Реферат: Уран
Донецкий бизнес-лицей
Реферат
Уран
ученица11МИП
классаБиен В
учительАлфимов Д.В
Донецк 2010
Определениеуран
Ура́н(устаревший вариант — ура́ний) — химический элемент с атомным номером 92 впериодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат.Uranium), относится к семейству актиноидов.
История урана
Ещёв древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использоваласьдля изготовления жёлтой глазури для керамики. Исследования урана развивались,подобно порождаемой им цепной реакции. Вначале сведения о его свойствах, как ипервые импульсы цепной реакции, поступали с большими перерывами, от случая кслучаю. Первая важная дата в истории урана — 1789 год, когда немецкийнатурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую изсаксонской смоляной руды золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобноговещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелемвосемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал егоураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету«Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уранКлапрота числился металлом. Только в 1841 г. французский химик Эжен МелькиорПелиго (фр. Eugene-Melchior Péligot (1811—1890)) доказал, что, несмотряна характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO2.В 1840 г. Пелиго удалось получить настоящий уран — тяжёлый металлсеро-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг визучении урана сделал в 1874 г. Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную империодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы.Прежде атомный вес урана считали равным 120. Великий химик удвоил это значение.Через 12 лет предвидение Менделеева было подтверждено опытами немецкого химикаЦиммермана. Изучение урана началось с 1896 г.: французский химик Антуан АнриБеккерель случайно открыл Лучи Беккереля, которые позже Мария Кюрипереименовала в радиоактивность. В это же время французскому химику АнриМуассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В1899 г. Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, чтоесть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрическийзаряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность.Чуть позже, в мае 1900 г., Поль Вийар открыл третий вид излучения — гамма-лучи.Эрнест Резерфорд провёл в 1907 г. первые опыты по определению возрастаминералов при изучении радиоактивных урана и тория на основе созданной имсовместно с Фредериком Содди (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелевская премияпо химии, 1921) теории радиоактивности. В 1913 г. Ф. Содди ввёл понятие обизотопах (от др.-греч. ἴσος— «равный», «одинаковый», и τόπος — «место»), а в 1920г. предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологическоговозраста горных пород. В 1928 г. Ниггот реализовал, а в 1939 г. A. O. К. Нир(Nier, Alfred Otto Carl, 1911 — 1994) создал первые уравнения для расчётавозраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов. В 1938 немецкиефизики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящеес ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядроизотопа урана 235U делится, при этом выделяется (в расчёте на одноядро урана) достаточно большая энергия, в основном, за счёт кинетическойэнергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснованаЛизой Мейтнер и Отто Фришем. Данное открытие явилось истоком как мирного, так ивоенного использования внутриатомной энергии. В 1939—1940 гг. Ю. Б. Харитон иЯ. Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащенииприродного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деленияатомных ядер, то есть придать процессу цепной характер..
Изотопыурана
Изото́пыура́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента урана, имеющиеразное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 26 изотопов уранаи еще 6 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природевстречаются три изотопа урана: 234U (изотопная распространенность0,0055 %), 235U (0,7200 %), 238U (99,2745 %). Нуклиды 235Uи 238U являются родоначальниками радиоактивных рядов — ряда актинияи ряда радия, соответственно. Нуклид 235U используется как топливо вядерных реакторах, а также в ядерном оружии (благодаря тому, что в нём возможнасамоподдерживающаяся цепная ядерная реакция). Нуклид 238U используется дляпроизводства плутония 239, который такжеимеет чрезвычайно большое значение как в качестве топлива для ядерныхреакторов, так и в производстве ядерного оружия.
Физическиесвойства
Уран— очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немногомягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами.Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667,7°C), бета (четырёхугольная, стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), гамма (собъёмно центрированной кубической структурой, существующей от 774,8 °C до точкиплавления).
Химическиесвойства
Химическиуран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужнойпленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, онзажигается при температуре 150—175 °C, образуя U3O8. При 1000 °C урансоединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедатьметалл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также примелком измельчении порошка урана. Уран растворяется в соляной, азотной и другихкислотах, образуя четырёхвалентные соли, зато не взаимодействует с щелочами.Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов такихметаллов, как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильномвстряхивании металлические частицы урана начинают светиться.
Применение
Ядерноетопливо. Наибольшее применение имеет изотоп урана 235U, в котором возможнасамоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используетсякак топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопаU235 из природного урана — сложная технологическая проблема. Изотоп U238способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами,эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия(используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).
Уран-233,искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон ипревращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем вуран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомныхэлектростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид вкачестве топлива, например KAMINI в Индии) и производства атомных бомб(критическая масса около 16 кг). Уран-233 также является наиболее перспективнымтопливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.
Геология.Основное применение урана в Геологии — определение возраста минералов и горныхпород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов.Этим занимается Геохронология.
Существенноезначение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества. В связи стем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладаютразличной радиоактивностью. Это свойство используется при выделении горныхпород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется внефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплексвходит, в частности, γ — каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гаммакаротажи т. д. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров.
Другиесферы применения
· Небольшаядобавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу (см. Урановоестекло).
· Уранатнатрия Na2U2O7 использовался как жёлтыйпигмент в живописи.
· Соединенияурана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамическихглазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, взависимости от степени окисления).
· Некоторыесоединения урана светочувствительны.
· Вначале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов иокрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.
· Карбидурана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестветоплива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело — водород + гексан).Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощныемагнитострикционные материалы.