружењу. У воденим растворима, као и у чврстим једињењима најчешће се јављају следеће комбинације боје и оксидацијског стања: U3+ (љубичаст), U4+ (зелен), UVO2+ (роз) и UVIO22+ (жит).[7] У неводеним растворима са органским лигандима најчешће се јављају неке друге комбинације боја. Уранијум у природи претежно се јавља у валенцијама +4 или +6. Четворовалентни минерали уранијума у води са нормалним pH условима окружења су готово нерастворљиви. Једињења уранијума су врло отровна. Отровност зависи између осталог и од њихове растворљивости. Лако растворљиве соли уранила су најотровније, док су тешко растворљиви оксиди мање отровни. Уранијум је тератоген тј. узрокује деформације и/или оштећења плода (фетуса) у утроби.
Биолошке[уреди | уреди извор]
Код протеобактерија из рода Desulfovibrio откривена је способност да користе уранијум као прималац (акцептор) електрона, при чему се уранијум(VI) редукује на уранијум(IV). Врста Desulfovibrio vulgaris користи цитохром-ц3 као уранијум-редуктазу.[8] Међутим, када је уранијум(VI) доступан за бактерију као једини прималац електрона, није забележен раст бактерије.[9] Једна од бактерија која може да користи уранијум(VI) као једини прималац електрона и при том још расте јесте Geobacter metallireducens из породице Geobacteraceae.[10]
Нерастворљиви уранијум се може мобилизовати путем бактериолошке активности. У аеробним условима околине жељезо-сумпорне бактерије Thiobacillus ferrooxidans и Leptospirillum ferrooxidans могу да оксидују пирит (FeS2) до гвожђе(III)-сулфата (FeSO4) и затим до гвожђе(III)-сулфата (Fe2(SO4)3). Јони гвожђа(III) могу оксидовати нерастворљиви уранијум(IV) до растворљивог уранијума(VI).[11]
Редукција растворљивог уранијума(VI) до нерастворљивог уранијума(IV) деловањем прокариота се разматра као могућа метода биолошке санације подземних вода контаминираних уранијумом и опасним отпадом.[12][13]
Заступљеност[уреди | уреди извор]
Уранијум је заступљен у облику хемијских једињења у количини од 2,4 ppm у природи која нас окружује, може се наћи у стенама, води, биљкама, животињама, а чак и у људском организму. У већој количини се јавља и у минералима, од којих су најважнији:
- уранит U3O8 и
- K2(UO2)2(VO4)2•2H2O
Највеће залихе руда уранијума се налазе у: Конгу, северној Канади, САД (Јута, Колорадо)...
Једињења уранијума[уреди | уреди извор]
Хемијска једињења уранијума су отровна. Уранијум реагује са кисеоником из ваздуха, а кад се претвори у прах онда се пали. Реагује са киселинама сумпора, хлора, флуора.[14]
Примена[уреди | уреди извор]
Основна примена уранијума је коришћење његових изотопа 235U као материјал за производњу атомских бомби као и нуклеарних реактора у нуклеарним електранама као и за покретање подморница.
Остале примене уранијума:
- Користио се у керамици за бојење, али се не користи више због зрачења.
- 238U се претвара у плутонијум у атомским реакторима
- Металан уранијум се због велике атомске масе се користи као штит у генераторима са X зрачењем.
- Користи се и у фотографији и у хемијској анализи.
Историја[уреди | уреди извор]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Georg_Wagsfort.jpg/110px-Georg_Wagsfort.jpg)
Уранијум је 1789. године открио немачки професор хемије и апотекар Мартин Хајнрих Клапрот, који је у то доба живео у Берлину. Клапрот је уранијум издвојио из минерала уранинита (познатог и под именом пехбленда). Добио је име по планети Урану (а тиме и према божанству из грчке митологије, Урану), којег је осам године раније (1781) открио астроном Вилхелм Хершел. Дана 24. септембра 1789.[15] Клапрот је своје откриће елемента објавио у говору пред Краљевском пруском академијом наука.[16] Његово откриће најприје је названо уранит, а наредне године, 1790. промењено је у уранијум. Руда коју је испитивао Клапрот, потицала је из рудника Георг Вагсфорт код немачког града Јохангеоргенштата у данашњој Саксонији, на самој граници са Чешком. Он је руду третирао киселинама те је јако загрејавао. Као резултат добио је црни прах који је назвао уран. Чињеница јесте да је заиста идентифицирао нови елемент, али оно што је добио није био елементарни уранијум него његов оксид. Тек 50 година касније, 1841. француски научник Ежен Пелиго успео је да добије чисти метални уранијум. У првој половини 19. вика уранијум се добијао заједно са другим минералима у чешком граду Јахимову, као и из неколико налазишта и рудника у енглеском Корнвалу.[17]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fd/U_glass_above.jpg/110px-U_glass_above.jpg)
Једињења уранијума током целог 19. века кориштени су за бојење стакла и керамике, као и за бојење свакодневних декоративних предмета у зелено-жуту боју, попут ваза, кључева, чаша и друго. Произвођачи стакла из Јоахимстала (Чешка) користили су технике бојења стакла уранијумом већ 1826. године. Употреба уранијума за бојење стакла настављена је све до средине 20. века, након чега је уранијум замењен другим мање опасним обојеним минералима. Керамичке глазуре обојене у палети од наранџасте до јарко црвене кориштене су у многе сврхе почев од посуђа па до архитектонске опреме. У области фотографије, дуги низ година 20. века користио је уранил-нитрат у сврху тонирања у црвено и смеђе дијапозитивских плоча на бази платине и бром-сребра.[18] Ризици по здравље при употреби или сакупљању уранијумског стакла и керамике са уранијумском глазуром, до данас су предмет спора између колекционара и научника. Да је уранијум радиоактиван, први је утврдио Анри Бекерел 1896. године. Уранијум се сматрао елементом са највишим атомским бројем који се може наћи у природи. Тек 1971. су откривени сићушни трагови изотопа плутонијума 244Pu у природи, тако да се данас плутонијум сматра природним елементом са највећом атомском тежином у периодном систему.[19]
Види још[уреди | уреди извор]
Референце[уреди | уреди извор]
- ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Morss, L.R.; Edelstein, N.M.; Fuger, J., ур. (2006). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd изд.). Netherlands: Springer. ISBN 9789048131464.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Binder, Harry H. der chemischen Elemente (1999). Lexikon. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. стр. 674—682. ISBN 978-3-7776-0736-8.
- ^ Brauer, Georg, ур. (1978). Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3 (3. prerađ. изд.). Stuttgart: Enke. стр. 1195. ISBN 9783432878133.
- ^ Levy, F.; I. Sheikin; B. Grenier; A. D. Huxley (2005). „Magnetic Field-Induced Superconductivity in the Ferromagnet URhGe”. Science. 309: 1343—1346. doi:10.1126/science.1115498.
- ^ Holleman, A. F.; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 2149. ISBN 978-3-11-017770-1.
- ^ Lovley, D. R.; P. K. Widman; J. C. Woodward; E. J. Phillips (1933). „Reduction of Uranium by Cytochrome c3 of Desulfovibrio vulgaris”. Appl. Environ. Microbiol. 59 (11): 3572—3576. PMC 182500
. PMID 8285665.
- ^ Lovley, D. R.; E. J. Phillips (1992). „Reduction of Uranium by Desulfovibrio desulfuricans”. Appl. Environ. Microbiol. 58 (3): 850—856. PMC 195344
. PMID 1575486.
- ^ Lovley, D. R.; E. J. P. Phillips; Y. A. Gorby; E. R. Landa (1991). „Microbial Reduction of Uranium”. Nature. 350: 413—416. doi:10.1038/350413a0.
- ^ Tuovinen, O. H.; T. M. Bhatti (1999). „Microbiological Leaching of Uranium Ores”. Minerals and Metallurgical Processing. 16: 51—60.
- ^ Lovley, D. R. (1995). „Bioremediation of Organic and Metal Contaminants with Dissimilatory Metal Reduction”. J. Ind. Microbiol. 14 (2): 85—93. PMID 7766214.
- ^ Toeniskoetter, Steve; Dommer, Jennifer; Dodge, Tony (2. 11. 2012). „The Biochemical Periodic Tables – Uranium” (на језику: енглески). Приступљено 7. 11. 2017.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ Huebner, H. (1989). „Uran und seine Entdeckung durch Martin Heinrich Klaproth”. Isotopenpraxis (на језику: немачки). 25 (9): 361—367.
- ^ Kupsch, Walter; Strnad, Jiří (1989). „Uranium Bicentenary”. Earth Sciences History. 8 (1): 83—86. doi:10.17704/eshi.8.1.a65n221521602774.
- ^ Dahlkamp, Franz J. Science & Business Media (2013). Uranium Ore Deposits. Springer. стр. 5. ISBN 9783662028926.
- ^ Schmidt, Fritz (1906). Kompendium der praktischen Photographie (10. prošireno изд.). Leipzig. стр. 191, 268, 291, 339.
- ^ Hoffman, D. C.; F. O. Lawrence; J. L. Mewherter; F. M. Rourke (1971). „Detection of Plutonium-244 in Nature”. Nature. 234: 132—134. doi:10.1038/234132a0.
Литература[уреди | уреди извор]
- Magurno, B.A.; Pearlstein, S, ур. (1981). Proceedings of the conference on nuclear data evaluation methods and procedures. BNL-NCS 51363, vol. II (PDF). Upton, NY (USA): Brookhaven National Lab. стр. 835 ff. Приступљено 6. 8. 2014.
- Morss, L.R.; Edelstein, N.M.; Fuger, J., ур. (2006). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd изд.). Netherlands: Springer. ISBN 9789048131464.
- Emsley, John (2001). „Uranium”. Nature's Building Blocks: An A to Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. стр. 476—482. ISBN 978-0-19-850340-8.
- Seaborg, Glenn T. (1968). „Uranium”. The Encyclopedia of the Chemical Elements. Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. стр. 773—786. LCCCN 68-29938.
- Zoellner, Tom (2009). Uranium : war, energy, and the rock that shaped the world. Viking Penguin, Penguin Group (USA) Inc. ISBN 978-1-101-02304-4.
- Uranium production and raw materials for the nuclear fuel cycle - supply and demand, economics, the environment and energy security: proceedings of an International Symposium, Beč, 20-24. juni 2005. Beč, Austrija: Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA). 2006. ISBN 9789201072061. ISSN 1563-0153.
- Karpas, Zeev (2015). Analytical chemistry of uranium; Environmental, Forensic, Nuclear, and Toxicological Applications. CRC PressTaylor & Francis Group. ISBN 978-1-4822-2060-5.
Спољашње везе[уреди | уреди извор]
- U.S. EPA: Radiation Information for Uranium
- "What is Uranium?" Архивирано на сајту Wayback Machine (24. фебруар 2013) from World Nuclear Association
- Nuclear fuel data and analysis from the U.S. Energy Information Administration
- Current market price of uranium
- World Uranium deposit maps
- Annotated bibliography for uranium from the Alsos Digital Library
- NLM Hazardous Substances Databank—Uranium, Radioactive
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- Mining Uranium at Namibia's Langer Heinrich Mine
- World Nuclear News
- ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Uranium Toxicity U.S. Department of Health and Human Services
- Uranium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)