Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Urán

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

Az urán (latinul: uranium; vegyjel: U, nyelvújításkori magyar nevén: sárgany) az aktinoidák csoportjába tartozó nehéz, ezüstfehér, fémes, radioaktív, nagy sűrűségű kémiai elem, a periódusos rendszer 92. tagja.

Az urán használata a természetes oxid formájában egészen Kr. u. 79-ig nyúlik vissza, amikor is sárga színezőanyagként használták kerámiák zománcának készítésénél (Olaszországban, Nápoly mellett találtak ilyen kerámiadarabokat). Az újbóli felfedezésekor a 19. század elején az egyetlen ismert uránlelőhely Csehországban volt, Joachimsthalban. Az elem felfedezését a német kémikusnak, Martin Heinrich Klaprothnak tulajdonítják, aki 1789-ben fedezte fel, egy szurokérc nevű kőzetben. Az elem a nevét az Uránusz bolygóról kapta, amit 8 évvel korábban William Herschel fedezett fel. Fémként először 1841-ben Eugene-Melchior Peligot különítette el.

Általános tulajdonságai

Név, vegyjel, rendszám                   urán, U, 92

Elemi sorozat                                aktinidák

Csoport, periódus, mező                 aktinoidák, 7, f

Megjelenés                                   ezüstszürke fémes

Atomtömeg                                   238,02891(3) g/mol

Elektronszerkezet                         [Rn] 5f3 6d1 7s2

Elektronok héjanként                     2, 8, 18, 32, 21, 9, 2

Fizikai tulajdonságok

Halmazállapot                               szilárd

Sűrűség (szobahőm.)                    19,1 g/cm³

Sűrűség (folyadék) az o.p.-on         17,3 g/cm³

Olvadáspont                                  1405,3 K (1132,2 °C)

Forráspont                                    4404 K (4131 °C)

Olvadáshő                                     9,14 kJ/mol

Párolgáshő                                   417,1 kJ/mol

Moláris hőkapacitás (25 °C)           27,665 J/(mol·K)

Atomi tulajdonságok

Kristályszerkezet                           rombos

Oxidációs állapotok                       4, 6 (gyengén bázikus oxid)

Elektronegativitás                          1,38 (Pauling-skála)

Ionizációs energia                         1.: 597,6 kJ/mol

                                                   2.: 1420 kJ/mol

Atomsugár                                   175 pm

Van der Waals-sugár                    186 pm

Egyéb tulajdonságok

Mágnesség                                     paramágneses

Elektromos ellenállás (0 °C)              0,280 µΩ·m

Hővezetési tényező (300 K)              27,5 W/(m·K)

Hőtágulási tényező (25 °C) 1            3,9 µm/(m·K)

Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C)   3155 m/s

Young-modulus                               208 GPa

Nyírási modulus                              111 GPa

Bulk modulusz                                100 GPa

Poisson-arányszám                         0,23

Mohs-keménység                            6,0

Vickers-keménység                        1960 MPa

Brinell-keménység                          2400 HB

Fontosabb izotópok

Izotóp         t.e.           felezési idő            B.m.         B.e. (MeV)         B.t.

232U            mest.        68,9 y                     α & SF      5,414                      228Th

233U            mest.       1,592e5 y                 SF & α      4,909                      229Th

234U            0,005%    2,455e5 y                 SF & α      4,859                 230Th

235U            0,720%    7,038 E8 y                SF & α      4,679                     231Th

236U            mest.       2,342 E7 y               SF & α       4,572                232Th

238U            99,275%  4,468 E9 y                SF & α       4,270                     234Th

Előfordulása

Az uránnak a természetben a 234-es, 235-ös és 238-as tömegszámú izotópjai fordulnak elő. Mindegyik előfordulásnál döntően 238-as izotóp található, kis mennyiségben (0,72%) 235-ös, és nagyon kis mennyiségben 234-es izotóp, a pontos arányokat ld. a táblázatban. A jelenlegi atomerőművek szempontjából a ritkább 235-ös izotóp hasznosítható, a kis előfordulási arány miatt dúsítani kell (jellemzően néhányszoros koncentrációra).

A Föld keletkezésekor a 238-as izotóp kétszeres, a 235-ös mintegy százszoros mennyiségben fordult elő, így arányuk kiegyenlítettebb volt.

Az urán elszórtan az egész földkéregben megtalálható. Átlagos koncentrációja 3-5 gramm/tonna (3-5 ppm). A földkéreg urántartalma - 25 km mélységig számolva - 100 milliárd tonnára becsülhető, míg az óceánoké 10 millió tonnára. Gyakorlatilag sokkal kisebb mennyiség használható: csak azok az előfordulások, ahol az urán koncentrációja három nagyságrenddel magasabb. A talajok urántartalma 0,7-11 ppm között alakul (foszfor-műtrágya használatakor előfordul 15 ppm is). Egyes baktériumfajok testükben felhalmozzák az uránt, annak koncentrációja 300-szor magasabb lehet a környezeténél.

Legfontosabb érce az urán-szurokérc, amely jellemzően 0,5-0,8% (5-8 ezer ppm) uránt tartalmaz. Bányásznak 0,1-0,25% urántartalmú ércet, és előfordul (Kanadában) több tíz százalék urántartalmú érc is, amit meddővel keverve bányásznak ki. A Föld uránkészletének 40%-a Ausztráliában található.

A becslések szerint a világon 35 millió tonna uránérc termelhető ki, ebből műrevaló (gazdaságosan kitermelhető) mennyiség 5 millió tonna uránérc (ez a piaci ártól is függ). Az elmúlt években az árak erősen emelkedtek. A dúsított urán ára 2007-ben elérte a 130 USD/kg-ot (urán-hexafluoridra számolva).

2005-ben 17 ország állított elő dúsított urán-oxidot. A legnagyobb termelő Kanada (a világtermelés 27,9%-ával) és Ausztrália (22,8%). Nagyobb termelők még: Kazahsztán (10,5%), Oroszország (8,0%), Namíbia (7,5%), Niger (7,4%), Üzbegisztán (5,5%).

Felhasználása

Az atomerőművekben nem színtiszta fém-uránt, hanem 1,2-2,4 és 3,6% U235-re dúsított urán-dioxid tartalmú pasztillákat használnak, amelyeket hosszú, vékony üzemanyagpálcákban halmoznak fel. Az üzemanyag-pálcákat csoportokban kötegelik, és megfelelő alakzatban (hőátadás és neutronelnyelés miatt) elhelyezik a reaktorban.

Radioizotópos termoelektromos generátorok fűtőelemként is használják számos esetben, például Naprendszer külső részeit kutató űrszondákban (Voyager 1-2, Pioneer–10, New Horizons).

Nukleáris fegyverek gyártásához is felhasználhatják.

Élettani tulajdonságai

Kémiai hatását tekintve maga a fém és vegyületei egyaránt súlyosan mérgező anyagok.

Kémiai tulajdonságai, vegyületei

Az urán a vegyületeiben különböző oxidációs számú lehet, de csak azok a vegyületei stabilak, amelyekben oxidációs száma +4 vagy +6. Levegőn hevítve triurán-oktaoxiddá (urán(IV, VI)-oxid, U3O8) ég el. Standardpotenciálja negatívabb, mint a hidrogéné, ezért savakban hidrogénfejlődés közben oldódik. Legrégebben ismert és legfontosabb ásványa az uránszurokérc.

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

---------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Ur%C3%A1n