Logam uranium. Mengapa uranium dan senyawanya berbahaya? Aplikasi dan jenis isotop uranium

Dari mana asal uranium? Kemungkinan besar, itu muncul saat ledakan supernova. Faktanya adalah bahwa untuk nukleosintesis unsur-unsur yang lebih berat dari besi, harus ada aliran neutron yang kuat, yang justru terjadi selama ledakan supernova. Tampaknya, selama kondensasi dari awan sistem bintang baru yang dibentuk olehnya, uranium, yang terkumpul di awan protoplanet dan menjadi sangat berat, akan tenggelam jauh ke dalam planet. Tapi itu tidak benar. Uranium adalah unsur radioaktif dan ketika membusuk ia melepaskan panas. Perhitungan menunjukkan bahwa jika uranium didistribusikan secara merata ke seluruh ketebalan planet, setidaknya dengan konsentrasi yang sama seperti di permukaan, maka uranium akan mengeluarkan terlalu banyak panas. Selain itu, alirannya akan melemah seiring dengan konsumsi uranium. Karena hal seperti ini belum pernah diamati, para ahli geologi percaya bahwa setidaknya sepertiga uranium, dan mungkin seluruhnya, terkonsentrasi di kerak bumi, yang kandungannya 2,5∙10 –4%. Mengapa hal ini terjadi tidak dibahas.

Di mana uranium ditambang? Jumlah uranium di Bumi tidak sedikit - uranium berada di peringkat ke-38 dalam hal kelimpahan. Dan sebagian besar elemen ini ditemukan di batuan sedimen - serpih karbon dan fosfor: masing-masing hingga 8∙10 –3 dan 2,5∙10 –2%. Secara total, kerak bumi mengandung 10 14 ton uranium, namun masalah utamanya adalah uranium sangat tersebar dan tidak membentuk endapan yang kuat. Sekitar 15 mineral uranium memiliki kepentingan industri. Ini adalah tar uranium - dasarnya adalah uranium oksida tetravalen, uranium mika - berbagai silikat, fosfat, dan senyawa yang lebih kompleks dengan vanadium atau titanium berdasarkan uranium heksavalen.

Apa itu sinar Becquerel? Setelah penemuan sinar-X oleh Wolfgang Roentgen, fisikawan Perancis Antoine-Henri Becquerel menjadi tertarik pada pancaran garam uranium, yang terjadi di bawah pengaruh sinar matahari. Dia ingin memahami apakah ada sinar-X di sini juga. Memang benar, mereka hadir - garam menyinari pelat fotografi melalui kertas hitam. Namun, dalam salah satu percobaan, garam tidak disinari, namun pelat fotografi tetap digelapkan. Ketika benda logam ditempatkan di antara garam dan pelat fotografi, penggelapan di bawahnya berkurang. Oleh karena itu, sinar baru tidak muncul akibat eksitasi uranium oleh cahaya dan tidak melewati sebagian logam. Mereka awalnya disebut “sinar Becquerel.” Belakangan diketahui bahwa ini sebagian besar adalah sinar alfa dengan sedikit tambahan sinar beta: faktanya adalah isotop utama uranium memancarkan partikel alfa selama peluruhan, dan produk turunannya juga mengalami peluruhan beta.

Seberapa radioaktif uranium? Uranium tidak memiliki isotop stabil; semuanya radioaktif. Yang paling lama berumur adalah uranium-238 dengan waktu paruh 4,4 miliar tahun. Berikutnya adalah uranium-235 - 0,7 miliar tahun. Keduanya mengalami peluruhan alfa dan menjadi isotop torium yang sesuai. Uranium-238 membentuk lebih dari 99% dari seluruh uranium alami. Karena waktu paruhnya yang besar, radioaktivitas unsur ini rendah, dan selain itu, partikel alfa tidak mampu menembus stratum korneum pada permukaan tubuh manusia. Mereka mengatakan bahwa setelah bekerja dengan uranium, I.V. Kurchatov hanya menyeka tangannya dengan sapu tangan dan tidak menderita penyakit apa pun yang berhubungan dengan radioaktivitas.

Para peneliti telah berulang kali beralih ke statistik penyakit para pekerja di tambang uranium dan pabrik pengolahan. Sebagai contoh, berikut adalah artikel terbaru yang ditulis oleh para spesialis Kanada dan Amerika yang menganalisis data kesehatan lebih dari 17 ribu pekerja di tambang Eldorado di provinsi Saskatchewan, Kanada, selama tahun 1950–1999 ( Penelitian Lingkungan, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Mereka berangkat dari fakta bahwa radiasi memiliki efek paling kuat pada sel darah yang berkembang biak dengan cepat, yang menyebabkan jenis kanker yang sesuai. Statistik menunjukkan bahwa pekerja tambang mempunyai insiden lebih rendah terkena berbagai jenis kanker darah dibandingkan rata-rata penduduk Kanada. Dalam hal ini, sumber utama radiasi bukanlah uranium itu sendiri, melainkan gas radon yang dihasilkannya dan produk peluruhannya, yang dapat masuk ke dalam tubuh melalui paru-paru.

Mengapa uranium berbahaya?? Seperti logam berat lainnya, sangat beracun dan dapat menyebabkan gagal ginjal dan hati. Di sisi lain, uranium, sebagai unsur yang tersebar, pasti ada di air, tanah dan, jika terkonsentrasi dalam rantai makanan, masuk ke dalam tubuh manusia. Masuk akal untuk berasumsi bahwa dalam proses evolusi, makhluk hidup telah belajar menetralkan uranium dalam konsentrasi alami. Uranium adalah yang paling berbahaya di dalam air, sehingga WHO menetapkan batasan: awalnya 15 µg/l, namun pada tahun 2011 standar tersebut ditingkatkan menjadi 30 µg/g. Biasanya, kandungan uranium di dalam air jauh lebih sedikit: di AS rata-rata 6,7 ​​µg/l, di Tiongkok dan Prancis - 2,2 µg/l. Namun ada juga penyimpangan yang kuat. Jadi di beberapa wilayah California jumlahnya seratus kali lebih banyak dari standar - 2,5 mg/l, dan di Finlandia Selatan mencapai 7,8 mg/l. Para peneliti mencoba memahami apakah standar WHO terlalu ketat dengan mempelajari pengaruh uranium pada hewan. Ini adalah pekerjaan khas ( Penelitian BioMed Internasional, 2014, nomor telepon 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Ilmuwan Perancis memberi makan tikus air selama sembilan bulan dengan bahan tambahan uranium, dan dalam konsentrasi yang relatif tinggi - dari 0,2 hingga 120 mg/l. Nilai yang lebih rendah adalah air di dekat tambang, sedangkan nilai tertinggi tidak ditemukan di mana pun - konsentrasi maksimum uranium, yang diukur di Finlandia, adalah 20 mg/l. Yang mengejutkan para penulis - artikel tersebut berjudul: "Tidak adanya efek nyata uranium pada sistem fisiologis ..." - uranium praktis tidak berpengaruh pada kesehatan tikus. Hewan-hewan tersebut makan dengan baik, menambah berat badan dengan baik, tidak mengeluh sakit dan tidak mati karena kanker. Uranium, sebagaimana mestinya, disimpan terutama di ginjal dan tulang dan dalam jumlah seratus kali lebih kecil di hati, dan akumulasinya diperkirakan bergantung pada kandungan di dalam air. Namun, hal ini tidak menyebabkan gagal ginjal atau bahkan munculnya penanda molekuler peradangan. Para penulis menyarankan agar peninjauan kembali pedoman ketat WHO harus dimulai. Namun, ada satu peringatan: efeknya pada otak. Jumlah uranium di otak tikus lebih sedikit dibandingkan di hati, namun kandungannya tidak bergantung pada jumlah di dalam air. Namun uranium mempengaruhi fungsi sistem antioksidan otak: aktivitas katalase meningkat sebesar 20%, glutathione peroksidase sebesar 68–90%, dan aktivitas superoksida dismutase menurun sebesar 50%, berapapun dosisnya. Artinya uranium jelas menyebabkan stres oksidatif di otak dan tubuh meresponsnya. Efek ini - efek kuat uranium pada otak tanpa adanya akumulasi di dalamnya, serta di alat kelamin - telah diketahui sebelumnya. Selain itu, air dengan uranium dalam konsentrasi 75–150 mg/l, yang diberikan peneliti dari Universitas Nebraska kepada tikus selama enam bulan ( Neurotoksikologi dan Teratologi, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), mempengaruhi perilaku hewan, terutama jantan, yang dilepasliarkan ke lapangan: mereka melintasi garis, berdiri dengan kaki belakang dan merapikan bulunya dengan cara yang berbeda dari hewan kontrol. Ada bukti bahwa uranium juga menyebabkan gangguan memori pada hewan. Perubahan perilaku berkorelasi dengan tingkat oksidasi lipid di otak. Ternyata air uranium membuat tikus-tikus itu sehat, tapi agak bodoh. Data ini akan berguna bagi kita dalam menganalisis apa yang disebut Sindrom Perang Teluk.

Apakah uranium mencemari lokasi pengembangan gas serpih? Itu tergantung pada berapa banyak uranium yang ada di batuan yang mengandung gas dan bagaimana kaitannya dengan batuan tersebut. Misalnya, Associate Professor Tracy Bank dari Universitas Buffalo mempelajari Marcellus Shale, yang membentang dari bagian barat New York melalui Pennsylvania dan Ohio hingga West Virginia. Ternyata uranium secara kimiawi berkaitan erat dengan sumber hidrokarbon (ingat bahwa serpih karbon terkait memiliki kandungan uranium tertinggi). Eksperimen telah menunjukkan bahwa larutan yang digunakan selama rekahan melarutkan uranium dengan sempurna. “Jika uranium yang ada di perairan tersebut sampai ke permukaan dapat menyebabkan pencemaran terhadap wilayah sekitarnya. Ini tidak menimbulkan risiko radiasi, namun uranium adalah unsur beracun,” catat Tracy Bank dalam siaran pers universitas tertanggal 25 Oktober 2010. Belum ada artikel rinci yang disiapkan mengenai risiko kontaminasi lingkungan dengan uranium atau thorium selama produksi shale gas.

Mengapa uranium dibutuhkan? Sebelumnya digunakan sebagai pigmen pada pembuatan keramik dan kaca berwarna. Sekarang uranium menjadi dasar energi nuklir dan senjata atom. Dalam hal ini, properti uniknya digunakan - kemampuan inti untuk membelah.

Apa itu fisi nuklir? Peluruhan inti menjadi dua bagian besar yang tidak sama. Karena sifat inilah selama nukleosintesis akibat iradiasi neutron, inti yang lebih berat dari uranium terbentuk dengan susah payah. Inti dari fenomena tersebut adalah sebagai berikut. Jika perbandingan jumlah neutron dan proton dalam inti tidak optimal maka inti menjadi tidak stabil. Biasanya, inti seperti itu memancarkan partikel alfa - dua proton dan dua neutron, atau partikel beta - sebuah positron, yang disertai dengan transformasi salah satu neutron menjadi proton. Dalam kasus pertama, elemen tabel periodik diperoleh, diberi jarak dua sel ke belakang, dalam kasus kedua - satu sel ke depan. Namun, selain memancarkan partikel alfa dan beta, inti uranium juga mampu melakukan fisi - meluruh menjadi inti dua unsur di tengah tabel periodik, misalnya barium dan kripton, yang terjadi setelah menerima neutron baru. Fenomena ini ditemukan tak lama setelah penemuan radioaktivitas, ketika fisikawan memaparkan radiasi yang baru ditemukan itu semaksimal mungkin. Beginilah cara Otto Frisch, salah satu peserta acara tersebut, menulis tentang hal ini (“Advances in Physical Sciences,” 1968, 96, 4). Setelah penemuan sinar berilium - neutron - Enrico Fermi menyinari uranium dengan sinar tersebut, khususnya, untuk menyebabkan peluruhan beta - ia berharap dapat menggunakannya untuk memperoleh unsur ke-93 berikutnya, yang sekarang disebut neptunium. Dialah yang menemukan jenis radioaktivitas baru dalam uranium yang diiradiasi, yang dia kaitkan dengan kemunculan unsur transuranium. Pada saat yang sama, memperlambat neutron, yang sumber beriliumnya ditutupi lapisan parafin, meningkatkan radioaktivitas terinduksi ini. Ahli radiokimia Amerika Aristide von Grosse menyatakan bahwa salah satu unsur ini adalah protaktinium, tetapi dia salah. Namun Otto Hahn, yang saat itu bekerja di Universitas Wina dan menganggap protaktinium yang ditemukan pada tahun 1917 sebagai gagasannya, memutuskan bahwa ia wajib mencari tahu unsur apa saja yang diperoleh. Bersama dengan Lise Meitner, pada awal tahun 1938, Hahn mengemukakan, berdasarkan hasil eksperimen, bahwa seluruh rantai unsur radioaktif terbentuk karena peluruhan beta berulang dari inti penyerap neutron uranium-238 dan unsur turunannya. Segera Lise Meitner terpaksa melarikan diri ke Swedia, takut akan kemungkinan pembalasan dari Nazi setelah Anschluss di Austria. Hahn, setelah melanjutkan eksperimennya dengan Fritz Strassmann, menemukan bahwa di antara produknya juga terdapat barium, unsur nomor 56, yang sama sekali tidak dapat diperoleh dari uranium: semua rantai peluruhan alfa uranium berakhir dengan timbal yang jauh lebih berat. Para peneliti sangat terkejut dengan hasil tersebut sehingga mereka tidak mempublikasikannya; mereka hanya menulis surat kepada teman-temannya, khususnya kepada Lise Meitner di Gothenburg. Di sana, pada Natal 1938, keponakannya, Otto Frisch, mengunjunginya, dan, berjalan di sekitar kota musim dingin - dia bermain ski, bibinya berjalan kaki - mereka mendiskusikan kemungkinan munculnya barium selama iradiasi uranium sebagai hasil fisi nuklir (untuk informasi lebih lanjut tentang Lise Meitner, lihat “Kimia dan Kehidupan ", 2013, No. 4). Kembali ke Kopenhagen, Frisch benar-benar menangkap Niels Bohr di gang kapal yang berangkat ke Amerika Serikat dan memberitahunya tentang gagasan fisi. Bohr, sambil menampar keningnya sendiri, berkata: “Oh, betapa bodohnya kami! Kita seharusnya menyadari hal ini lebih awal." Pada bulan Januari 1939, Frisch dan Meitner menerbitkan artikel tentang fisi inti uranium di bawah pengaruh neutron. Pada saat itu, Otto Frisch telah melakukan eksperimen kontrol, begitu pula banyak kelompok Amerika yang menerima pesan dari Bohr. Mereka mengatakan bahwa fisikawan mulai menyebar ke laboratorium mereka tepat pada saat laporannya pada tanggal 26 Januari 1939 di Washington pada konferensi tahunan fisika teoretis, ketika mereka memahami inti dari gagasan tersebut. Setelah penemuan fisi, Hahn dan Strassmann merevisi eksperimen mereka dan menemukan, seperti rekan mereka, bahwa radioaktivitas uranium yang diiradiasi tidak terkait dengan transuranium, tetapi dengan peluruhan unsur radioaktif yang terbentuk selama fisi dari tengah tabel periodik.

Bagaimana reaksi berantai terjadi pada uranium? Segera setelah kemungkinan fisi inti uranium dan thorium dibuktikan secara eksperimental (dan tidak ada unsur fisil lain di Bumi dalam jumlah yang signifikan), Niels Bohr dan John Wheeler, yang bekerja di Princeton, serta, secara independen dari mereka, the Fisikawan teoretis Soviet Ya.I.Frenkel dan Siegfried Flügge dan Gottfried von Droste dari Jerman menciptakan teori fisi nuklir. Dua mekanisme mengikuti darinya. Salah satunya terkait dengan ambang batas serapan neutron cepat. Menurutnya, untuk memulai fisi, sebuah neutron harus memiliki energi yang cukup tinggi, lebih dari 1 MeV untuk inti isotop utama - uranium-238 dan thorium-232. Pada energi yang lebih rendah, serapan neutron oleh uranium-238 bersifat resonansi. Jadi, neutron dengan energi 25 eV memiliki luas penampang tangkapan ribuan kali lebih besar dibandingkan energi lainnya. Dalam hal ini, tidak akan terjadi fisi: uranium-238 akan menjadi uranium-239, yang dengan waktu paruh 23,54 menit akan berubah menjadi neptunium-239, yang dengan waktu paruh 2,33 hari akan berubah menjadi berumur panjang. plutonium-239. Thorium-232 akan menjadi uranium-233.

Mekanisme kedua adalah penyerapan neutron tanpa ambang batas, diikuti oleh isotop fisil ketiga yang kurang lebih umum - uranium-235 (serta plutonium-239 dan uranium-233, yang tidak ditemukan di alam): oleh menyerap neutron apa pun, bahkan yang lambat, yang disebut termal, dengan energi untuk molekul yang berpartisipasi dalam gerakan termal - 0,025 eV, inti tersebut akan terbelah. Dan ini sangat bagus: neutron termal memiliki luas penampang tangkapan empat kali lebih tinggi daripada neutron megaelektronvolt cepat. Inilah pentingnya uranium-235 bagi seluruh sejarah energi nuklir selanjutnya: inilah yang menjamin penggandaan neutron dalam uranium alam. Setelah terkena neutron, inti uranium-235 menjadi tidak stabil dan cepat terbelah menjadi dua bagian yang tidak sama. Dalam perjalanannya, beberapa (rata-rata 2,75) neutron baru dipancarkan. Jika mereka mengenai inti uranium yang sama, mereka akan menyebabkan neutron berlipat ganda secara eksponensial - reaksi berantai akan terjadi, yang akan menyebabkan ledakan karena pelepasan panas dalam jumlah besar dengan cepat. Baik uranium-238 maupun thorium-232 tidak dapat bekerja seperti itu: lagipula, selama fisi, neutron dipancarkan dengan energi rata-rata 1–3 MeV, yaitu, jika ada ambang batas energi 1 MeV, maka ini merupakan bagian penting dari neutron tentu tidak akan mampu menimbulkan reaksi, dan tidak akan terjadi reproduksi. Artinya, isotop-isotop ini harus dilupakan dan neutron harus diperlambat menjadi energi panas agar berinteraksi seefisien mungkin dengan inti uranium-235. Pada saat yang sama, penyerapan resonansinya oleh uranium-238 tidak boleh dibiarkan: lagi pula, dalam uranium alami, isotop ini sedikit kurang dari 99,3% dan neutron lebih sering bertabrakan dengannya, dan bukan dengan target uranium-235. Dan dengan bertindak sebagai moderator, dimungkinkan untuk mempertahankan penggandaan neutron pada tingkat yang konstan dan mencegah ledakan - mengendalikan reaksi berantai.

Perhitungan yang dilakukan oleh Ya.B.Zeldovich dan Yu.B.Khariton pada tahun naas yang sama yaitu tahun 1939 menunjukkan bahwa untuk itu perlu menggunakan moderator neutron berupa air berat atau grafit dan memperkaya uranium alam dengan uranium- 235 setidaknya 1,83 kali. Kemudian gagasan ini bagi mereka tampak murni khayalan: “Perlu dicatat bahwa kira-kira dua kali lipat pengayaan uranium dalam jumlah yang cukup signifikan yang diperlukan untuk melakukan ledakan berantai,<...>adalah tugas yang sangat rumit dan hampir mustahil dilakukan.” Sekarang masalah ini telah terpecahkan, dan industri nuklir memproduksi secara massal uranium yang diperkaya dengan uranium-235 hingga 3,5% untuk pembangkit listrik.

Apa itu fisi nuklir spontan? Pada tahun 1940, G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak menemukan bahwa fisi uranium dapat terjadi secara spontan, tanpa pengaruh eksternal, meskipun waktu paruhnya jauh lebih lama dibandingkan dengan peluruhan alfa biasa. Karena fisi tersebut juga menghasilkan neutron, jika tidak dibiarkan keluar dari zona reaksi, maka neutron akan berperan sebagai pemrakarsa reaksi berantai. Fenomena inilah yang digunakan dalam pembuatan reaktor nuklir.

Mengapa energi nuklir dibutuhkan? Zeldovich dan Khariton termasuk orang pertama yang menghitung dampak ekonomi dari energi nuklir (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). “...Saat ini, masih mustahil untuk membuat kesimpulan akhir tentang kemungkinan atau ketidakmungkinan melakukan reaksi fisi nuklir dengan rantai percabangan tak terhingga pada uranium. Jika reaksi seperti itu dapat dilakukan, maka laju reaksi akan disesuaikan secara otomatis untuk memastikan kelancaran reaksi, meskipun terdapat banyak sekali energi yang dimiliki oleh pelaku eksperimen. Keadaan ini sangat menguntungkan bagi penggunaan energi reaksi. Oleh karena itu, marilah kita sajikan - meskipun ini adalah pembagian kulit beruang yang tidak dibunuh - beberapa angka yang mencirikan kemungkinan penggunaan energi uranium. Jika proses fisi berlangsung dengan neutron cepat, maka reaksinya menangkap isotop utama uranium (U238), maka<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>biaya kalori dari isotop utama uranium ternyata sekitar 4000 kali lebih murah dibandingkan dengan batu bara (kecuali, tentu saja, proses “pembakaran” dan pembuangan panas ternyata jauh lebih mahal dalam kasus uranium daripada dalam kasus batubara). Dalam kasus neutron lambat, biaya kalori “uranium” (berdasarkan gambar di atas), dengan mempertimbangkan kelimpahan isotop U235 adalah 0,007, hanya 30 kali lebih murah daripada kalori “batubara”, semua hal lainnya dianggap sama.”

Reaksi berantai terkontrol pertama dilakukan pada tahun 1942 oleh Enrico Fermi di Universitas Chicago, dan reaktor dikontrol secara manual - mendorong batang grafit masuk dan keluar seiring perubahan fluks neutron. Pembangkit listrik pertama dibangun di Obninsk pada tahun 1954. Selain menghasilkan energi, reaktor pertama juga berfungsi untuk memproduksi plutonium tingkat senjata.

Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir? Saat ini, sebagian besar reaktor beroperasi dengan neutron lambat. Uranium yang diperkaya dalam bentuk logam, paduan seperti aluminium, atau oksida ditempatkan dalam silinder panjang yang disebut elemen bahan bakar. Mereka dipasang dengan cara tertentu di dalam reaktor, dan batang moderator dimasukkan di antara mereka, yang mengontrol reaksi berantai. Seiring waktu, racun reaktor terakumulasi dalam elemen bahan bakar - produk fisi uranium, yang juga mampu menyerap neutron. Ketika konsentrasi uranium-235 turun di bawah tingkat kritis, unsur tersebut tidak dapat digunakan lagi. Namun, ia mengandung banyak fragmen fisi dengan radioaktivitas yang kuat, yang menurun selama bertahun-tahun, menyebabkan unsur-unsur tersebut mengeluarkan sejumlah besar panas dalam waktu yang lama. Mereka disimpan di kolam pendingin, dan kemudian dikubur atau dicoba diproses - untuk mengekstraksi uranium-235 yang tidak terbakar, menghasilkan plutonium (digunakan untuk membuat bom atom) dan isotop lain yang dapat digunakan. Bagian yang tidak terpakai dikirim ke kuburan.

Dalam apa yang disebut reaktor cepat, atau reaktor pemulia, reflektor yang terbuat dari uranium-238 atau thorium-232 dipasang di sekitar elemen. Mereka melambat dan mengirim kembali neutron ke zona reaksi yang terlalu cepat. Neutron melambat hingga kecepatan resonansinya menyerap isotop-isotop ini, masing-masing berubah menjadi plutonium-239 atau uranium-233, yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Karena neutron cepat bereaksi buruk dengan uranium-235, konsentrasinya harus ditingkatkan secara signifikan, tetapi hal ini terbayar dengan fluks neutron yang lebih kuat. Terlepas dari kenyataan bahwa reaktor pembiak dianggap sebagai masa depan energi nuklir, karena reaktor ini menghasilkan lebih banyak bahan bakar nuklir daripada yang dikonsumsi, percobaan menunjukkan bahwa reaktor tersebut sulit untuk dikelola. Sekarang hanya ada satu reaktor yang tersisa di dunia - di unit daya keempat PLTN Beloyarsk.

Bagaimana energi nuklir dikritik? Jika kita tidak berbicara tentang kecelakaan, maka poin utama dalam argumen penentang energi nuklir saat ini adalah usulan untuk menambah perhitungan efisiensi biaya perlindungan lingkungan setelah penghentian stasiun dan ketika bekerja dengan bahan bakar. Dalam kedua kasus tersebut, terdapat tantangan dalam pembuangan limbah radioaktif yang dapat diandalkan, dan hal ini merupakan biaya yang ditanggung oleh negara. Ada pendapat bahwa jika kita mentransfernya ke biaya energi, maka daya tarik ekonominya akan hilang.

Ada juga pertentangan di kalangan pendukung energi nuklir. Perwakilannya menunjukkan keunikan uranium-235, yang tidak ada penggantinya, karena isotop alternatif yang dapat dipecah oleh neutron termal - plutonium-239 dan uranium-233 - karena waktu paruhnya ribuan tahun, tidak ditemukan di alam. Dan mereka diperoleh justru sebagai hasil fisi uranium-235. Jika habis, sumber neutron alami yang menakjubkan untuk reaksi berantai nuklir akan hilang. Akibat pemborosan tersebut, umat manusia akan kehilangan kesempatan di masa depan untuk melibatkan thorium-232, yang cadangannya beberapa kali lebih besar dari uranium, ke dalam siklus energi.

Secara teoritis, akselerator partikel dapat digunakan untuk menghasilkan fluks neutron cepat dengan energi megaelektronvolt. Namun, jika kita berbicara, misalnya, tentang penerbangan antarplanet dengan mesin nuklir, maka penerapan skema dengan akselerator besar akan sangat sulit. Menipisnya uranium-235 mengakhiri proyek-proyek tersebut.

Apa itu uranium tingkat senjata? Ini adalah uranium-235 yang sangat diperkaya. Massa kritisnya - sesuai dengan ukuran zat di mana reaksi berantai terjadi secara spontan - cukup kecil untuk menghasilkan amunisi. Uranium tersebut dapat digunakan untuk membuat bom atom, dan juga sebagai bahan bakar untuk bom termonuklir.

Bencana apa yang terkait dengan penggunaan uranium? Energi yang tersimpan dalam inti unsur fisil sangatlah besar. Jika lepas kendali karena kelalaian atau disengaja, energi ini dapat menimbulkan banyak masalah. Dua bencana nuklir terburuk terjadi pada tanggal 6 dan 8 Agustus 1945, ketika Angkatan Udara AS menjatuhkan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, menewaskan dan melukai ratusan ribu warga sipil. Bencana berskala lebih kecil berhubungan dengan kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan perusahaan siklus nuklir. Kecelakaan besar pertama terjadi pada tahun 1949 di Uni Soviet di pabrik Mayak dekat Chelyabinsk, tempat plutonium diproduksi; Limbah radioaktif cair berakhir di Sungai Techa. Pada bulan September 1957, terjadi ledakan di sana, melepaskan sejumlah besar bahan radioaktif. Sebelas hari kemudian, reaktor produksi plutonium Inggris di Windscale terbakar, dan awan beserta produk ledakannya menyebar ke seluruh Eropa Barat. Pada tahun 1979, sebuah reaktor di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Three Mail Island di Pennsylvania terbakar. Akibat paling luas disebabkan oleh kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl (1986) dan pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima (2011), ketika jutaan orang terkena radiasi. Yang pertama mengotori wilayah yang luas, melepaskan 8 ton bahan bakar uranium dan produk pembusukan akibat ledakan tersebut, yang menyebar ke seluruh Eropa. Yang kedua mencemari dan, tiga tahun setelah kecelakaan itu, terus mencemari Samudera Pasifik di wilayah penangkapan ikan. Menghilangkan dampak kecelakaan ini sangatlah mahal, dan jika biaya ini dipecah menjadi biaya listrik, maka biaya tersebut akan meningkat secara signifikan.

Isu tersendiri adalah dampaknya terhadap kesehatan manusia. Menurut statistik resmi, banyak orang yang selamat dari pemboman atau tinggal di daerah yang terkontaminasi mendapat manfaat dari radiasi - yang pertama memiliki harapan hidup yang lebih tinggi, yang kedua memiliki lebih sedikit kanker, dan para ahli menghubungkan peningkatan angka kematian dengan tekanan sosial. Jumlah orang yang meninggal justru akibat kecelakaan atau akibat likuidasi berjumlah ratusan orang. Penentang pembangkit listrik tenaga nuklir menyatakan bahwa kecelakaan tersebut telah menyebabkan beberapa juta kematian dini di benua Eropa, namun hal ini tidak terlihat dalam konteks statistik.

Menghapus lahan dari penggunaan manusia di zona kecelakaan membawa hasil yang menarik: lahan tersebut menjadi semacam cagar alam tempat tumbuhnya keanekaragaman hayati. Memang benar, beberapa hewan menderita penyakit yang berhubungan dengan radiasi. Pertanyaan tentang seberapa cepat mereka beradaptasi dengan latar belakang yang meningkat masih belum terjawab. Ada juga pendapat bahwa konsekuensi dari iradiasi kronis adalah “seleksi untuk orang bodoh” (lihat “Kimia dan Kehidupan”, 2010, No. 5): bahkan pada tahap embrio, organisme yang lebih primitif bertahan hidup. Khususnya terhadap manusia, hal ini akan menyebabkan penurunan kemampuan mental pada generasi yang lahir di daerah terkontaminasi segera setelah kecelakaan.

Apa itu uranium yang habis? Ini adalah uranium-238, yang tersisa setelah pemisahan uranium-235 darinya. Volume limbah dari produksi uranium tingkat senjata dan elemen bahan bakar sangat besar - di Amerika Serikat saja, 600 ribu ton uranium heksafluorida telah terakumulasi (untuk permasalahannya, lihat Chemistry and Life, 2008, No. 5) . Kandungan uranium-235 di dalamnya adalah 0,2%. Limbah ini harus disimpan sampai waktu yang lebih baik, ketika reaktor neutron cepat akan dibuat dan uranium-238 dapat diolah menjadi plutonium, atau digunakan dengan cara lain.

Mereka menemukan kegunaannya. Uranium, seperti unsur transisi lainnya, digunakan sebagai katalis. Misalnya, penulis artikel di ACS Nano tertanggal 30 Juni 2014, mereka menulis bahwa katalis yang terbuat dari uranium atau thorium dengan graphene untuk mereduksi oksigen dan hidrogen peroksida “memiliki potensi yang sangat besar untuk digunakan di sektor energi.” Karena uranium memiliki kepadatan yang tinggi, ia berfungsi sebagai pemberat kapal dan penyeimbang pesawat terbang. Logam ini juga cocok untuk proteksi radiasi pada alat kesehatan dengan sumber radiasi.

Senjata apa yang bisa dibuat dari uranium yang sudah habis? Peluru dan inti untuk proyektil penusuk lapis baja. Perhitungannya disini adalah sebagai berikut. Semakin berat proyektil, semakin tinggi energi kinetiknya. Namun semakin besar proyektilnya, semakin sedikit konsentrasi dampaknya. Artinya diperlukan logam berat dengan kepadatan tinggi. Peluru terbuat dari timah (pemburu Ural pada suatu waktu juga menggunakan platina asli sampai mereka menyadari bahwa itu adalah logam mulia), sedangkan inti cangkangnya terbuat dari paduan tungsten. Para pemerhati lingkungan menunjukkan bahwa timbal mencemari tanah di tempat operasi militer atau perburuan dan akan lebih baik untuk menggantinya dengan sesuatu yang tidak terlalu berbahaya, misalnya tungsten. Namun tungsten tidak murah, dan uranium, yang memiliki kepadatan serupa, merupakan limbah berbahaya. Pada saat yang sama, kontaminasi tanah dan air yang diizinkan dengan uranium kira-kira dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan timbal. Hal ini terjadi karena radioaktivitas lemah dari uranium yang terkuras (dan juga 40% lebih kecil dari uranium alam) diabaikan dan faktor kimia yang sangat berbahaya diperhitungkan: uranium, seperti yang kita ingat, beracun. Pada saat yang sama, kepadatannya 1,7 kali lebih besar dari kepadatan timbal, yang berarti ukuran peluru uranium dapat dikurangi setengahnya; uranium jauh lebih tahan api dan keras dibandingkan timbal - uranium lebih sedikit menguap saat ditembakkan, dan ketika mencapai target, ia menghasilkan lebih sedikit mikropartikel. Secara umum, peluru uranium tidak terlalu menimbulkan polusi dibandingkan peluru timah, meskipun penggunaan uranium tersebut tidak diketahui secara pasti.

Namun diketahui bahwa pelat yang terbuat dari depleted uranium digunakan untuk memperkuat lapis baja tank Amerika (ini difasilitasi oleh kepadatan dan titik lelehnya yang tinggi), dan juga sebagai pengganti paduan tungsten pada inti proyektil penusuk lapis baja. Inti uranium juga bagus karena uranium bersifat piroforik: partikel-partikel kecilnya yang panas terbentuk saat tumbukan dengan lapisan baja, menyala dan membakar segala sesuatu di sekitarnya. Kedua aplikasi tersebut dianggap aman terhadap radiasi. Dengan demikian, perhitungan menunjukkan bahwa bahkan setelah duduk selama satu tahun di dalam tangki dengan lapis baja uranium yang dilengkapi dengan amunisi uranium, awak kapal hanya akan menerima seperempat dari dosis yang diizinkan. Dan untuk mendapatkan dosis tahunan yang diizinkan, Anda perlu memasang amunisi tersebut ke permukaan kulit selama 250 jam.

Peluru dengan inti uranium - untuk meriam pesawat 30 mm atau sub-kaliber artileri - telah digunakan oleh Amerika dalam perang baru-baru ini, dimulai dengan kampanye Irak tahun 1991. Tahun itu mereka menghujani unit lapis baja Irak di Kuwait dan selama mundurnya mereka, 300 ton depleted uranium, dimana 250 ton, atau 780 ribu butir, ditembakkan ke senjata pesawat. Di Bosnia dan Herzegovina, selama pemboman tentara Republika Srpska yang tidak dikenal, 2,75 ton uranium dihabiskan, dan selama penembakan tentara Yugoslavia di wilayah Kosovo dan Metohija - 8,5 ton, atau 31 ribu butir peluru. Karena WHO saat itu prihatin dengan akibat penggunaan uranium, maka dilakukan pemantauan. Dia menunjukkan bahwa satu salvo terdiri dari sekitar 300 peluru, dimana 80% mengandung uranium yang sudah habis. 10% mencapai target, dan 82% jatuh dalam jarak 100 meter dari target. Sisanya tersebar dalam jarak 1,85 km. Sebuah cangkang yang mengenai tank terbakar dan berubah menjadi aerosol, cangkang uranium menembus sasaran ringan seperti pengangkut personel lapis baja. Jadi, paling banyak satu setengah ton cangkang bisa berubah menjadi debu uranium di Irak. Menurut para ahli dari pusat penelitian strategis Amerika RAND Corporation, lebih dari 10 hingga 35% uranium bekas berubah menjadi aerosol. Aktivis amunisi anti-uranium Kroasia Asaf Durakovic, yang telah bekerja di berbagai organisasi mulai dari Rumah Sakit King Faisal di Riyadh hingga Pusat Penelitian Medis Uranium Washington, memperkirakan bahwa di Irak selatan saja pada tahun 1991, 3-6 ton partikel uranium submikron terbentuk, yang tersebar di wilayah yang luas, yaitu kontaminasi uranium di sana sebanding dengan Chernobyl.

Uranium bukanlah aktinida yang khas; lima keadaan valensinya diketahui - dari 2+ hingga 6+. Beberapa senyawa uranium memiliki warna yang khas. Jadi, larutan uranium trivalen berwarna merah, uranium tetravalen berwarna hijau, dan uranium heksavalen - terdapat dalam bentuk ion uranil (UO 2) 2+ - mewarnai larutan kuning... Fakta bahwa uranium heksavalen membentuk senyawa dengan banyak bahan organik zat pengompleks, ternyata sangat penting untuk teknologi ekstraksi unsur No. 92.

Merupakan ciri khas bahwa kulit elektron terluar ion uranium selalu terisi penuh; Elektron valensi berada pada lapisan elektron sebelumnya, pada subkulit 5f. Jika kita membandingkan uranium dengan unsur lain, jelas bahwa plutonium paling mirip dengannya. Perbedaan utama di antara keduanya adalah radius ionik uranium yang besar. Selain itu, plutonium paling stabil dalam keadaan tetravalen, dan uranium paling stabil dalam keadaan heksavalen. Ini membantu memisahkan mereka, yang sangat penting: bahan bakar nuklir plutonium-239 diperoleh secara eksklusif dari uranium, pemberat dari sudut pandang energi uranium-238. Plutonium terbentuk dalam massa uranium dan harus dipisahkan!

Namun, pertama-tama Anda perlu mendapatkan uranium dalam jumlah besar melalui rantai teknologi yang panjang, dimulai dengan bijih. Biasanya merupakan bijih multi-komponen yang miskin uranium.

Isotop ringan dari unsur berat

Ketika kami berbicara tentang mendapatkan elemen No. 92, kami sengaja menghilangkan satu tahap penting. Seperti yang Anda ketahui, tidak semua uranium mampu mendukung reaksi berantai nuklir. Uranium-238, yang menyumbang 99,28% campuran isotop alami, tidak mampu melakukan hal ini. Oleh karena itu, uranium-238 diubah menjadi plutonium, dan campuran alami isotop uranium diusahakan untuk dipisahkan atau diperkaya dengan isotop uranium-235, yang mampu melakukan fisi neutron termal.

Banyak metode telah dikembangkan untuk memisahkan uranium-235 dan uranium-238. Metode difusi gas paling sering digunakan. Esensinya adalah jika campuran dua gas dilewatkan melalui sekat berpori, maka cahaya akan lebih cepat lewat. Pada tahun 1913, F. Aston memisahkan sebagian isotop neon dengan cara ini.

Sebagian besar senyawa uranium dalam kondisi normal berbentuk padat dan hanya dapat diubah menjadi gas pada suhu yang sangat tinggi, ketika tidak ada pembicaraan tentang proses pemisahan isotop yang halus. Namun, senyawa uranium yang tidak berwarna dengan fluor, UF 6 heksafluorida, sudah menyublim pada 56,5 ° C (pada tekanan atmosfer). UF 6 adalah senyawa uranium yang paling mudah menguap dan paling cocok untuk memisahkan isotopnya melalui difusi gas.

Uranium heksafluorida ditandai dengan aktivitas kimia yang tinggi. Korosi pada pipa, pompa, wadah, interaksi dengan pelumasan mekanisme - daftar masalah kecil namun mengesankan yang harus diatasi oleh pencipta pabrik difusi. Kami menghadapi kesulitan yang lebih serius.

Uranium heksafluorida, diperoleh dengan fluoridasi campuran alami isotop uranium, dari sudut pandang “difusi”, dapat dianggap sebagai campuran dua gas dengan massa molekul yang sangat mirip - 349 (235+19*6) dan 352 (238 +19*6). Koefisien pemisahan teoritis maksimum dalam satu tahap difusi untuk gas yang berat molekulnya sedikit berbeda hanya 1,0043. Dalam kondisi nyata, nilai ini bahkan lebih kecil lagi. Ternyata konsentrasi uranium-235 dapat ditingkatkan dari 0,72 menjadi 99% hanya dengan bantuan beberapa ribu langkah difusi. Oleh karena itu, pabrik pemisahan isotop uranium menempati area seluas beberapa puluh hektar. Luas partisi berpori pada tahap pemisahan pabrik kira-kira sama besarnya.

Secara singkat tentang isotop uranium lainnya

Uranium alam, selain uranium-235 dan uranium-238, termasuk uranium-234. Kelimpahan isotop langka ini dinyatakan sebagai angka dengan empat angka nol setelah koma. Isotop buatan yang lebih mudah diakses adalah uranium-233. Itu diperoleh dengan menyinari thorium dalam fluks neutron reaktor nuklir:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
Menurut semua aturan fisika nuklir, uranium-233, sebagai isotop ganjil, habis dibagi dengan neutron termal. Dan yang paling penting, dalam reaktor dengan uranium-233, perluasan reproduksi bahan bakar nuklir dapat (dan memang) terjadi. Dalam reaktor neutron termal konvensional! Perhitungan menunjukkan bahwa ketika satu kilogram uranium-233 terbakar di reaktor thorium, 1,1 kg uranium-233 baru akan terakumulasi di dalamnya. Sebuah keajaiban, dan itu saja! Kami membakar satu kilogram bahan bakar, namun jumlah bahan bakarnya tidak berkurang.

Namun, keajaiban seperti itu hanya mungkin terjadi dengan bahan bakar nuklir.

Siklus uranium-torium dalam reaktor neutron termal merupakan pesaing utama siklus uranium-plutonium untuk reproduksi bahan bakar nuklir dalam reaktor neutron cepat... Sebenarnya, hanya karena itu, unsur No. 90 - thorium - diklasifikasikan sebagai materi strategis.

Isotop uranium buatan lainnya tidak memainkan peran penting. Perlu disebutkan uranium-239 - isotop pertama dalam rantai transformasi uranium-238 plutonium-239. Waktu paruhnya hanya 23 menit.

Isotop uranium dengan nomor massa lebih besar dari 240 tidak mempunyai waktu untuk terbentuk di reaktor modern. Masa hidup uranium-240 terlalu pendek, dan ia meluruh sebelum sempat menangkap neutron.

Dalam fluks neutron yang sangat kuat dari ledakan termonuklir, inti uranium berhasil menangkap hingga 19 neutron dalam sepersejuta detik. Dalam hal ini, lahirlah isotop uranium dengan nomor massa 239 hingga 257. Keberadaannya diketahui dari kemunculan unsur transuranium jauh - keturunan isotop uranium berat - dalam produk ledakan termonuklir. Para “pendiri genus” itu sendiri terlalu tidak stabil terhadap peluruhan beta dan berubah menjadi unsur-unsur yang lebih tinggi jauh sebelum produk-produk reaksi nuklir diekstraksi dari batuan yang tercampur oleh ledakan.

Reaktor termal modern membakar uranium-235. Dalam reaktor neutron cepat yang sudah ada, energi inti dari isotop umum, uranium-238, dilepaskan, dan jika energi adalah kekayaan sejati, maka inti uranium akan bermanfaat bagi umat manusia dalam waktu dekat: energi unsur N° 92 akan menjadi dasar keberadaan kita.

Sangat penting untuk memastikan bahwa uranium dan turunannya hanya terbakar di reaktor nuklir pembangkit listrik yang damai, terbakar perlahan, tanpa asap dan api.

SUMBER URANIUM LAINNYA. Saat ini sudah menjadi air laut. Instalasi industri percontohan sudah beroperasi untuk mengekstraksi uranium dari air menggunakan bahan penyerap khusus: titanium oksida atau serat akrilik yang diolah dengan reagen tertentu.

SIAPA BERAPA. Pada awal tahun 80an, produksi uranium di negara-negara kapitalis adalah sekitar 50.000 g per tahun (dalam U3O). Sekitar sepertiga dari jumlah ini disediakan oleh industri AS. Kanada berada di peringkat kedua, disusul Afrika Selatan. Nigor, Gabon, Namibia. Di antara negara-negara Eropa, Perancis adalah negara yang paling banyak memproduksi uranium dan senyawanya, namun pangsanya hampir tujuh kali lebih sedikit dibandingkan Amerika Serikat.

KONEKSI NON-TRADISIONAL. Meskipun bukan tanpa dasar bahwa kimia uranium dan plutonium dipelajari lebih baik dibandingkan kimia unsur tradisional seperti besi, ahli kimia masih menemukan senyawa uranium baru. Maka, pada tahun 1977, jurnal “Radiokimia”, jilid XIX, no. 6 melaporkan dua senyawa uranil baru. Komposisinya adalah MU02(S04)2-SH20, dengan M adalah ion mangan atau kobalt divalen. Pola difraksi sinar-X menunjukkan bahwa senyawa baru tersebut merupakan garam rangkap, dan bukan campuran dua garam serupa.

Teknologi nuklir sebagian besar didasarkan pada penggunaan metode radiokimia, yang pada gilirannya didasarkan pada sifat fisik, fisik, kimia, dan racun nuklir dari unsur radioaktif.

Dalam bab ini kita akan membatasi diri pada penjelasan singkat tentang sifat-sifat isotop fisil utama - uranium dan plutonium.

Uranus

Uranus ( uranium) U - unsur golongan aktinida, periode 7-0 sistem periodik, Z=92, massa atom 238.029; yang terberat ditemukan di alam.

Terdapat 25 isotop uranium yang diketahui, semuanya radioaktif. Yang termudah 217U (Tj/ 2 =26 ms), terberat 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 menit). Ada 6 isomer nuklir. Uranium alam mengandung tiga isotop radioaktif: 2 8 dan (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 tahun) dan 2 34 U ( 0,0056%, Ti/ 2=2,48-yuz l). Radioaktivitas spesifik uranium alam adalah 2,48104 Bq, terbagi hampir setengahnya antara 2 34 U dan 288 U; 2 35U memberikan kontribusi yang kecil (aktivitas spesifik isotop 2 zi dalam uranium alam 21 kali lebih kecil dari aktivitas 2 3 8 U). Penampang penangkapan neutron termal masing-masing adalah 46, 98 dan 2,7 gudang untuk 2 zzi, 2 35U dan 2 3 8 U; pembagian bagian 527 dan 584 gudang masing-masing menjadi 2 zzi dan 2 z 8 dan; campuran alami isotop (0,7% 235U) 4,2 lumbung.

Meja 1. Sifat fisik nuklir 2 h9 Ri dan 2 35T.

Meja 2. Penangkapan neutron 2 35T dan 2 z 8 C.

Enam isotop uranium mampu melakukan fisi spontan: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i dan 2 z 8 i. Isotop alami 2 33 dan 2 35 U fisi di bawah pengaruh neutron termal dan cepat, dan inti 2 3 8 mampu melakukan fisi hanya jika menangkap neutron dengan energi lebih dari 1,1 MeV. Ketika menangkap neutron dengan energi lebih rendah, inti 288 U pertama-tama berubah menjadi inti 2 -i9U, yang kemudian mengalami peluruhan p dan pertama-tama berubah menjadi 2 -"*9Np, dan kemudian menjadi 2 39Pu. Penampang melintang efektif untuk penangkapan energi termal neutron dari 2 34U, 2 inti 35U dan 2 3 8 dan masing-masing sama dengan 98, 683 dan 2,7 lumbung. Fisi sempurna dari 2 35 U menghasilkan “setara energi panas” sebesar 2-107 kWh/kg. Isotop 2 35 U dan 2 zzi digunakan sebagai bahan bakar nuklir, mampu mendukung reaksi fisi berantai.

Reaktor nuklir menghasilkan n isotop uranium buatan dengan nomor massa 227-^240, dengan umur terpanjang adalah 233U (7 V 2 =i.62 *io 5 tahun); itu diperoleh dengan iradiasi neutron thorium. Dalam fluks neutron super kuat dari ledakan termonuklir, lahirlah isotop uranium dengan nomor massa 239^257.

Uran-232- nuklida teknogenik, a-emitor, T x / 2=68,9 tahun, isotop induk 2 jam 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) dan 23 2 Ra(p), nuklida anak 228 Th. Intensitas fisi spontan adalah 0,47 divisi/s kg.

Uranium-232 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

P + -peluruhan nuklida *3 a Np (Ti/ 2 =14,7 menit):

Dalam industri nuklir, 2 3 2 U diproduksi sebagai produk sampingan selama sintesis nuklida fisil (tingkat senjata) 2 zi dalam siklus bahan bakar thorium. Ketika 2 3 2 Th disinari dengan neutron, terjadi reaksi utama:

dan reaksi samping dua langkah:

Produksi 232 U dari thorium hanya terjadi dengan neutron cepat (E„>6 MeV). Jika zat awalnya mengandung 2 3°TH, maka pembentukan 2 3 2 U dilengkapi dengan reaksi: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Reaksi ini terjadi dengan menggunakan neutron termal. Generasi 2 3 2 U tidak diinginkan karena sejumlah alasan. Penekanannya adalah dengan menggunakan thorium dengan konsentrasi minimal 2 3°TH.

Peluruhan 2×2 terjadi pada arah sebagai berikut:

Peluruhan pada 228 Th (probabilitas 10%, energi peluruhan 5,414 MeV):

energi partikel alfa yang dipancarkan adalah 5,263 MeV (dalam 31,6% kasus) dan 5,320 MeV (dalam 68,2% kasus).

• - fisi spontan (probabilitas kurang dari ~ 12%);
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan kurang dari 5*10" 12%):

Peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2

Uranium-232 adalah pendiri rantai peluruhan panjang, yang mencakup nuklida - penghasil y-quanta keras:

^U-(3,64 hari, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 jam , p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3" Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (tusuk), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

Akumulasi 2 3 2 U tidak dapat dihindari selama produksi 2 zi dalam siklus energi thorium. Radiasi y yang intens yang timbul dari peluruhan 2 3 2 U menghambat perkembangan energi thorium. Yang tidak biasa adalah bahwa isotop genap 2 3 2 11 memiliki penampang fisi yang tinggi di bawah pengaruh neutron (75 lumbung untuk neutron termal), serta penampang penangkapan neutron yang tinggi - 73 lumbung. 2 3 2 U digunakan dalam metode pelacak radioaktif dalam penelitian kimia.

2 jam 2 dan merupakan pendiri rantai peluruhan panjang (menurut skema 2 jam 2 T), yang mencakup penghasil nuklida y-quanta keras. Akumulasi 2 3 2 U tidak dapat dihindari selama produksi 2 zi dalam siklus energi thorium. Radiasi y yang intens yang timbul dari peluruhan 232 U menghambat perkembangan energi thorium. Yang tidak biasa adalah bahwa isotop genap 2 3 2 U memiliki penampang fisi yang tinggi di bawah pengaruh neutron (75 lumbung untuk neutron termal), serta penampang penangkapan neutron yang tinggi - 73 lumbung. 2 3 2 U sering digunakan dalam metode pelacak radioaktif dalam penelitian kimia dan fisika.

Uran-233- radionuklida buatan, a-emitor (energi 4,824 (82,7%) dan 4,783 MeV (14,9%)), televisi= 1,585105 tahun, nuklida induk 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), nuklida anakan 22 9Th. 2 zzi diperoleh dalam reaktor nuklir dari thorium: 2 z 2 Th menangkap neutron dan berubah menjadi 2 zzT, yang terurai menjadi 2 zzRa, dan kemudian menjadi 2 zzi. Inti dari 2 zi (isotop ganjil) mampu melakukan fisi spontan dan fisi di bawah pengaruh neutron dengan energi berapa pun, sehingga cocok untuk produksi senjata atom dan bahan bakar reaktor. Penampang fisi efektif 533 lumbung, penampang tangkapan 52 lumbung, hasil neutron: per peristiwa fisi - 2,54, per neutron terserap - 2,31. Massa kritis 2 zzi tiga kali lebih kecil dari massa kritis 2 35U (-16 kg). Intensitas fisi spontan adalah 720 divisi/s kg.

Uranium-233 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

- (3 + -peluruhan nuklida 2 33Np (7^=36,2 menit):

Pada skala industri, 2 zi diperoleh dari 2 32Th melalui iradiasi dengan neutron:

Ketika sebuah neutron diserap, inti 2 zzi biasanya terbelah, tetapi kadang-kadang menangkap sebuah neutron, berubah menjadi 2 34U. Meskipun 2 zzi biasanya membelah setelah menyerap sebuah neutron, terkadang ia menahan sebuah neutron, berubah menjadi 2 34U. Produksi 2 zir dilakukan di reaktor cepat dan termal.

Dari sudut pandang senjata, 2 ZZI sebanding dengan 2 39Pu: radioaktivitasnya 1/7 dari aktivitas 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 liter versus 24100 liter untuk Pu), massa kritis 2 zi 60% lebih tinggi dibandingkan massa kritis ^Pu (16 kg versus 10 kg), dan laju fisi spontan 20 kali lebih tinggi (bth - ' versus 310 10). Fluks neutron dari 2 zzi tiga kali lebih tinggi dibandingkan dengan 2 39Pi. Membuat muatan nuklir berdasarkan 2 zi membutuhkan lebih banyak usaha daripada ^Pi. Hambatan utamanya adalah adanya pengotor 232 U di 2ZZI, radiasi y dari proyek peluruhan yang menyulitkan pengerjaan 2ZZI dan memudahkan pendeteksian senjata jadi. Selain itu, waktu paruh 2 3 2 U yang pendek menjadikannya sumber aktif partikel alfa. 2 zi dengan 1% 232 dan memiliki aktivitas a tiga kali lebih kuat daripada plutonium tingkat senjata dan, karenanya, memiliki radiotoksisitas yang lebih besar. Aktivitas a ini menyebabkan terciptanya neutron pada unsur ringan muatan senjata. Untuk meminimalkan masalah ini, keberadaan unsur-unsur seperti Be, B, F, Li harus diminimalkan. Kehadiran latar belakang neutron tidak mempengaruhi pengoperasian sistem ledakan, tetapi sirkuit meriam memerlukan tingkat kemurnian yang tinggi untuk elemen ringan.Kandungan 23 2 U dalam senjata kelas 2 zi tidak boleh melebihi 5 bagian per juta (0,0005% ). Dalam bahan bakar reaktor tenaga panas, keberadaan 2 3G tidak berbahaya, dan bahkan diinginkan, karena mengurangi kemungkinan penggunaan uranium untuk keperluan senjata. Setelah bahan bakar bekas diolah dan digunakan kembali, kandungan 232U mencapai sekitar 1+ 0,2%.

Peluruhan 2 zi terjadi pada arah berikut:

Peluruhan pada 22 9Th (probabilitas 10%, energi peluruhan 4,909 MeV):

energi partikel yahr yang dipancarkan adalah 4,729 MeV (dalam 1,61% kasus), 4,784 MeV (dalam 13,2% kasus) dan 4,824 MeV (dalam 84,4% kasus).

• - pembagian spontan (probabilitas
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan kurang dari 1,3*10_13%):

Peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 24 Ne (probabilitas peluruhan 7,3-10-“%):

Rantai peluruhan 2 zzi termasuk dalam seri neptunium.

Radioaktivitas spesifik 2 zi adalah 3,57-8 Bq/g, yang setara dengan aktivitas (dan radiotoksisitas) -15% plutonium. Hanya 1% 2 3 2 U meningkatkan radioaktivitas hingga 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) bagian uranium alam (0,0055%), 2,445105 tahun, a-emitor (energi partikel a 4,777 (72%) dan

4.723 (28%) MeV), radionuklida induk: 2 jam 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

isotop anak perempuan pada 2 z”th.

Biasanya, 234 U berada dalam kesetimbangan dengan 2 jam 8 u, meluruh dan terbentuk dengan kecepatan yang sama. Sekitar setengah dari radioaktivitas uranium alam disumbangkan oleh 234U. Biasanya, 234U diperoleh dengan kromatografi penukar ion dari sediaan lama 2 × 8 Pu murni. Selama peluruhan a, *zRi menghasilkan 2 · 34U, jadi sediaan lama 2 jam 8 Ru merupakan sumber yang baik untuk 2 · 34U. yuo g 238Pi mengandung setelah satu tahun 776 mg 2 34U, setelah 3 tahun

2,2 gram 2 34U. Konsentrasi 2 34U dalam uranium yang diperkaya tinggi cukup tinggi karena pengayaan istimewa dengan isotop ringan. Karena 2 34u adalah pemancar y yang kuat, terdapat pembatasan konsentrasinya dalam uranium yang dimaksudkan untuk diolah menjadi bahan bakar. Peningkatan kadar 234i dapat diterima oleh reaktor, namun bahan bakar bekas yang diproses ulang sudah mengandung kadar isotop ini yang tidak dapat diterima.

Peluruhan 234i terjadi pada arah berikut:

Peluruhan A pada 2 3°Т (probabilitas 100%, energi peluruhan 4,857 MeV):

energi partikel alfa yang dipancarkan adalah 4,722 MeV (dalam 28,4% kasus) dan 4,775 MeV (dalam 71,4% kasus).

• - pembelahan spontan (probabilitas 1,73-10-9%).
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 28 Mg (probabilitas peluruhan 1,4-10%, menurut data lain 3,9-10%):

• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2 4Ne dan 26 Ne (probabilitas peluruhan 9-10", 2%, menurut data lain 2,3-10_11%):

Satu-satunya isomer yang diketahui adalah 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Penampang serapan 2 neutron termal 34U adalah 100 lumbung, dan untuk integral resonansi yang dirata-ratakan pada berbagai neutron perantara adalah 700 lumbung. Oleh karena itu, dalam reaktor neutron termal, ia diubah menjadi 235U fisil dengan laju yang lebih cepat daripada jumlah 238U yang jauh lebih besar (dengan penampang 2,7 lumbung) yang diubah menjadi 2 39Ru. Akibatnya, bahan bakar bekas mengandung lebih sedikit 2 34U dibandingkan bahan bakar segar.

Uran-235 termasuk dalam keluarga 4P+3, yang mampu menghasilkan reaksi fisi berantai. Ini adalah isotop pertama yang menemukan reaksi fisi nuklir paksa di bawah pengaruh neutron. Dengan menyerap satu neutron, 235U menjadi 2 zbi, yang terbagi menjadi dua bagian, melepaskan energi dan memancarkan beberapa neutron. Fisil oleh neutron dengan energi berapa pun dan mampu melakukan fisi spontan, isotop 2 35U merupakan bagian dari ufan alami (0,72%), emitor (energi 4,397 (57%) dan 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-8 tahun, nuklida induk 2 35Pa, 2 35Np dan 2 39Pu, anak perempuan - 23Th. Laju fisi spontan 2 3su 0,16 fisi/s kg. Ketika satu inti 2 35U membelah, energi 200 MeV = 3,210 p J dilepaskan, mis. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Penampang fisi oleh neutron termal adalah 545 lumbung, dan oleh neutron cepat - 1,22 lumbung, hasil neutron: per aksi fisi - 2,5, per neutron yang diserap - 2,08.

Komentar. Penampang penangkapan neutron lambat menghasilkan isotop 2 sii (oo lumbung), sehingga total penampang serapan neutron lambat adalah 645 lumbung.

• - fisi spontan (probabilitas 7*10~9%);
• - peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 2 °Ne, 2 5Ne dan 28 Mg (probabilitasnya masing-masing adalah 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Beras. 1.

Satu-satunya isomer yang diketahui adalah 2 35n»u (7/ 2 = 2b menit).

Aktivitas spesifik 2 35C 7,77-4 Bq/g. Massa kritis uranium tingkat senjata (93,5% 2 35U) untuk bola dengan reflektor adalah 15-7-23 kg.

Fisi 2 »5U digunakan dalam senjata atom, untuk produksi energi dan untuk sintesis aktinida penting. Reaksi berantai dipertahankan oleh kelebihan neutron yang dihasilkan selama fisi 2 35C.

Uran-236 ditemukan secara alami di Bumi dalam jumlah kecil (lebih banyak di Bulan), a-emitor (?

Beras. 2. Keluarga radioaktif 4/7+2 (termasuk -з 8 и).

Dalam reaktor atom, 2 sz menyerap neutron termal, setelah itu fisi dengan probabilitas 82%, dan dengan probabilitas 18% memancarkan kuantum y dan berubah menjadi 2 sb dan (untuk 100 inti fisi 2 35U ada terdapat 22 inti yang terbentuk 2 3 6 U) . Dalam jumlah kecil itu adalah bagian dari bahan bakar segar; terakumulasi ketika uranium diiradiasi dengan neutron di dalam reaktor, dan oleh karena itu digunakan sebagai “alat pemberi sinyal” untuk bahan bakar nuklir bekas. 2 hb dan terbentuk sebagai produk sampingan selama pemisahan isotop melalui difusi gas selama regenerasi bahan bakar nuklir bekas. 236 U adalah racun neutron yang terbentuk dalam reaktor daya, keberadaannya dalam bahan bakar nuklir dikompensasi oleh pengayaan tingkat tinggi 2 35 U.

2 z b dan digunakan sebagai pelacak pencampuran air laut.

Uranium-237,T&= 6,75 hari, pemancar beta dan gamma, dapat diperoleh dari reaksi nuklir:

Deteksi 287 dan dilakukan sepanjang baris dengan Mata= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U digunakan dalam metode radiotracer dalam penelitian kimia. Mengukur konsentrasi (2-4°Am) akibat uji senjata atom memberikan informasi berharga tentang jenis muatan dan peralatan yang digunakan.

Uran-238- termasuk dalam kelompok 4P+2, dapat dipecah oleh neutron berenergi tinggi (lebih dari 1,1 MeV), mampu melakukan fisi spontan, membentuk bahan dasar uranium alam (99,27%), a-emitor, 7’; /2=4>468-109 tahun, langsung meluruh menjadi 2 34Th, membentuk sejumlah radionuklida yang berkaitan secara genetik, dan setelah 18 produk berubah menjadi 206 Рb. Murni 2 3 8 U memiliki radioaktivitas spesifik 1,22-104 Bq. Waktu paruhnya sangat lama - sekitar 10 16 tahun, sehingga kemungkinan fisi sehubungan dengan proses utama - emisi partikel alfa - hanya 10" 7. Satu kilogram uranium hanya menghasilkan 10 fisi spontan per detik, dan pada saat yang sama partikel alfa mengeluarkan 20 juta inti Nuklida induk: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, anak perempuan T,/ 2 = 2 :Saya 4 Th.

Uranium-238 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Di antara mineral sekunder, kalsium uranil fosfat terhidrasi Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 sering ditemukan dalam mineral uranium disertai dengan unsur berguna lainnya - titanium , tantalum, tanah jarang. Oleh karena itu, wajar jika kita mengupayakan pengolahan bijih yang mengandung uranium secara kompleks.

Sifat fisik dasar uranium: massa atom 238,0289 sma. (g/mol); jari-jari atom 138 sore (1 siang = 12 m); energi ionisasi (elektron pertama 7,11 eV; konfigurasi elektronik -5f36d'7s 2; bilangan oksidasi 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; kepadatan 19,05; kapasitas panas spesifik 0,115 JDKmol); kuat tarik 450 MPa, kalor peleburan 12,6 kJ/mol, kalor penguapan 417 kJ/mol, kalor jenis 0,115 J/(mol-K); volume molar 12,5 cm3/mol; karakteristik suhu Debye © D =200K, suhu transisi ke keadaan superkonduktor sekitar 0,68K.

Uranium adalah logam berat, berwarna putih keperakan, dan mengkilat. Ini sedikit lebih lembut dari baja, mudah dibentuk, fleksibel, memiliki sedikit sifat paramagnetik, dan bersifat piroforik dalam bentuk bubuk. Uranium memiliki tiga bentuk alotropik: alfa (ortorombik, a-U, parameter kisi 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil hingga 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil dari 667,7 hingga 774,8°), gamma (dengan kisi berpusat benda kubik, y-U, terdapat dari 774,8° hingga titik leleh, frm= ii34 0), dimana uranium paling mudah ditempa dan mudah untuk diproses.

Pada suhu kamar, fase a ortorombik stabil; struktur prismatik terdiri dari lapisan atom bergelombang yang sejajar dengan bidang. ABC, dalam kisi prismatik yang sangat asimetris. Di dalam lapisan, atom-atom terikat erat, sedangkan kekuatan ikatan antar atom di lapisan yang berdekatan jauh lebih lemah (Gambar 4). Struktur anisotropik ini mempersulit paduan uranium dengan logam lain. Hanya molibdenum dan niobium yang menghasilkan paduan fase padat dengan uranium. Namun, logam uranium dapat berinteraksi dengan banyak paduan, membentuk senyawa intermetalik.

Pada kisaran 668^775° terdapat (3-uranium. Kisi tipe tetragonal memiliki struktur berlapis dengan lapisan sejajar bidang ab di posisi 1/4С, 1/2 Dengan dan 3/4C sel satuan. Pada suhu di atas 775°, y-uranium dengan kisi kubik berpusat pada tubuh terbentuk. Penambahan molibdenum memungkinkan fase y hadir pada suhu kamar. Molibdenum membentuk berbagai larutan padat dengan y-uranium dan menstabilkan fase y pada suhu kamar. y-Uranium jauh lebih lembut dan lebih mudah ditempa dibandingkan fase a- dan (3-fasa yang rapuh.

Iradiasi neutron mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat fisik dan mekanik uranium, menyebabkan peningkatan ukuran sampel, perubahan bentuk, serta penurunan tajam sifat mekanik (creep, embrittlement) blok uranium selama proses. pengoperasian reaktor nuklir. Peningkatan volume ini disebabkan oleh akumulasi uranium selama fisi pengotor unsur-unsur dengan kepadatan lebih rendah (terjemahan 1% uranium menjadi unsur fragmentasi meningkatkan volume sebesar 3,4%).

Beras. 4. Beberapa struktur kristal uranium: a - a-uranium, b - p-uranium.

Metode yang paling umum untuk memperoleh uranium dalam bentuk logam adalah dengan mereduksi fluoridanya dengan logam alkali atau alkali tanah atau dengan elektrolisis garam cair. Uranium juga dapat diperoleh dengan reduksi metalotermik dari karbida dengan tungsten atau tantalum.

Kemampuan melepaskan elektron dengan mudah menentukan sifat reduksi uranium dan aktivitas kimianya yang lebih besar. Uranium dapat berinteraksi dengan hampir semua unsur kecuali gas mulia, memperoleh bilangan oksidasi +2, +3, +4, +5, +6. Dalam larutan valensi utama adalah 6+.

Teroksidasi dengan cepat di udara, logam uranium ditutupi dengan lapisan oksida warna-warni. Bubuk uranium halus secara spontan terbakar di udara (pada suhu 1504-175°), membentuk dan;) Ov. Pada suhu 1000°, uranium bergabung dengan nitrogen, membentuk uranium nitrida kuning. Air dapat bereaksi dengan logam, secara perlahan pada suhu rendah dan cepat pada suhu tinggi. Uranium bereaksi hebat dengan air mendidih dan uap menghasilkan hidrogen, yang membentuk hidrida dengan uranium

Reaksi ini lebih energik dibandingkan pembakaran uranium dalam oksigen. Aktivitas kimia uranium ini mengharuskan perlindungan uranium di reaktor nuklir dari kontak dengan air.

Uranium larut dalam asam klorida, nitrat dan asam lainnya, membentuk garam U(IV), tetapi tidak berinteraksi dengan basa. Uranium menggantikan hidrogen dari asam anorganik dan larutan garam logam seperti merkuri, perak, tembaga, timah, platinum, dan emas. Ketika dikocok dengan kuat, partikel logam uranium mulai bersinar.

Ciri-ciri struktur kulit elektron atom uranium (keberadaan ^/-elektron) dan beberapa sifat fisikokimia menjadi dasar untuk mengklasifikasikan uranium ke dalam deret aktinida. Namun, terdapat analogi kimia antara uranium dan Cr, Mo dan W. Uranium sangat reaktif dan bereaksi dengan semua unsur kecuali gas mulia. Pada fasa padat, contoh U(VI) adalah uranil trioksida U0 3 dan uranil klorida U0 2 C1 2. Uranium tetraklorida UC1 4 dan uranium dioksida U0 2

Contoh U(IV). Zat yang mengandung U(IV) biasanya tidak stabil dan menjadi heksavalen bila terkena udara dalam waktu lama.

Enam oksida terbentuk dalam sistem uranium-oksigen: UO, U0 2, U 4 0 9, dan 3 Ov, U0 3. Mereka dicirikan oleh homogenitas yang luas. U0 2 merupakan oksida basa, sedangkan U0 3 bersifat amfoter. U0 3 - berinteraksi dengan air membentuk sejumlah hidrat, yang terpenting adalah asam diuranat H 2 U 2 0 7 dan asam uranium H 2 1U 4. Dengan basa, U0 3 membentuk garam dari asam ini - uranat. Ketika U0 3 dilarutkan dalam asam, garam dari kation uranil bermuatan ganda U0 2 a+ terbentuk.

Uranium dioksida, U0 2, dengan komposisi stoikiometri berwarna coklat. Ketika kandungan oksigen dalam oksida meningkat, warnanya berubah dari coklat tua menjadi hitam. Struktur kristal tipe CaF 2, A = 0,547nm; kepadatan 10,96 g/cm"* (kepadatan tertinggi di antara oksida uranium). T , tolong =2875 0 , Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Uranium dioksida adalah semikonduktor dengan konduktivitas lubang dan paramagnetik yang kuat. MPC = o,015mg/m3. Tidak larut dalam air. Pada suhu -200° ia menambahkan oksigen, mencapai komposisi U0 2>25.

Uranium (IV) oksida dapat dibuat melalui reaksi berikut:

Uranium dioksida hanya menunjukkan sifat dasar, sesuai dengan basa hidroksida U(OH) 4, yang kemudian diubah menjadi hidroksida terhidrasi U0 2 H 2 0. Uranium dioksida perlahan larut dalam asam non-pengoksidasi kuat tanpa adanya oksigen atmosfer dengan pembentukan ion III+:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)

Ini larut dalam asam pekat, dan laju pembubaran dapat ditingkatkan secara signifikan dengan menambahkan ion fluor.

Ketika dilarutkan dalam asam nitrat, pembentukan ion uranil 1O 2 2+ terjadi:

Triuran octaoxide U 3 0s (uranium oksida) adalah bubuk yang warnanya bervariasi dari hitam hingga hijau tua; jika diremas kuat, warnanya berubah menjadi hijau zaitun. Kristal hitam besar meninggalkan garis-garis hijau pada porselen. Tiga modifikasi kristal U 3 0 diketahui h: a-U 3 C>8 - struktur kristal belah ketupat (grup ruang C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = o.83 nm; D =0,839nm); p-U 3 0e - struktur kristal belah ketupat (grup ruang Pertama; 0=0,705nm; 6=1,172nm; 0=0,829nm. Awal dekomposisi adalah oooo° (transisi ke 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 dapat diperoleh dengan reaksi:

Dengan kalsinasi U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 atau (NH 4) 2 U 2 0 7 pada 750 0 di udara atau di atmosfer oksigen ( p = 150+750 mmHg) memperoleh U 3 08 yang murni secara stoikiometri.

Ketika U 3 0s dikalsinasi pada T>oooo°, ia berkurang menjadi 10 2 , tetapi setelah didinginkan di udara ia kembali ke U 3 0s. U 3 0e hanya larut dalam asam kuat pekat. Dalam asam klorida dan asam sulfat, campuran U(IV) dan U(VI) terbentuk, dan dalam asam nitrat - uranil nitrat. Asam sulfat dan asam klorida encer bereaksi sangat lemah dengan U 3 Os bahkan ketika dipanaskan; penambahan zat pengoksidasi (asam nitrat, pirolusit) secara tajam meningkatkan laju disolusi. H 2 S0 4 pekat melarutkan U 3 Os membentuk U(S0 4) 2 dan U0 2 S0 4 . Asam nitrat melarutkan U 3 Oe membentuk uranil nitrat.

Uranium trioksida, U0 3 - zat kristal atau amorf berwarna kuning cerah. Bereaksi dengan air. MPC = 0,075mg/m3.

Ini diperoleh dengan mengkalsinasi amonium poliuranat, uranium peroksida, uranil oksalat pada suhu 300-500° dan uranil nitrat heksahidrat. Ini menghasilkan bubuk jeruk dengan struktur amorf dengan kepadatan

6,8 gram/cmz. Bentuk kristal IU 3 dapat diperoleh dengan oksidasi U 3 0 8 pada suhu 450°h-750° dalam aliran oksigen. Ada enam modifikasi kristal U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 bersifat higroskopis dan di udara lembab berubah menjadi uranil hidroksida. Pemanasannya pada 520°-^6oo° menghasilkan senyawa komposisi 1U 2>9, pemanasan lebih lanjut hingga 6oo° memungkinkan seseorang memperoleh U 3 Os.

Hidrogen, amonia, karbon, alkali dan logam alkali tanah mereduksi U0 3 menjadi U0 2. Ketika campuran gas HF dan NH 3 dilewatkan, UF 4 terbentuk. Pada valensi yang lebih tinggi, uranium menunjukkan sifat amfoter. Bila terkena asam U0 3 atau hidratnya, terbentuk garam uranil (U0 2 2+), berwarna kuning kehijauan:

Kebanyakan garam uranil sangat larut dalam air.

Ketika menyatu dengan basa, U0 3 membentuk garam asam uranat - MDKH uranat:

Dengan larutan basa, uranium trioksida membentuk garam asam poliuranat - poliuranat DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Garam asam uranat praktis tidak larut dalam air.

Sifat asam U(VI) kurang menonjol dibandingkan sifat basa.

Uranium bereaksi dengan fluor pada suhu kamar. Stabilitas halida yang lebih tinggi menurun dari fluorida menjadi iodida. Fluorida UF 3, U4F17, U2F9 dan UF 4 bersifat non-volatil, dan UFe mudah menguap. Fluorida yang paling penting adalah UF 4 dan UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart menurut amalan:

Reaksi dalam unggun terfluidisasi dilakukan menurut persamaan:

Dimungkinkan untuk menggunakan bahan fluorinasi: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) atau CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranium fluorida (1U) UF 4 (“garam hijau”) adalah bubuk berwarna kehijauan kebiruan hingga zamrud. G 11L = yuz6°; ,,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Struktur kristalnya monoklinik (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7nm; p=12b°20"; densitas 6,72 g/cm3. UF 4 adalah senyawa yang stabil, tidak aktif, tidak mudah menguap, sukar larut dalam air. Pelarut terbaik untuk UF 4 adalah asam perklorat berasap HC10 4. Larut dalam asam pengoksidasi membentuk garam uranil ; cepat larut dalam larutan panas Al(N0 3) 3 atau AlCl 3, serta dalam larutan asam borat yang diasamkan dengan H 2 S0 4, HC10 4 atau HC1. Zat pengompleks yang mengikat ion fluorida, misalnya misalnya Fe3 +, Al3 + atau asam borat, juga berkontribusi terhadap pembubaran UF 4. Dengan fluorida logam lain membentuk sejumlah garam ganda yang sukar larut (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, dll.). NH 4 UF 5 memiliki kepentingan industri.

U(IV) fluorida adalah produk antara dalam sediaan

baik UF6 dan logam uranium.

UF 4 dapat diperoleh dengan reaksi:

atau dengan reduksi elektrolitik uranil fluorida.

Uranium heksafluorida UFe - pada suhu kamar, kristal berwarna gading dengan indeks bias tinggi. Kepadatan

5,09 g/cmz, massa jenis UFe cair - 3,63 g/cmz. Senyawa yang mudah menguap. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (di bawah tekanan). Tekanan uap jenuh mencapai atmosfer pada 560°. Entalpi pembentukan AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Struktur kristalnya ortorombik (kelompok ruang. Rp; 0=0,999nm; fe= 0,8962nm; c=o.5207nm; D 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015mg/m3. Dari wujud padat, UF6 dapat menyublim (menyublim) menjadi gas, melewati fase cair pada rentang tekanan yang luas. Panas sublimasi pada 50 0 50 kJ/mg. Molekul tersebut tidak memiliki momen dipol, sehingga UF6 tidak berasosiasi. Uap UFR merupakan gas ideal.

Itu diperoleh melalui aksi fluor pada senyawa U-nya:

Selain reaksi fasa gas, ada juga reaksi fasa cair

memproduksi UF6 menggunakan halofluorida, misalnya

Ada cara untuk mendapatkan UF6 tanpa menggunakan fluor - dengan oksidasi UF 4:

UFe tidak bereaksi dengan udara kering, oksigen, nitrogen, dan C0 2, tetapi jika terkena air, bahkan sedikit pun, ia mengalami hidrolisis:

Ia berinteraksi dengan sebagian besar logam, membentuk fluoridanya, yang mempersulit metode penyimpanannya. Bahan bejana yang cocok untuk bekerja dengan UF6 adalah: saat dipanaskan, Ni, Monel dan Pt, dalam cuaca dingin - juga Teflon, kuarsa dan kaca yang benar-benar kering, tembaga dan aluminium. Pada suhu 25-0°C membentuk senyawa kompleks dengan fluorida logam alkali dan perak jenis 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Ini larut dengan baik dalam berbagai cairan organik, asam anorganik dan semua halofluorida. Inert hingga kering 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr dicirikan oleh reaksi reduksi dengan sebagian besar logam murni. UF6 bereaksi keras dengan hidrokarbon dan zat organik lainnya, sehingga wadah tertutup yang berisi UVe dapat meledak. UF6 pada kisaran 25 -r100° membentuk garam kompleks dengan fluorida alkali dan logam lainnya. Properti ini digunakan dalam teknologi ekstraksi selektif UF

Uranium hidrida UH 2 dan UH 3 menempati posisi perantara antara hidrida mirip garam dan hidrida dari jenis larutan padat hidrogen dalam logam.

Ketika uranium bereaksi dengan nitrogen, nitrida terbentuk. Ada empat fase yang diketahui dalam sistem PBB: UN (uranium nitrida), a-U 2 N 3 (sesquinitride), p- U 2 N 3 dan PBB If90. Komposisi UN 2 (dinitrida) tidak dapat dicapai. Sintesis uranium mononitrida PBB dapat diandalkan dan terkontrol dengan baik, yang paling baik dilakukan langsung dari unsurnya. Uranium nitrida adalah zat tepung yang warnanya bervariasi dari abu-abu tua hingga abu-abu; terlihat seperti logam. PBB memiliki struktur kristal berpusat muka kubik, seperti NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, stabil dalam vakum hingga 1700 0. Dibuat dengan mereaksikan U atau U hidrida dengan N 2 atau NH 3 , dekomposisi nitrida U yang lebih tinggi pada suhu 1300° atau reduksinya dengan logam uranium. U 2 N 3 dikenal dalam dua modifikasi polimorfik: kubik a dan p heksagonal (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), melepaskan N 2 dalam ruang hampa di atas 8oo°. Itu diperoleh dengan mereduksi UN 2 dengan hidrogen. Dinitrida UN2 disintesis dengan mereaksikan U dengan N2 di bawah tekanan N2 yang tinggi. Uranium nitrida mudah larut dalam larutan asam dan alkali, tetapi terurai oleh alkali cair.

Uranium nitrida diperoleh dengan reduksi karbotermik uranium oksida dua tahap:

Pemanasan dalam argon pada 7M450 0 selama 10*20 jam

Uranium nitrida dengan komposisi yang mirip dengan dinitrida, UN 2, dapat diperoleh dengan memaparkan UF 4 pada amonia pada suhu dan tekanan tinggi.

Uranium dinitrida terurai ketika dipanaskan:

Uranium nitrida, diperkaya pada 2 35 U, memiliki kepadatan fisi, konduktivitas termal, dan titik leleh yang lebih tinggi dibandingkan uranium oksida - bahan bakar tradisional reaktor daya modern. Ia juga memiliki sifat mekanik yang baik dan stabilitas yang lebih unggul dibandingkan bahan bakar tradisional. Oleh karena itu, senyawa ini dianggap sebagai bahan bakar nuklir yang menjanjikan pada reaktor neutron cepat (reaktor nuklir generasi IV).

Komentar. Sangat berguna untuk memperkaya PBB dengan ‘5N, karena ,4 N cenderung menangkap neutron, menghasilkan isotop radioaktif 14 C melalui reaksi (n,p).

Uranium karbida UC 2 (?-fase) adalah zat kristal abu-abu muda dengan kilau logam. Dalam sistem UC (uranium karbida), terdapat UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - uranium karbida. Uranium dikarbida UC 2 dapat diperoleh dengan reaksi:

U + 2C^UC 2 (54v)

Uranium karbida digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, dan menjanjikan sebagai bahan bakar mesin roket luar angkasa.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Peran logam dalam garam ini dimainkan oleh kation uranil 2+. Kristal berwarna kuning dengan semburat kehijauan, mudah larut dalam air. Larutan berair bersifat asam. Larut dalam etanol, aseton dan eter, tidak larut dalam benzena, toluena dan kloroform. Ketika dipanaskan, kristal meleleh dan melepaskan HN0 3 dan H 2 0. Kristal hidrat mudah menguap di udara. Reaksi yang khas adalah bahwa di bawah aksi NH 3, endapan kuning amonium uranium terbentuk.

Uranium mampu membentuk senyawa logam-organik. Contohnya adalah turunan siklopentadienil dari komposisi U(C 5 H 5) 4 dan u(C 5 H 5) 3 G yang tersubstitusi halogen atau u(C 5 H 5) 2 G 2.

Dalam larutan air, uranium paling stabil pada bilangan oksidasi U(VI) dalam bentuk ion uranil U0 2 2+. Pada tingkat lebih rendah, hal ini ditandai dengan keadaan U(IV), tetapi bahkan dapat terjadi dalam bentuk U(III). Bilangan oksidasi U(V) dapat berupa ion IO2+, tetapi bilangan oksidasi ini jarang diamati karena kecenderungannya terhadap disproporsionasi dan hidrolisis.

Dalam larutan netral dan asam, U(VI) ada dalam bentuk U0 2 2+ - ion uranil berwarna kuning. Garam uranil yang larut dengan baik antara lain nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, klorida U0 2 C1 2, fluorida U0 2 F 2, asetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Garam-garam ini dilepaskan dari larutan dalam bentuk kristal hidrat dengan jumlah molekul air yang berbeda. Garam uranil yang sedikit larut adalah: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfat U0 2 HP0., dan UO2P2O4, amonium uranil fosfat UO2NH4PO4, natrium uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferrocyanide (U0 2) 2. Ion uranil dicirikan oleh kecenderungannya untuk membentuk senyawa kompleks. Jadi, kompleks dengan ion fluor tipe -, 4- diketahui; kompleks nitrat ' dan 2 *; kompleks asam sulfat 2 " dan 4-; kompleks karbonat 4 " dan 2 ", dll. Ketika basa bekerja pada larutan garam uranil, endapan diuranat jenis Me 2 U 2 0 7 yang sedikit larut dilepaskan (monouranat Me 2 U0 4 tidak diisolasi dari larutan, mereka diperoleh melalui fusi uranium oksida dengan alkali).Me 2 U n 0 3 n+i poliuranat telah diketahui (misalnya, Na 2 U60i 9).

U(VI) direduksi dalam larutan asam menjadi U(IV) oleh besi, seng, aluminium, natrium hidrosulfit, dan natrium amalgam. Solusinya berwarna hijau. Endapan basa darinya adalah hidroksida U0 2 (0H) 2, asam fluorida - fluorida UF 4 -2.5H 2 0, asam oksalat - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Ion U 4+ mempunyai kecenderungan untuk membentuk kompleks yang lebih sedikit dibandingkan ion uranil.

Uranium (IV) dalam larutan berbentuk ion U 4+, yang sangat terhidrolisis dan terhidrasi:

Dalam larutan asam, hidrolisis ditekan.

Uranium (VI) dalam larutan membentuk okokasi uranil - U0 2 2+ Banyak senyawa uranil yang telah diketahui, contohnya adalah: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH 4 ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, dst.

Setelah hidrolisis ion uranil, sejumlah kompleks multinuklear terbentuk:

Dengan hidrolisis lebih lanjut, U 3 0s(0H) 2 dan kemudian U 3 0 8 (0H) 4 2 - muncul.

Untuk deteksi kualitatif uranium, metode analisis kimia, luminescent, radiometrik dan spektral digunakan. Metode kimia sebagian besar didasarkan pada pembentukan senyawa berwarna (misalnya, warna merah-coklat suatu senyawa dengan ferosianida, kuning dengan hidrogen peroksida, biru dengan pereaksi arsenazo). Metode luminescent didasarkan pada kemampuan banyak senyawa uranium untuk menghasilkan cahaya kekuningan-kehijauan ketika terkena sinar UV.

Penentuan kuantitatif uranium dilakukan dengan berbagai metode. Yang paling penting di antaranya adalah: metode volumetrik, yang terdiri dari reduksi U(VI) menjadi U(IV) diikuti dengan titrasi dengan larutan zat pengoksidasi; metode gravimetri - pengendapan uranat, peroksida, cupferranat U(IV), hidroksikuinolat, oksalat, dll. diikuti dengan kalsinasi pada oooo° dan beratnya U 3 0s; metode polarografi dalam larutan nitrat memungkinkan untuk menentukan 10*7-g10-9 g uranium; berbagai metode kolorimetri (misalnya, dengan H 2 0 2 dalam media basa, dengan reagen arsenazo dengan adanya EDTA, dengan dibenzoilmetana, dalam bentuk kompleks tiosianat, dll.); metode luminescent, yang memungkinkan untuk menentukan kapan menyatu dengan NaF ke Yu 11 g uranium.

235U termasuk dalam bahaya radiasi kelompok A, aktivitas signifikan minimum MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 dan - pada kelompok D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

Isi artikel

URANUS, U (uranium), suatu unsur kimia logam dari keluarga aktinida, yang meliputi unsur Ac, Th, Pa, U dan transuranium (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Uranium menjadi terkenal karena penggunaannya dalam senjata nuklir dan tenaga nuklir. Uranium oksida juga digunakan untuk mewarnai kaca dan keramik.

Berada di alam.

Kandungan uranium pada kerak bumi sebesar 0,003% dan terdapat pada lapisan permukaan bumi dalam bentuk empat jenis endapan. Pertama, ini adalah urat uraninit, atau uranium pitch (uranium dioksida UO 2), sangat kaya akan uranium, tetapi jarang. Mereka disertai dengan endapan radium, karena radium adalah produk langsung dari peluruhan isotop uranium. Pembuluh darah seperti itu ditemukan di Zaire, Kanada (Danau Beruang Besar), Republik Ceko, dan Prancis. Sumber uranium kedua adalah konglomerat bijih thorium dan uranium serta bijih mineral penting lainnya. Konglomerat biasanya mengandung emas dan perak dalam jumlah yang cukup untuk diekstraksi, dengan uranium dan thorium sebagai elemen terkait. Deposit besar bijih ini berlokasi di Kanada, Afrika Selatan, Rusia dan Australia. Sumber uranium ketiga adalah batuan sedimen dan batupasir yang kaya akan mineral karnotit (kalium uranil vanadat), yang selain uranium, mengandung sejumlah besar vanadium dan unsur lainnya. Bijih tersebut ditemukan di negara bagian barat Amerika Serikat. Serpih besi-uranium dan bijih fosfat merupakan sumber sedimen keempat. Deposit yang kaya ditemukan di serpih Swedia. Beberapa bijih fosfat di Maroko dan Amerika Serikat mengandung sejumlah besar uranium, dan deposit fosfat di Angola dan Republik Afrika Tengah bahkan lebih kaya akan uranium. Kebanyakan lignit dan beberapa batubara biasanya mengandung pengotor uranium. Deposit lignit yang kaya uranium telah ditemukan di Dakota Utara dan Selatan (AS) dan batubara bitumen di Spanyol dan Republik Ceko.

Pembukaan.

Uranus ditemukan pada tahun 1789 oleh ahli kimia Jerman M. Klaproth, yang menamai unsur tersebut untuk menghormati penemuan planet Uranus 8 tahun sebelumnya. (Klaproth adalah ahli kimia terkemuka pada masanya; ia juga menemukan unsur-unsur lain, termasuk Ce, Ti, dan Zr.) Faktanya, zat yang diperoleh Klaproth bukanlah unsur uranium, melainkan bentuk teroksidasi, dan unsur uranium pertama kali diperoleh dengan ahli kimia Perancis E. .Peligo pada tahun 1841. Dari saat penemuan hingga abad ke-20. uranium tidak memiliki arti penting seperti saat ini, meskipun banyak sifat fisiknya, serta massa dan kepadatan atomnya, telah ditentukan. Pada tahun 1896, A. Becquerel menemukan bahwa garam uranium memiliki radiasi yang menerangi pelat fotografi dalam kegelapan. Penemuan ini mengaktifkan ahli kimia untuk melakukan penelitian di bidang radioaktivitas dan pada tahun 1898, pasangan fisikawan Perancis P. Curie dan M. Sklodowska-Curie mengisolasi garam dari unsur radioaktif polonium dan radium, dan E. Rutherford, F. Soddy, K. Fayans dan ilmuwan lain mengembangkan teori peluruhan radioaktif, yang meletakkan dasar bagi kimia nuklir modern dan energi nuklir.

Penggunaan pertama uranium.

Meskipun radioaktivitas garam uranium diketahui, bijihnya pada sepertiga pertama abad ini hanya digunakan untuk memperoleh radium, dan uranium dianggap sebagai produk sampingan yang tidak diinginkan. Penggunaannya terkonsentrasi terutama pada teknologi keramik dan metalurgi; Uranium oksida banyak digunakan untuk mewarnai kaca dengan warna mulai dari kuning pucat hingga hijau tua, yang berkontribusi pada pengembangan produksi kaca yang murah. Saat ini, produk dari industri ini diidentifikasi sebagai produk berpendar di bawah sinar ultraviolet. Selama Perang Dunia I dan segera setelahnya, uranium dalam bentuk karbida digunakan dalam produksi baja perkakas, mirip dengan Mo dan W; 4–8% uranium menggantikan tungsten, yang produksinya terbatas pada saat itu. Untuk memperoleh baja perkakas pada tahun 1914–1926, beberapa ton ferrouranium yang mengandung hingga 30% (massa) U diproduksi setiap tahunnya. Namun, penggunaan uranium ini tidak bertahan lama.

Penggunaan uranium modern.

Industri uranium mulai terbentuk pada tahun 1939, ketika dilakukan fisi isotop uranium 235 U, yang berujung pada penerapan teknis reaksi berantai terkendali fisi uranium pada bulan Desember 1942. Inilah lahirnya zaman atom. , ketika uranium tumbuh dari unsur yang tidak penting menjadi salah satu unsur terpenting dalam kehidupan masyarakat. Pentingnya uranium bagi militer untuk produksi bom atom dan penggunaannya sebagai bahan bakar reaktor nuklir menyebabkan permintaan uranium meningkat secara besar-besaran. Kronologi pertumbuhan permintaan uranium berdasarkan sejarah sedimen di Great Bear Lake (Kanada) menarik. Pada tahun 1930, resin blende, campuran uranium oksida, ditemukan di danau ini, dan pada tahun 1932, teknologi pemurnian radium didirikan di daerah ini. Dari setiap ton bijih (resin blende) diperoleh 1 g radium dan sekitar setengah ton produk sampingannya, konsentrat uranium. Namun, hanya ada sedikit radium dan penambangannya dihentikan. Dari tahun 1940 hingga 1942, pengembangan dilanjutkan dan bijih uranium mulai dikirim ke Amerika Serikat. Pada tahun 1949, pemurnian uranium serupa, dengan beberapa perbaikan, digunakan untuk menghasilkan UO 2 murni. Produksi ini telah berkembang dan sekarang menjadi salah satu fasilitas produksi uranium terbesar.

Properti.

Uranium adalah salah satu unsur terberat yang ditemukan di alam. Logam murni sangat padat, ulet, elektropositif dengan konduktivitas listrik rendah, dan sangat reaktif.

Uranium memiliki tiga modifikasi alotropik: A-uranium (kisi kristal ortorombik), berada pada kisaran suhu kamar hingga 668 ° C; B-uranium (kisi kristal kompleks tipe tetragonal), stabil pada kisaran 668–774° C; G-uranium (kisi kristal kubik berpusat tubuh), stabil dari 774°C hingga titik leleh (1132°C). Karena semua isotop uranium tidak stabil, semua senyawanya menunjukkan radioaktivitas.

Isotop uranium

238 U, 235 U, 234 U terdapat di alam dengan perbandingan 99,3:0,7:0,0058, dan 236 U terdapat dalam jumlah kecil. Semua isotop uranium lainnya dari 226 U hingga 242 U diperoleh secara buatan. Isotop 235 U sangat penting. Di bawah pengaruh neutron lambat (termal), ia membelah, melepaskan energi yang sangat besar. Fisi lengkap sebesar 235 U menghasilkan pelepasan “energi panas setara” sebesar 2H · 10 7 kWh·h/kg. Fisi 235 U dapat digunakan tidak hanya untuk menghasilkan energi dalam jumlah besar, tetapi juga untuk mensintesis unsur aktinida penting lainnya. Isotop uranium alami dapat digunakan dalam reaktor nuklir untuk menghasilkan neutron yang dihasilkan oleh fisi 235 U, sedangkan kelebihan neutron yang tidak diperlukan dalam reaksi berantai dapat ditangkap oleh isotop alami lain, sehingga menghasilkan produksi plutonium:

Ketika 238 U dibombardir dengan neutron cepat, terjadi reaksi berikut:

Menurut skema ini, isotop paling umum 238 U dapat diubah menjadi plutonium-239, yang, seperti 235 U, juga mampu melakukan fisi di bawah pengaruh neutron lambat.

Saat ini, sejumlah besar isotop uranium buatan telah diperoleh. Diantaranya, 233 U sangat menonjol karena ia juga mengalami fisi ketika berinteraksi dengan neutron lambat.

Beberapa isotop uranium buatan lainnya sering digunakan sebagai pelacak radioaktif dalam penelitian kimia dan fisika; ini yang pertama B- emitor 237 U dan A- emitor 232 U.

Koneksi.

Uranium, logam yang sangat reaktif, memiliki bilangan oksidasi dari +3 hingga +6, dekat dengan berilium dalam rangkaian aktivitas, berinteraksi dengan semua non-logam dan membentuk senyawa intermetalik dengan Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn dan Zn. Uranium yang dihancurkan halus sangat reaktif dan pada suhu di atas 500 ° C sering terjadi reaksi yang merupakan karakteristik uranium hidrida. Gumpalan uranium atau serutannya terbakar terang pada suhu 700–1000°C, dan uap uranium sudah terbakar pada suhu 150–250°C; uranium bereaksi dengan HF pada suhu 200–400°C, membentuk UF 4 dan H 2 . Uranium larut perlahan dalam HF pekat atau H 2 SO 4 dan 85% H 3 PO 4 bahkan pada suhu 90 ° C, tetapi mudah bereaksi dengan konsentrasi. HCl dan kurang aktif dengan HBr atau HI. Reaksi uranium yang paling aktif dan cepat dengan HNO 3 encer dan pekat terjadi dengan pembentukan uranil nitrat ( Lihat di bawah). Dengan adanya HCl, uranium dengan cepat larut dalam asam organik, membentuk garam organik U4+. Tergantung pada keadaan oksidasinya, uranium membentuk beberapa jenis garam (yang paling penting adalah dengan U 4+, salah satunya UCl 4 adalah garam hijau yang mudah teroksidasi); garam uranil (radikal UO 2 2+) dari jenis UO 2 (NO 3) 2 berwarna kuning dan berpendar hijau. Garam uranil dibentuk dengan melarutkan oksida amfoter UO 3 (warna kuning) dalam media asam. Dalam lingkungan basa, UO 3 membentuk uranat seperti Na 2 UO 4 atau Na 2 U 2 O 7. Senyawa terakhir (“uranil kuning”) digunakan untuk pembuatan glasir porselen dan produksi kaca fluoresen.

Uranium halida dipelajari secara luas pada tahun 1940–1950, karena digunakan untuk mengembangkan metode pemisahan isotop uranium untuk bom atom atau reaktor nuklir. Uranium trifluorida UF 3 diperoleh dengan mereduksi UF 4 dengan hidrogen, dan uranium tetrafluorida UF 4 diperoleh dengan berbagai cara melalui reaksi HF dengan oksida seperti UO 3 atau U 3 O 8 atau dengan reduksi elektrolitik senyawa uranil. Uranium heksafluorida UF 6 diperoleh dengan fluorinasi U atau UF 4 dengan unsur fluor atau dengan aksi oksigen pada UF 4 . Heksafluorida membentuk kristal transparan dengan indeks bias tinggi pada 64°C (1137 mm Hg); senyawa ini mudah menguap (pada tekanan normal ia menyublim pada 56,54°C). Uranium oksohalida, misalnya oksofluorida, mempunyai komposisi UO 2 F 2 (uranil fluorida), UOF 2 (uranium oksida difluorida).

Dan Saturnus), pertama-tama terkenal karena pergerakannya yang tidak biasa mengelilingi Matahari, yaitu, tidak seperti semua planet lain, Uranus berputar “mundur”. Apa artinya? Dan faktanya jika planet lain, termasuk Bumi kita, ibarat gasing yang bergerak (akibat torsi terjadi pergantian siang dan malam), maka Uranus ibarat bola yang menggelinding, akibatnya terjadi pergantian siang/ malam hari, serta musim di planet-planet ini sangat berbeda.

Siapa yang menemukan Uranus

Tapi mari kita mulai cerita kita tentang planet yang tidak biasa ini dengan sejarah penemuannya. Planet Uranus ditemukan oleh astronom Inggris William Herschel pada tahun 1781. Menariknya, ketika mengamati pergerakannya yang tidak biasa, para astronom pertama kali salah mengiranya, dan hanya setelah beberapa tahun pengamatan barulah ia menerima status planet. Herschel ingin menyebutnya "Bintang Georg", tetapi komunitas ilmiah lebih menyukai nama yang diusulkan oleh Johann Bode - Uranus, untuk menghormati dewa kuno Uranus, yang merupakan personifikasi langit.

Dewa Uranus dalam mitologi kuno adalah dewa tertua, pencipta segala sesuatu dan semua orang (termasuk dewa lainnya), dan juga kakek dari dewa tertinggi Zeus (Jupiter).

Ciri-ciri planet Uranus

Uranium 14,5 kali lebih berat dari Bumi kita. Meski demikian, ia merupakan planet paling ringan di antara planet-planet raksasa, karena planet tetangganya, meski berukuran lebih kecil, memiliki massa lebih besar daripada Uranus. Ringannya relatif planet ini disebabkan oleh komposisinya, yang sebagian besar adalah es, dan es di Uranus paling beragam: ada es amonia, air, dan metana. Massa jenis Uranus adalah 1,27 g/cm3.

Suhu Uranus

Berapa suhu di Uranus? Karena jaraknya dari Matahari, tentu saja sangat dingin, dan intinya di sini bukan hanya keterpencilannya, tetapi juga fakta bahwa panas internal Uranus beberapa kali lebih kecil dibandingkan planet lain. Aliran panas planet ini sangat kecil, lebih kecil dibandingkan aliran panas Bumi. Akibatnya, salah satu suhu terendah di tata surya tercatat di Uranus - 224 C, bahkan lebih rendah dibandingkan Neptunus, yang terletak lebih jauh dari Matahari.

Apakah ada kehidupan di Uranus

Pada suhu yang dijelaskan pada paragraf di atas, jelas bahwa asal usul kehidupan di Uranus tidak mungkin terjadi.

Suasana Uranus

Seperti apa suasana di Uranus? Atmosfer planet ini terbagi menjadi beberapa lapisan, yang ditentukan oleh suhu dan permukaan. Lapisan luar atmosfer dimulai pada jarak 300 km dari permukaan konvensional planet ini dan disebut mahkota atmosfer; ini adalah bagian terdingin di atmosfer. Lebih dekat ke permukaan terdapat stratosfer dan troposfer. Yang terakhir ini adalah bagian terendah dan terpadat di atmosfer planet. Troposfer Uranus memiliki struktur yang kompleks: terdiri dari awan air, awan amonia, dan awan metana yang bercampur secara kacau.

Komposisi atmosfer Uranus berbeda dengan atmosfer planet lain karena tingginya kandungan helium dan molekul helium. Selain itu, sebagian besar atmosfer Uranus mengandung metana, senyawa kimia yang membentuk 2,3% dari seluruh molekul di atmosfer sana.

Foto planet Uranus

Permukaan Uranus

Permukaan Uranus terdiri dari tiga lapisan: inti berbatu, mantel es, dan kulit terluar hidrogen dan helium, yang berbentuk gas. Perlu juga diperhatikan elemen penting lainnya yang merupakan bagian dari permukaan Uranus - es metana, yang menciptakan apa yang disebut warna biru khas planet ini.

Para ilmuwan juga menggunakan spektroskopi untuk mendeteksi karbon monoksida dan karbon dioksida di lapisan atas atmosfer.

Ya, Uranus juga memiliki cincin (seperti halnya planet raksasa lainnya), meski tidak sebesar dan seindah planet rekannya. Sebaliknya, cincin Uranus redup dan hampir tidak terlihat, karena terdiri dari banyak partikel yang sangat gelap dan kecil, dengan diameter mulai dari mikrometer hingga beberapa meter. Menariknya, cincin Uranus ditemukan lebih awal dibandingkan cincin planet lain kecuali Saturnus; bahkan penemu planet W. Herschel mengaku melihat cincin di Uranus, namun kemudian mereka tidak mempercayainya, karena teleskop waktu itu tidak memiliki kekuatan yang cukup bagi astronom lain untuk memastikan apa yang dilihat Herschel. Hanya dua abad kemudian, pada tahun 1977, astronom Amerika Jameson Eliot, Douglas Mincom dan Edward Dunham, dengan menggunakan Observatorium Kuiper, dapat mengamati cincin Uranus dengan mata kepala sendiri. Terlebih lagi, hal ini terjadi secara tidak sengaja, karena para ilmuwan hanya akan mengamati atmosfer planet dan, tanpa diduga, menemukan keberadaan cincin.

Saat ini terdapat 13 cincin Uranus yang diketahui, yang paling terang adalah cincin epsilon. Cincin-cincin di planet ini relatif muda; mereka terbentuk setelah kelahirannya. Ada hipotesis bahwa cincin Uranus terbentuk dari sisa-sisa satelit planet yang hancur.

Bulan Uranus

Ngomong-ngomong soal bulan, menurut kamu Uranus punya berapa bulan? Dan dia memiliki sebanyak 27 di antaranya (setidaknya yang diketahui saat ini). Yang terbesar adalah: Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon dan Titania. Semua bulan Uranus merupakan campuran batu dan es, kecuali Miranda, yang seluruhnya terbuat dari es.

Seperti inilah penampakan satelit Uranus dibandingkan dengan planetnya sendiri.

Banyak satelit yang tidak memiliki atmosfer, dan beberapa di antaranya bergerak di dalam cincin planet, sehingga disebut juga satelit dalam, dan semuanya memiliki hubungan yang kuat dengan sistem cincin Uranus. Para ilmuwan percaya bahwa banyak bulan yang ditangkap oleh Uranus.

Rotasi Uranus

Rotasi Uranus mengelilingi Matahari mungkin merupakan ciri paling menarik dari planet ini. Seperti yang kami tulis di atas, rotasi Uranus berbeda dengan planet lainnya, yaitu “retrograde”, seperti bola yang menggelinding di bumi. Akibatnya, pergantian siang dan malam (dalam pemahaman kita biasa) di Uranus hanya terjadi di dekat ekuator planet, padahal letaknya sangat rendah di atas cakrawala, kira-kira seperti di garis lintang kutub. di dunia. Sedangkan untuk kutub planet, “hari kutub” dan “malam kutub” saling menggantikan setiap 42 tahun Bumi.

Adapun tahun di Uranus, satu tahun di sana sama dengan 84 tahun bumi; pada waktu inilah planet berputar pada orbitnya mengelilingi Matahari.

Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk terbang ke Uranus?

Berapa lama penerbangan ke Uranus dari Bumi? Jika, dengan teknologi modern, penerbangan ke tetangga terdekat kita, Venus, dan Mars, membutuhkan waktu beberapa tahun, maka penerbangan ke planet jauh seperti Uranus bisa memakan waktu puluhan tahun. Hingga saat ini, hanya satu pesawat ruang angkasa yang telah melakukan perjalanan seperti itu: Voyager 2, diluncurkan oleh NASA pada tahun 1977, mencapai Uranus pada tahun 1986, seperti yang Anda lihat, penerbangan satu arah memakan waktu hampir satu dekade.

Direncanakan juga untuk mengirim peralatan Cassini, yang terlibat dalam mempelajari Saturnus, ke Uranus, tetapi kemudian diputuskan untuk meninggalkan Cassini di dekat Saturnus, di mana ia mati baru-baru ini - pada bulan September 2017 lalu.

• Tiga tahun setelah penemuannya, planet Uranus menjadi lokasi pamflet satir. Penulis fiksi ilmiah sering menyebut planet ini dalam karya fiksi ilmiahnya.
• Uranus dapat dilihat di langit malam dengan mata telanjang, Anda hanya perlu tahu di mana mencarinya, dan langitnya harus gelap gulita (yang sayangnya tidak mungkin dilakukan di kota-kota modern).
• Ada air di planet Uranus. Namun air di Uranus membeku seperti es.
• Planet Uranus dengan yakin dapat dianugerahi penghargaan sebagai “planet terdingin” di tata surya.

Planet Uranus, video

Dan sebagai penutup, video menarik tentang planet Uranus.

Artikel ini tersedia dalam bahasa Inggris - .