Uranij

Uranij je kemijski element koji u periodnom sustavu elemenata nosi simbol U, atomski (redni) broj mu je 92, a atomska masa mu iznosi 238.02891(3). Uranij (ili po starom nazivu uran) je srebrno-bijeli metalni kemijski element te pripada skupini aktinoida u periodnom sustava elemenata. Dobio je ime po planetu Uranu, a otkrio ga je Martin Heinrich Klaproth 1789. godine. Osim 92 protona, jezgra urana može imati između 141 i 146 neutrona. Najčešći izotopi urana su U-238 (146 neutrona) i U-235 (143 neutrona). Atom urana ima 92 elektrona, njih 6 su valentni. Uran ima najveću atomsku masu od svih kemijskih elemenata koji se pojavljuju u prirodi, ona iznosi 238.02891. Njegova gustoća je otprilike 70 % veća od gustoće olova, ali nije tolika kao kod zlata ili volframa. Uran je slabo radioaktivan. U prirodi se pojavljuje u malim koncentracijama u tlu, stijenama i vodi, a u komercijalne svrhe se dobiva iz ruda bogatih uranom kao što je uranit.

U prirodi, uranovi atomi se pojavljuju kao uran-238 (99,284%) i uran-235 (0,711%), i vrlo male količine kao uran 234 (0,0058%). Uran se raspada polako, emitirajući alfa čestice. Poluvijek urana-238 je 4,47 milijardi godina, a urana-235 je 704 milijuna godina, što ih čini korisnima u procijenjivanju starosti Zemlje.

[uredi] Karakteristike

Izazvana nuklearna fisija koja uključuje uran-235.

Kada se preradi, uran je srebrno-bijeli, slabo reaktivni metal, koji je malo mekši od čelika, jako elektropozitivan i slab električni vodič. Također je kovak, žilav i malo paramagnetičan. Uran ima jako veliku gustoću, otprilike 70 % veću od olova, i malo manju od zlata.

Uran reagira s gotovo svim nemetalnim elementima i njihovim spojevima, gdje se reaktivnost povećava s temperaturom. Klorovodična i dušična kiselina otapaju uran, ali neoksidirajuće kiseline napadaju element vrlo sporo. Kada se lijepo podijeli, može reagirati s hladnom vodom na zraku, i tada postaje obložen s tamnim slojem uranovog oksida. Uran se iz rude kemijski dobiva i pretvara u uranov dioksid ili druge kemijske oblike koji su korisni u industriji.

Uran-235, izotop urana, bio je prvi izotop za kojeg je otkriveno da se može cijepati. Ostali izotopi koji se pojavljuju u prirodi su podložni fisiji, ali se ne cijepaju pomoću neutrona uz malu kinetičku energiju. Nakon bombardiranja sporim neutronima, uran-235 će se u većini slučajeva podijeliti na dvije manje jezgre, oslobađajući nuklearnu rastavljajuću energiju i još neutrona. Ako ovi neutroni budu apsorbirani od strane druge jezgre urana-235, počinje nuklearna lančana reakcija, i ako dalje ne postoji ništa što bi apsorbiralo nešto neutrona i usporilo reakciju, ona postaje eksplozivna. Količina od samo 7 kg urana-235 je dovoljna da se napravi atomska bomba. Prva nuklearna bomba upotrebljena u ratu, Little Boy, temeljila se na fisiji urana, dok su prva nuklearna eksplozija (The gadget) i bomba koja je uništila Nagasaki bile plutonijske bombe.

Uran ima tri alotropske modifikacije:

α (ortorompska rešetka) stabilna do 660 °C
β (tetragonalna rešetka) stabilna od 660 °C do 760 °C
γ (prostorno-centrirana rešetka) od 760 °C do tališta - najkovkija i najžilavija faza.

[uredi] Primjena

[uredi] Vojna

Osiromašeni uran se koristi u razne vojne svrhe kao penetrator visoke gustoće.

Glavna primjena urana u vojnom sektoru je u penetratorima visoke gustoće. Ovo streljivo se sastoji od osiromašenog urana, legiranog s 1-2 % drugih elemenata. Pri visokoj udarnoj brzini, gustoća, tvrdoća i zapaljivost projektila omogućuju uništavanje snažno oklopljenih ciljeva. Tenkovski oklopi i pomični oklopi na borbenim vozilima su također očvrsnuti s pločama osiromašenog urana. Korištenje osiromašenog urana je postalo kontroverzan političko-ekološki predmet nakon upotrebe njegovog streljiva od strane SAD-a, Velike Britanije i drugih nacija za vrijeme ratova u Perzijskom Zaljevu i Balkanu, te je podiglo pitanje zaostalih uranovih spojeva u tlu.

Osiromašeni uran se također koristi kao zaštitni materijal u kontejnerima za skladištenje i transport radioaktivnog materijala. Ostale primjene urana uključuju podešavanje težine u avionima, prigušivanje raznih projektila, zaštitu raznih materijala. Zbog svoje velike gustoće, ovaj materijal se nalazi u navigacijskim uređajima i žiromagnetskim kompasima. Osiromašeni uran se preferira nad drugim materijalima podjednake gustoće, zbog lake obradljivosti i mogućnosti lijevanja, kao i zbog svoje relativno niske cijene. Za razliku od raširenog mišljenja, puno veći rizik korištenja urana predstavlja kemijsko otrovanje zbog uranovog oksida, nego njegova radioaktivnost (uran je slab emitator alfa zračenja).

Pri kraju drugog svjetskog rata, za vrijeme hladnog rata, te u manjoj mjeri nakon toga, uran se, zbog eksplozivne fisije, koristio za proizvodnju nuklearnog oružja. Napravljena su dva glavna tipa fisijskih bombi, relativno jednostavna naprava koja koristi uran-235 i puno složeniji mehanizam koji koristi uran-238 iz kojeg proizlazi plutonij-239. Kasnije je napravljena puno snažnija fuzijska bomba koja koristi plutonijske naprave u kućištu od urana s ciljem da se stvori mješavina tricija i deuterija podvrgnuta nuklearnoj fuziji.

[uredi] Civilna

Smeđkasta metalna cjepanica nalikuje na komad drveta, s linijama koje se pružaju cjelom dužinom.

28 grama urana-238 pod uljem. Površinska korozija je vidljiva na nedavno ispoliranoj površini.

Uran se najčešće koristi kao gorivo u nuklearnim elektranama.

Staklo od urana kao izolator kod vakumskih kondenzatora.

Staklo koje sadrži uran se sjaji pod UV svjetlom.

Glavna primjena urana u civilnom sektoru je gorivo u nuklearnim elektranama. Dok se kompletno ne raspadne, jedan kilogram urana-235 teoretski može proizvesti 80 teradžula energije (80·10¹² J), koliko primjerice daje 1500 tona ugljena.

Komercijalne nuklearne elektrane koriste gorivo koje je obično obogaćeno s 3% urana-235. CANDU-reaktor je jedini reaktor koji može koristiti neobogaćena goriva. Goriva upotrebljavana u mornarici SAD-a su obično visoko obogaćena uranom-235. U oplodnom reaktoru, uran-238 se može pretvoriti u plutonij kroz sljedeću reakciju:
²³⁸U (n, gama) → ²³⁹U -(beta) → ²³⁹Np -(beta) → ²³⁹Pu.

Jedan od glavnih, još neriješenih, problema vezanih za nuklearno gorivo je velika količina nuklearnog otpada. U tradicionalnim nuklearnim reaktorima izgara samo 1-2% nuklearnog goriva. To ne vrijedi ništa u usporedbi s ostalim tipovima nuklearnih reaktora koji, koristeći alternativna, tekuća torijeva goriva, u reaktorima s tekućom soli proizvode kratkotrajan nuklearni otpad.

Prije otkrića zračenja, uran se prvotno koristio, u malim količinama, za žuto staklo i keramičke glazure (kao što su uranova stakla i neko posuđe).

Nakon što je Marie Curie otkrila radij u uranovoj rudi, razvila se velika industrija za iskopavanje urana kako bi se došlo do radija, koji se upotrebljavao za satove i zrakoplovne brojčanike koji svijetle u mraku. Ovaj proces ostavlja golemu količinu urana kao otpadnog produkta, budući da je potrebno 3 tone urana da bi se dobio 1 gram radija. Ovaj otpadni produkt je preusmjeren u proizvodnju glazura, pa su uranove glazure postale vrlo jeftine i mnogobrojne. Također, kod keramičkih glazura, one uranove su rezultirale širokom uporabom, uključujući sanitarnu i kuhinjsku keramiku koja može biti u zelenoj, žutoj, ružičastoj, crnoj, plavoj i drugim bojama.

Uran se također koristio u fotografskim kemikalijama (posebice uranijev nitrat kao toner), u svijetlećim nitima, kako bi poboljšao izgled zubnih proteza, te u kožnoj i drvenoj industriji za boje i pigmente. Uranove soli su bojila kod svile i vune. Uranil-acetat i uranil-formijat se koriste kao elektronski-gusta "obojenja" u transmisijskim elektronskim mikroskopima, kako bi se povećao kontrast bioloških uzoraka u vrlo tankim presjecima, i kod tehnike negativnog obojenja virusa, izoliranih staničnih organela i makromolekula.

Otkrićem radioaktivnosti urana, proširene su znanstvene i praktične primjene tog elementa. Dugi poluvijek izotopa U-238 (4.51 × 109 godina), čini ga pogodnim za procjenjivanje starosti najranijih magmatskih stijena, kao i kod ostalih tehnika radiometričkog procjenjivanja (uran-torij metoda, uran-olovo metoda). Uran se također koristi kod različitih zračenja, emitirajući jake X-zrake.

Periodni sustav elemenata