2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
uranijum je metalni hemijski element koji pripada aktiničnoj seriji u periodnom sistemu. Hemijski simbol pod kojim je predstavljen je U, a ima valentnu vrijednost 6. Njegov atomski broj je 92, zbog čega se kaže da se sastoji od 92 protona i 92 elektrona.
Atomska težina uranijuma je najveća težina od svih hemijskih elemenata koje možemo pronaći u prirodi, jer je oko 70% gušća čak i od olova. Također je malo radioaktivan, a poznat je od 1789. godine, kada ga je otkrio njemački kemičar Martin Heinrich Klaproth, otkrivač drugih elemenata poput cirkonijuma i titanijuma. Klaproth je otkriveni element nazvao uranijum, po planeti Uranu, koja je otkrivena nekoliko godina ranije.
Uranijum izgleda kao srebrno-sivi metal. U prirodi ga možemo naći u malim koncentracijama, čineći dio sastava stijena, minerala, živih bića itd. Zato, da bismo iskoristili navedeni element, moramo ga izdvojiti.
Uranijum je najtraženiji aktinoid, zahvaljujući njegovoj upotrebi u nuklearnim reaktorima. Uranijum se u prirodi nalazi u mineralnim naslagama praktično širom sveta, a možemo ga naći i u morskoj vodi, jer ima koncentracije od oko 0,003 ppm, uukupno oko 5×10^9 tona uranijuma u svim okeanima. Trenutno, najjeftinija metoda ekstrakcije koja se koristi, koristi uranijum (IV) oksid, UO2, koji se ekstrahuje iz rudnika, i obično se naziva smola.
Rudnici uranijuma moraju se ventilirati velikom količinom svježeg zraka, kako bi se izbjegao nivo drugog elementa, radona, koji se oslobađa radioaktivnim raspadom uranijuma.
Baš kao i kod većine vađenja metala, koriste se različite rute. Metoda koju ćemo objasniti je ona koja ima zanimljiviju hemiju.
Ruda koja sadrži uranijum (IV) oksid se prvo tretira sa oksidacionim agensom, kao što je jon gvožđa (III), čime se proizvodi uranijum (VI) oksid, UO3, kroz reakciju:
UO2 (s) + H2O (l) → UO3 (s) + 2 H^+ (ac) + 2 e^-
Fe^3+ (ac) + e^- → Fe^2+ (ac)
Dodavanje sumporne kiseline uzrokuje rastvor uranil sulfata, koji sadrži uranil kation, UO2^2+:
UO3(s) + H2SO4 (aq) → UO2SO4 (aq) + H2O (l)
Kada su prisutne nečistoće eliminisane, amonijak se dodaje prethodnoj otopini, kako bi se dobio žuti talog amonijum diuranata, (NH4)2 U2O7:
2 UO2SO4 (aq) + 6 NH3(aq) + 3 H2O (l) → (NH4)2 U2O7 (s) + 2 (NH4)2 SO4 (aq)
Ovaj talog je opšte poznat kao "žuti kolač", a takođe je i najkomercijalniji oblik uranijuma.
Koristi se uU većini nuklearnih reaktora, kao iu proizvodnji bombi, potrebno je odvojiti dva uobičajena izotopa koja uranijum ima, odnosno U-235 i U-238. Generalno, ovo se radi tako što se pusti gas uranijum (VI) fluorida da difunduje kroz membranu; Molekuli koji imaju manju masu u svom sadržaju imaju U-235, općenito brže prelaze membranu. Opet, postoji nekoliko načina da se napravi takav spoj. Jedan od puteva za ovu svrhu sastoji se od zagrijavanja žutog kolača, kako bi se dobio miješani oksid, uranijum (IV) i VI oksid, U3O8:
9 (NH4)2 U2O7 (s) → 6 U3O8 (s) + 14 NH3 (g) + 15 H2O (g) + N2 (g)
Jedinjenje se redukuje vodonikom u uranijum(IV) oksid:
U3O8 (s) + 2H2(g) → 3 UO2 (s) + 2 H2O (g)
Uranijum(IV) oksid se tretira sa fluorovodonikom, da bi se dobio uranijum(IV) fluorid, UF4:
UO2 (s) + 4 HF (g) → UF4(s) + 2 H2O (l)
Na kraju, uranijum(IV) fluorid, koji je zelena čvrsta supstanca, će biti oksidiran u uranijum(VI) fluoridni gas, UF6, korišćenjem difluora, sintetizovanog:
UF4 (s) + F2 (g) → UF6 (g)
Niska tačka ključanja uranijum (VI) fluorida je neophodna za prečišćavanje uranijuma, kao i za odvajanje njegovih izotopa. Ako uporedimo uranijum (IV) fluorid i uranijum (VI) fluorid, jasan je kontrast koji imaju u svojim fizičkim svojstvima. Na primjer, možemo spomenuti da se uranijum (IV) fluorid, UF4, topi na 960ºC, dok seuranijum (VI) fluorid, UF6, sublimira na 56ºC. Ova razlika se može protumačiti u njihovoj gustini naelektrisanja, gde je jon uranijuma (IV) 140 C.mm^-3, a jon uranijuma (VI) je 348 C.mm^-3. Zbog toga bi se očekivalo da će ovaj posljednji 6+ jon biti dovoljno polarizirajući da se može ponašati kovalentno.
