Уран — металл¶

Уран — химический элемент 3-й группы периодической таблицы Менделеева, атомный номер 92, обозначение U (от латинского Uranium). Относится к актиноидам. В чистом виде представляет собой серебристо-белый тяжёлый металл с плотностью около 19,1 г/см³, что примерно в 1,7 раза больше плотности свинца. Уран обладает слабой радиоактивностью, является делящимся элементом и служит основным сырьём для получения ядерного топлива.

¶Открытие и происхождение названия

Уран открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом, который выделил вещество из битуминозного уранита (сейчас известного как урановая смоляная обмазка) и назвал его в честь недавно открытой планеты Уран. В 1841 году французский химик Эжен-Пелиго показал, что вещество Клапрота является оксидом, а не самим элементом, и получил металлический уран электролитическим методом.

Природный уран состоит из трёх изотопов:

Изотоп уран-235 является единственным природным материалом, способным поддерживать цепную реакцию деления в тепловых нейтронных реакторах.

¶Физические и химические свойства

Уран — тяжёлый, относительно мягкий металл (твёрдость по шкале Мооса около 6), обладающий высокой плотностью и низкой теплопроводностью. На воздухе он быстро тускнеет, покрываясь тёмной оксидной плёнкой. Химически уран активен: реагирует с кислородом, галогенами, азотом, образуя оксиды, галогениды и нитриды. При нагреве до 600–700 °C на воздухе металл сгорает, образуя урановый оксид U₃O₈.

Наиболее распространённые степени окисления урана — +4 и +6, что обусловливает существование двух основных групп соединений: уранилов (с ионом UO₂²⁺) и урановых солей (с ионом U⁴⁺).

¶Месторождения и добыча

Уран — распространённый элемент в земной коре, его содержание оценивается примерно в 2,7 ppm (частей на миллион), что сопоставимо с содержанием мышьяка или молибдена. Основные промышленные месторождения сосредоточены в Казахстане, Канаде, Австралии, Намибии, Нигере и России.

В России урановая отрасль объединена в холдинг «Атомредметзолото» (входит в госкорпорацию «Росатом»). Крупнейшие действующие предприятия — Приаргунское производственное горно-химическое объединение (ППГХО) в Забайкальском крае и ГИДРОУРАНСКИЙ горно-обогатительный комбинат в Свердловской области. Страна полностью обеспечивает собственные потребности в природном уране и входит в число крупнейших мировых производителей.

Добыча ведётся преимущественно подземным и наземным карьерным способом, а также методом подземного выщелачивания, при котором растворитель закачивается в пласт через скважины.

¶Применение

Основная область применения урана — ядерная энергетика. Природный уран обогащается до увеличения доли U-235 до 3–5 % (топливный уровень) или до 20 % (исследовательские реакторы). Обогащённый уран используется для изготовления твэлов — тепловыделяющих элементов, которые загружаются в активную зону реактора.

Кроме энергетики, уран применяется:

• в военном деле — для производства ядерного оружия требуется обогащение до 90 % U-235 (оружейный уровень);
• в медицине — в качестве источника рентгеновского излучения и в радиотерапии;
• в промышленности — для изготовления балластных грузов, противовесов, а также в качестве катализатора в химических процессах;
• в науке — как источник нейтронов и в исследованиях ядерной физики.

¶Радиационная безопасность

Уран и его соединения являются радиоактивными и химически токсичными. При попадании внутрь организма уран оказывает двойное действие: химическое (токсичность для почек) и радиационное. Основную опасность представляют продукты распада урана, в частности радон-222 и полоний-210. Работы с ураном регламентированы нормами радиационной безопасности, а предприятия ядерного топливного цикла — лицензируются.

¶Интересные факты

• Уран в тысячи раз более радиоактивен, чем большинство природных элементов, но его радиоактивность настолько мала, что образцы металла можно безопасно держать в руках.
• В 1938 году немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассман в Берлине экспериментально открыли деление ядер урана, а в 1939 году Нильс Бор и Джон Уилер дали теоретическое объяснение этого явления.
• Урановый стекло, содержащее оксид урана, обладает характерным зелёным свечением под ультрафиолетом и широко использовалось в XIX — первой половине XX века для изготовления посуды и украшений.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• «Урановая промышленность России», издание Госкорпорации «Росатом»
• М. В. Савина, «Радиоактивные элементы», учебное пособие
• Справочник «Уран: добыча, переработка, применение», под ред. А. В. Бычкова