Уран и кое что о нём

Сегодня будет тяжело вдвойне. Во первых выбрать самое важное и интересное, что бы легко читалось, а во вторых речь пойдёт сегодня об Уране, об одном из наиболее тяжёлых элементов, встречающихся в природе. Чистый металл очень плотный, пластичный, электроположительный и с малой электропроводностью.                                    





Смотреть все фото в галерее
Из истории. При исследовании минерала "смоляной обманки" немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, с которым мы имели удовольствие познакомиться в прошлом посте и был открыт Уран. Произошло это событие в 1789 году и назван им в честь планеты Уран, открытой английским астрономом Уильямом Гершелем в 1781 году. Почему именно Уран?    


Оказывается всё просто. По поводу этого названия, сам Клапрот писал: "ранее признавалось существование лишь семи планет, соответствовавших семи металлам, которые и обозначались знаками планет. В связи с этим целесообразно, следуя традиции, назвать новый металл именем вновь открытой планеты. Слово уран происходит от греческого - небо и, таким образом, может означать "небесный металл".    
Гидроксид калия


А что же такое "смоляная обманка"? Немного об этом. Добыча полиметаллических руд с давних пор производилась  в Богемии. Среди руд и минералов горняки часто обнаруживали чёрный тяжёлый минерал, так называемую "смоляную обманку". Тогда полагали, что этот минерал содержит цинк и железо, однако точных данных о его составе не было. Естественно Клапрот не остался в стороне и первым занялся исследованием "смоляной обманки". Он начал со сплавления минерала с едким кали(гидроксид калия) в серебряном тигле.  Это был новый способ который Клапрот разработал незадолго до этого. Новшество позволяло переводить в раствор силикаты и другие нерастворимые вещества.    


Однако продукт сплавления минерала растворялся не полностью. Отсюда Клапрот пришёл к выводу, что в минерале нет ни молибдена, ни вольфрама, есть только неизвестная субстанция, содержащая новый металл. Клапрот попробовал растворить минерал в азотной кислоте и "царской водке". (Ничего не подумайте плохого, думаю, что водку он употреблял по прямому назначению). В этом же случае, название не имеет отношения к спиртным напиткам. "Царская водка" это смесь концентрированных азотной и соляной кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму и имеет уникальную способность  растворять золото).    


Так вот, в остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-жёлтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Под действием жёлтой кровяной соли из раствора этих кристаллов выпал коричнево-красный осадок непохожий на подобные осадки меди и молибдена. Клапроту пришлось  потрудиться, прежде чем ему удалось выделить чистый металл. Он восстанавливал окисел бурой, углём и льняным маслом, но во всех случаях при нагревании смеси образовывался чёрный порошок.    


И только в результате вторичной обработки этого порошка (нагреванием в смеси с бурой и углём) получилась спёкшаяся масса с вкрапленными в неё маленькими зёрнами металла. Тут новый металл и получил своё название, о чём я упомянул выше. А "смоляная обманка" получила название "урановая смолка"(настуран).    


Долгое время химики не располагали достаточным количеством солей урана, их использовали для получения красок в фотографии. Исследования урана продолжались, но мало что прибавляли к тому, что установил Клапрот. А вот чистый металлический уран в 1841 году, впервые, получил Эжен  Пелиго - французский химик. Пелиго доказал, что чёрный порошок, который обнаружил Мартин Генрих Клапрот, был не чистым металлом, а оксидом урана.    


Но самое интересное началось, когда в 1896 году Антуан Анри Беккерель (французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике, в честь которого названа единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ) - беккерель)  случайно открыл радиоактивность урана. Беккерель обнаружил, что двойная соль калийуранилсульфат оказывает действие на фотографическую пластинку, завёрнутую в чёрную бумагу испуская какие-то лучи. И вот тут, как говорится, понеслось!!!    


Уран вызвал глубочайший интерес, как химиков так и физиков.  Сначала супруги Кюри, а затем и другие учёные продолжили исследования Беккереля. В результате  были открыты радиоактивные элементы (радий, полоний и актиний) и плюс множество радиоактивных изотопов тяжёлых элементов. Так что в наше время открыты все члены ураново-радиевого ряда радиоактивного распада.    


Теперь немного о самом Уране. Уран - очень тяжёлый, серебристо-белый глянцевый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Температура плавления 1132,3 °C.  Единственный природный металл, который используют, как топливо.                                                                                      
Тот Уран о котором я занудничаю - это изотоп U-235, которого в природе всего 0,7204%. Его так мало, что требуется обогащение т.е. концентрировать этот изотоп  - так просто работать реактор не будет.
Кстати, раньше в природе U-235 было больше - просто со временем он распался.    


Обеднённый уран (это когда 235-й забрали  атомщики, а остался 238). U 238 - тяжёлый и твёрдый, напоминает чем-то по свойствам вольфрам, а потому  используется там же где вольфрам, где надо бить(к примеру бронебойные снаряды с урановым бойком). Впервые уран в качестве сердечника для снарядов был применён в Третьем рейхе.
В время первой мировой войны и вскоре после неё уран в виде карбида применяли в производстве инструментальных сталей,  заменяли вольфрам, производство которого в то время было ограничено. Для получения инструментальных сталей в 1914-1926 ежегодно производили по нескольку тонн ферроурана. Однако такое применение урана продолжалось недолго.    


Так же использование было сосредоточено в технологии керамики и в металлургии. Оксиды урана широко применяли для окраски стекла(Урановое стекло) в цвета от бледно-жёлтого до тёмно-зелёного, что способствовало развитию недорогих стекольных производств. Сегодня изделия этих производств идентифицируют как флуоресцирующие под ультрафиолетовыми лучами.    


Металлический уран и его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах. Малообогащённая смесь изотопов урана применяется в стационарных реакторах атомных электростанций. Продукт высокой степени обогащения - в ядерных реакторах, работающих на быстрых нейтронах.
Уран 235 является источником ядерной энергии в ядерном оружии. Этот тип находит наибольшее применение. А 238-й служит источником вторичного ядерного горючего - плутония.
Нашёл своё применение Уран и в геологии. С его помощью определяют возраст минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология.    


Дополнительные сферы применения урана.
Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей.
Уранат натрия использовался как жёлтый пигмент в живописи. Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).
В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.    
Из истории. При исследовании минерала "смоляной обманки" немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, с которым мы имели удовольствие познакомиться в прошлом посте и был открыт Уран. Произошло это событие в 1789 году и назван им в честь планеты Уран, открытой английским астрономом Уильямом Гершелем в 1781 году. Почему именно Уран?    
Оказывается всё просто. По поводу этого названия, сам Клапрот писал: "ранее признавалось существование лишь семи планет, соответствовавших семи металлам, которые и обозначались знаками планет. В связи с этим целесообразно, следуя традиции, назвать новый металл именем вновь открытой планеты. Слово уран происходит от греческого - небо и, таким образом, может означать "небесный металл".    
А что же такое "смоляная обманка"? Немного об этом. Добыча полиметаллических руд с давних пор производилась  в Богемии. Среди руд и минералов горняки часто обнаруживали чёрный тяжёлый минерал, так называемую "смоляную обманку". Тогда полагали, что этот минерал содержит цинк и железо, однако точных данных о его составе не было. Естественно Клапрот не остался в стороне и первым занялся исследованием "смоляной обманки". Он начал со сплавления минерала с едким кали(гидроксид калия) в серебряном тигле.  Это был новый способ который Клапрот разработал незадолго до этого. Новшество позволяло переводить в раствор силикаты и другие нерастворимые вещества.    
Однако продукт сплавления минерала растворялся не полностью. Отсюда Клапрот пришёл к выводу, что в минерале нет ни молибдена, ни вольфрама, есть только неизвестная субстанция, содержащая новый металл. Клапрот попробовал растворить минерал в азотной кислоте и "царской водке". (Ничего не подумайте плохого, думаю, что водку он употреблял по прямому назначению). В этом же случае, название не имеет отношения к спиртным напиткам. "Царская водка" это смесь концентрированных азотной и соляной кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму и имеет уникальную способность  растворять золото).    
Так вот, в остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-жёлтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Под действием жёлтой кровяной соли из раствора этих кристаллов выпал коричнево-красный осадок непохожий на подобные осадки меди и молибдена. Клапроту пришлось  потрудиться, прежде чем ему удалось выделить чистый металл. Он восстанавливал окисел бурой, углём и льняным маслом, но во всех случаях при нагревании смеси образовывался чёрный порошок.    
И только в результате вторичной обработки этого порошка (нагреванием в смеси с бурой и углём) получилась спёкшаяся масса с вкрапленными в неё маленькими зёрнами металла. Тут новый металл и получил своё название, о чём я упомянул выше. А "смоляная обманка" получила название "урановая смолка"(настуран).    
Долгое время химики не располагали достаточным количеством солей урана, их использовали для получения красок в фотографии. Исследования урана продолжались, но мало что прибавляли к тому, что установил Клапрот. А вот чистый металлический уран в 1841 году, впервые, получил Эжен  Пелиго - французский химик. Пелиго доказал, что чёрный порошок, который обнаружил Мартин Генрих Клапрот, был не чистым металлом, а оксидом урана.    
Но самое интересное началось, когда в 1896 году Антуан Анри Беккерель (французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике, в честь которого названа единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ) - беккерель)  случайно открыл радиоактивность урана. Беккерель обнаружил, что двойная соль калийуранилсульфат оказывает действие на фотографическую пластинку, завёрнутую в чёрную бумагу испуская какие-то лучи. И вот тут, как говорится, понеслось!!!    
Уран вызвал глубочайший интерес, как химиков так и физиков.  Сначала супруги Кюри, а затем и другие учёные продолжили исследования Беккереля. В результате  были открыты радиоактивные элементы (радий, полоний и актиний) и плюс множество радиоактивных изотопов тяжёлых элементов. Так что в наше время открыты все члены ураново-радиевого ряда радиоактивного распада.    
Теперь немного о самом Уране. Уран - очень тяжёлый, серебристо-белый глянцевый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Температура плавления 1132,3 °C.  Единственный природный металл, который используют, как топливо.                                                                                      
Тот Уран о котором я занудничаю - это изотоп U-235, которого в природе всего 0,7204%. Его так мало, что требуется обогащение т.е. концентрировать этот изотоп  - так просто работать реактор не будет.
Кстати, раньше в природе U-235 было больше - просто со временем он распался.    
Обеднённый уран (это когда 235-й забрали  атомщики, а остался 238). U 238 - тяжёлый и твёрдый, напоминает чем-то по свойствам вольфрам, а потому  используется там же где вольфрам, где надо бить(к примеру бронебойные снаряды с урановым бойком). Впервые уран в качестве сердечника для снарядов был применён в Третьем рейхе.
В время первой мировой войны и вскоре после неё уран в виде карбида применяли в производстве инструментальных сталей,  заменяли вольфрам, производство которого в то время было ограничено. Для получения инструментальных сталей в 1914-1926 ежегодно производили по нескольку тонн ферроурана. Однако такое применение урана продолжалось недолго.    
Так же использование было сосредоточено в технологии керамики и в металлургии. Оксиды урана широко применяли для окраски стекла(Урановое стекло) в цвета от бледно-жёлтого до тёмно-зелёного, что способствовало развитию недорогих стекольных производств. Сегодня изделия этих производств идентифицируют как флуоресцирующие под ультрафиолетовыми лучами.    
Металлический уран и его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах. Малообогащённая смесь изотопов урана применяется в стационарных реакторах атомных электростанций. Продукт высокой степени обогащения - в ядерных реакторах, работающих на быстрых нейтронах.
Уран 235 является источником ядерной энергии в ядерном оружии. Этот тип находит наибольшее применение. А 238-й служит источником вторичного ядерного горючего - плутония.
Нашёл своё применение Уран и в геологии. С его помощью определяют возраст минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология.    
Дополнительные сферы применения урана.
Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей.
Уранат натрия использовался как жёлтый пигмент в живописи. Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).
В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.    
Ну и в дополнение ещё два слова о обеднённом уране.
Такой уран используется для радиационной защиты и  как балластная масса в аэрокосмических областях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов.
Для этого в самолёте "Боинг-747" содержится 1500 кг обеднённого урана.
Материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, при бурении нефтяных скважин.
Обеднённый уран используется в современной танковой броне на "Абрамсе".