Перегляд вихідного коду сторінки Уран (хімічний елемент)

{{Otheruses|Уран}}
{{Хімічний елемент|Уран (U)<!--Назва-->|92<!--Атомний номер-->|сріблясто-білий <br /> щільний в'язкий <br />радіоактивний метал<br /><!-- Зовнішній вигляд-->|238,0289<!--Відносна атомна маса-->|138<!--Радіус атома-->|686,4(7,11)<!--Енергія іонізації-->|[Rn] 5f<sup>3</sup> 6d<sup>1</sup> 7s<sup>2</sup><!--Електронна конфігурація-->|142<!--Ковалентний радіус-->|(+6e) 80 (+4e) 97<!--Радіус іона-->|1,38<!--Електровід'ємність-->|U←U<sup>4+</sup> -1,38В <br />U←U<sup>3+</sup> -1,66В <br />U←U<sup>2+</sup> -0,1В <!--Електродний потенціал-->|6, 5, 4, 3<!--Степені окислення-->|19,05<!--Густина-->|0,115<!-- Питома теплоємність-->|27,5<!--Теплопровідність-->|1405,5<!--Температура плавлення-->|12,6<!--Теплота плавлення -->|4018<!--Температура кипіння-->|417<!--Теплота випаровування-->|12,5<!--Молярний об'єм-->|орторомбічна<!--Структура решітки-->|2,850<!--Період решітки-->|n/a<!--Відношення c/a-->|n/a<!--Температура Дебая-->}}
[[Файл:HEUranium.jpg|thumb|Металевий Уран]]

'''Ура́н''' ({{lang-la|Uranium}}), '''U'''&nbsp;— радіоактивний [[хімічний елемент]] III групи періодичної системи, належить до сімейства [[Актиноїди|актиноїдів]], [[атомний номер]] 92, атомна маса 238,029; сріблясто-білий метал.

== Загальна характеристика ==
Природний уран складається з суміші [[ізотопи урану|трьох ізотопів]]:
* [[Уран-238|<sup>238</sup>U]]&nbsp;— 99,2739&nbsp;%, [[період напіврозпаду]] ''Т''<sub>1/2</sub> = 4,51·10<sup>9</sup> років.
* [[Уран-235|<sup>235</sup>U]]&nbsp;— 0,7024&nbsp;%, ''Т''<sub>1/2</sub> = 7,13·10<sup>8</sup> років.
* <sup>234</sup>U&nbsp;— 0,0057&nbsp;%, ''Т''<sub>1/2</sub> = 2,48·10<sup>5</sup> років.

З 11 штучних радіоактивних ізотопів з масовими числами від 227 до 240 найбільш довгоживучий&nbsp;— <sup>233</sup>U (Т<sub>1/2</sub> = 1,62·10<sup>5</sup> років); він утворюється в процесі нейтронного опромінювання [[Торій|торію]]. <sup>238</sup>U і <sup>235</sup>U є родоначальниками двох [[Радіоактивні ряди|радіоактивних рядів]].

Усі ізотопи урану радіоактивні з великими періодами напіврозпаду.

[[Прості речовини|Проста речовина]]&nbsp;— уран. Сріблясто-білий метал. Густина&nbsp;— 19,07; ''t''<sub>плав</sub>&nbsp;= 1132&nbsp;°C, ''t''<sub>кип</sub>&nbsp;= 3818&nbsp;°C.

Хімічно надзвичайно активний. Реагує з більшістю неметалів. На повітрі повільно окиснюється, у порошкоподібному стані пірофорний і горить яскравим полум'ям. З киснем утворює діоксид UO<sub>2</sub>, триоксид UO<sub>3</sub> і велику кількість проміжних сполук, з яких найбільше значення має U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>. Уран реагує з водою, легко розчиняється в соляній і азотній кислотах, повільно&nbsp;— в сірчаній, ортофосфорній і фтороводневій кислотах. З лугами не взаємодіє, при нагріванні реагує з галогенами, [[азот]]ом, [[фосфор]]ом, утворюючи важливі для технології його виробництва сполуки: тетрафторид (UF<sub>4</sub>), гексафторид (UF<sub>6</sub>) і моносульфід (US, ядерне паливо). З металами утворює сплави різних типів. Для 6-валентного урану характерне утворення [[Іон|іонів]] [[ураніл]]у UO<sub>2</sub><sup>2+</sup>, який має підвищену здатність до комплексоутворення; найважливіші для технології карбонатні, сульфатні, фторидні, фосфатні та ін. комплекси.

[[Механічні властивості матеріалу|Механічні властивості]] урану залежать від його чистоти, від режимів механічної й термічної обробки.

== Історія ==
Ще в прадавні часи (I ст. до н.&nbsp;е.) природний оксид урану використовувався для виготовлення жовтої глазурі для кераміки. Перша важлива дата в історії дослідження урану&nbsp;— 1789 рік, коли німецький натурфілософ і хімік [[Мартін Генріх Клапрот]] відновив добуту з саксонської смоляної руди золотисто-жовту «землю» до чорної металоподібної речовини. На честь найбільш далекої з відомих тоді [[планета|планет]] (відкритої [[Джон Гершель|Гершелем]] вісьмома роками раніше) Клапрот, вважаючи нову речовину елементом, назвав його ураном. Тільки 1841 року французький хімік [[Ежен Мелькіор Пеліго]] довів, що, попри характерний металевий блиск, уран Клапрота&nbsp;— не елемент, а [[Оксиди|оксид]] UO<sub>2</sub>. 1840 року Пеліго вдалося отримати справжній уран&nbsp;— важкий метал сіро-сталевого кольору і визначити його [[атомна маса|атомну масу]].

== Походження назви ==
Названий на честь планети [[Уран (планета)|Уран]], відкритої незадовго до самого елемента; планета, в свою чергу, названа іменем давньоримського бога небес [[Уран (міфологія)|Урана]].

== Хімічні властивості ==
На повітрі уран повільно окиснюється з утворенням на поверхні плівки двоокису, який не оберігає метал від подальшого окиснення. У порошкоподібному стані уран&nbsp;— пірофорний&nbsp;— горить яскравим полум'ям. З киснем утворює двоокис [[Оксид урану(IV)|UO<sub>2</sub>]], триокис [[Оксид урану(VI)|UO<sub>З</sub>]] і велику кількість проміжних оксидів, найважливіший з яких [[Оксид урану(V,VI)|U<sub>3</sub>О<sub>8</sub>]]. Ці проміжні оксиди за властивостями близькі до UO<sub>2</sub> і UO<sub>З</sub>.

У природі уран найчастіше зустрічається у вигляді оксиду U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>, який легко розчиняється в суміші [[Карбонат натрію|карбонату]] та гідрокарбонату натрію, чим користуються для відокремлення від супутніх домішок:
: <math>\mathrm{ 2U_3O_8 + 12Na_2CO_3 + O_2 \longrightarrow 6Na_4[UO_2(CO_3)_3] + 6NaOH }</math>
Існує багато інших оксидів урану, {{Джерело?|найважливіший для використання в атомній енергетиці — UO<sub>2</sub>}}.

UF<sub>6</sub>&nbsp;— летка речовина, застосовується в технології [[збагачення урану]].
: <math>\mathrm{ UF_6 + 3Ca \longrightarrow 3CaF_2 + U}</math>

Уран і його сполуки радіаційно- та хімічно токсичні. Гранично допустима доза (ПДД) при професійному опромінюванні 5&nbsp;— [[бер]] на рік.

== Розповсюдження ==
Середній вміст урану в земній корі становить 2,6·10<sup>−4</sup>&nbsp;% (мас). За О.&nbsp;П.&nbsp;Виноградовим середній вміст урану в ультраосновних породах становить 3·10<sup>−7</sup>&nbsp;%, в основних&nbsp;— 5·10<sup>−5</sup>&nbsp;%, у середніх&nbsp;— 1,8·10<sup>−4</sup>&nbsp;%, у кислих&nbsp;— 3,5·10<sup>−4</sup>&nbsp;% і в осадових&nbsp;— 3,2·10<sup>−4</sup>&nbsp;%.

{{main|Уранові руди|Мінерали урану}}
У природі відомо понад 150 уранових і урановмісних мінералів. Найбільше практичне значення має [[уранініт]] ([[настуран]], «уранова смолка») UO<sub>2</sub> (92&nbsp;% U) і його аморфний різновид&nbsp;— [[уранова чернь]] (до 60&nbsp;%)&nbsp;— суміш оксидів урану зі змінним співвідношенням чотири- й шестивалентного урану. Різні типи руд, що розробляються, містять також:
* [[бранерит]] (U, Ca, Th, Y) [(Ti, Fe)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>] (28—44&nbsp;%)
* [[давидит]] (Fe, U)TiO<sub>3</sub> (20&nbsp;%)
* [[ураноторит]] (Th, Fe, U)SiO<sub>4</sub>·''n'' H<sub>2</sub>O (до 17&nbsp;%)
* [[уранофан]] CaH<sub>2</sub>· [UO<sub>2</sub>(SiO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>]·5 Н<sub>2</sub>О (67&nbsp;%)
* [[коффініт]] U(SiO<sub>4</sub>)<sub>1-х</sub>·(ОН)<sub>4х</sub> (68&nbsp;%)
* [[отеніт]] Ca[UО<sub>2</sub>·РО<sub>4</sub>]<sub>2</sub>·(10—12&nbsp;%) H<sub>2</sub>O (60&nbsp;%)
* [[торберніт]] Cu[UО<sub>2</sub>·РО<sub>4</sub>]<sub>2</sub> ·(8—12&nbsp;%) H<sub>2</sub>O (61&nbsp;%)
* [[цейнерит]] Cu[UО<sub>2</sub>·AsO<sub>4</sub>]<sub>2</sub> ·10 H<sub>2</sub>O (56&nbsp;%)
* [[карнотит]] K<sub>2</sub>[(UО<sub>22</sub>)V<sub>2</sub>O<sub>8</sub>]·3 H<sub>2</sub>O (64&nbsp;%),

а також уранові слюдки, [[тіямуніт]], [[лібігіт]] тощо. Важливе значення мають також [[титанати]] урану, [[силікати]], [[танталоніобати]], [[фосфати]], [[ванадати]] тощо. природні урановмісні мінерали.

{{main|Ресурси і запаси урану}}
[[Файл:Uranium production world.PNG|міні|праворуч|200пкс|Видобуток урану у світі у відсотках для кожної окремо взятої країни в 2005 році порівняно з лідером [[Канада|Канадою]] (100&nbsp;% = 11 627 тонн).]]
Найбільшим постачальником палива для діючих у світі ядерних реакторів є [[Канада]]. У басейні річки [[Атабаска (річка)|Атабаска]] на півночі провінції [[Саскачеван]] видобувається близько 11600&nbsp;т, або близько 30&nbsp;% світового виробництва. На другому місці за обсягами видобутку&nbsp;— [[Австралія]], за нею йдуть [[Сполучені Штати Америки|США]] і [[Південна Африка]]{{Джерело?}}.

У [[2005]] році світовий обсяг видобутку урану досяг приблизно 39,3&nbsp;тис тонн, збільшившись від 2003 року на 10&nbsp;%. Це становить більше половини максимальної світової потреби в урані{{Джерело?}}.

На початку [[2025]] року, як повідомило агентство Сіньхуа з посиланням на Управління геологічної розвідки Міністерства природних ресурсів [[Китайська Народна Республіка|КНР]], на північному заході Китаю, у басейні Цзинчуань Ордос, виявлено перше у світі надвелике родовище урану<ref>[https://360ua.news/u-kytayi-vyyavleno-pershe-nadvelyke-rodovyshhe-uranu/ У Китаї виявлено перше надвелике родовище урану. 11.01.2025]</ref>.

Запаси порівняно дешевого урану на планеті дорівнюють приблизно 4&nbsp;млн т, і вони можуть бути вичерпані, як і нафта, за 25–30 років{{Джерело?}}.

== Природний уран ==
{{See also|Природний уран}}
Уран, що трапляється в природі, має атомну масу близько 238 і складається переважно з ізотопу <sup>238</sup>U (99,3&nbsp;%), також він містить невелику кількість <sup>235</sup>U (близько 0,7&nbsp;%) та незначну кількість <sup>234</sup>U. [[Уранові руди]] добувають в уранових рудниках (шахтах) і на [[Гірничозбагачувальний комбінат|гірничозбагачувальних комбінатах]] із них отримують концентрат. Найчастіше це тверда [[Оксид урану(V,VI)|суміш оксидів урану]] (U<sub>3</sub>О<sub>8</sub>). Після висушування речовина зазвичай має жовтуватий колір (залежно від вмісту домішок), її називають «[[жовтий кек|жовтим кеком]]» ({{lang-en|Yellow Cake}}). Жовтий кек доставляють із комбінатів до спеціалізованих переробних заводів для [[афінаж]]у, [[збагачення урану|збагачення]] та виготовлення [[Тепловидільний елемент|ядерного палива]]<ref>[https://www.uatom.org/2020/10/27/fond-yellow-cake-tsini-na-uran-stabilni-ale-covid-19-mozhe-sprichiniti-kolivannya.html Фонд Yellow Cake: Ціни на уран стабільні, але COVID-19 може спричинити коливання. 27.10.2020]</ref>.

Уран є одним із найважливіших для життя хімічних елементів, оскільки температура Землі підтримується завдяки енергії розпаду урану всередині Землі{{сумнівно}}<ref>{{cite web|url=https://vuzlit.com/979677/vstup |title=Біогеохімічний цикл урану |chapter=Вступ |work=Vuzlit - архив студенческих работ |author=?? |accessdate=2023-03-16}}</ref>{{неавторитетне джерело}}<ref>{{cite book|url=http://geophys.knu.ua/docs/library/2012_NuclearGeophysics_VyzhvaS_OnyshchukI_CherniaievO.pdf |author=С.А. Вижва, І.І. Онищук, О.П. Черняєв. |title=Ядерна геофізика. |type= Підручник |publisher=Київський національний університет імені Тараса Шевченка |year=2012}}</ref>{{немає в джерелі}}.

== Отримання ==
{{Main|Уранова промисловість}}

Уран одержують з уранових руд, що містять 0,05–0,5&nbsp;% U.

Найперша стадія уранового виробництва&nbsp;— концентрування. Породу подрібнюють і змішують з водою. Важкі компоненти суспензії осідають швидше. Якщо порода містить первинні мінерали урану, то вони осідають швидко: це важкі мінерали. Вторинні мінерали урану легші, в цьому випадку раніше осідає важка порожня порода. (Втім, далеко не завжди вона справді порожня; в ній може бути багато корисних елементів, зокрема, й уран). Наступна стадія&nbsp;— вилуговування концентратів, переведення урану в розчин. Застосовують кислотне й лужне вилуговування.

Перше&nbsp;— дешевше, оскільки для видобування урану використовують сірчану кислоту. Але якщо у початковій сировині, як, наприклад, в урановій смолці, уран перебуває в чотиривалентному стані, то цей спосіб непридатний: чотиривалентний уран в сірчаній кислоті практично не розчиняється.

У цьому випадку потрібно або вдатися до лужного вилуговування, або попередньо окислювати уран до шестивалентного стану. Не застосовують кислотне вилуговування і в тих випадках, коли урановий концентрат містить [[доломіт]] або [[магнезит]], що реагують з сірчаною кислотою. У цих випадках використовують [[гідроксид натрію]]. Проблему вилуговування урану з руд вирішує кисневе продування. У нагріту до 150&nbsp;°C суміш уранової руди з сульфідними мінералами подають потік кисню. При цьому з сірчистих мінералів утворюється сірчана кислота, яка і вимиває уран. На наступному етапі з отриманого розчину потрібно вибірково виділити уран. Сучасні методи&nbsp;— [[екстракція]] та іонний обмін&nbsp;— дозволяють вирішити цю проблему.

Однак розчин містить не лише уран, а й інші катіони. Деякі з них за певних умов поводять себе так само, як уран: екстрагуються тими ж органічними розчинниками, осідають на тих же іонообмінних смолах, випадають в осад за тих же умов. Тому для селективного виділення урану доводиться використовувати багато окисно-відновних реакцій, щоб на кожній стадії позбавлятися від того чи іншого небажаного супутника. На сучасних іонообмінних смолах уран виділяється дуже селективно. Методи іонного обміну та екстракції добрі ще й тим, що дозволяють досить повно видобувати уран з бідних розчинів (вміст урану&nbsp;— десяті частки граму на літр).

Після цих операцій уран переводять у твердий стан&nbsp;— в один з оксидів або в тетрафторид UF<sub>4</sub>. Але цей уран ще треба очистити від невеликих домішок елементів з великим перерізом захоплення теплових нейтронів&nbsp;— [[бор]]у, [[кадмій|кадмію]], [[гафній|гафнію]]. Їх вміст у кінцевому продукті не повинен перевищувати стотисячних і мільйонних часток відсотка. Для видалення цих домішок технічно чисту сполуку урану розчиняють в азотній кислоті. При цьому утворюється уранілнітрат UO<sub>2</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, який при екстракції трибутил-фосфатом і деякими іншими речовинами додатково очищається до потрібних кондицій. Потім цю речовину кристалізують (або осаджують пероксид UO<sub>4</sub>·2Н<sub>2</sub>О) і починають обережно прожарювати. У результаті цієї операції утворюється оксид урану UO<sub>3</sub>, який відновлюють воднем до UO<sub>2</sub>. На діоксид урану UO<sub>2</sub> при температурі від 430 до 600&nbsp;°C діють сухим фтористим воднем для отримання тетрафториду UF<sub>4</sub>. З цієї сполуки відновлюють металевий уран за допомогою [[кальцій|кальцію]] або [[магній|магнію]] з виходом урану у вигляді зливків масою до 1,5 т. Зливки рафінуються у вакуумних печах.

В 2023 році міжнародна дослідницька група під керівництвом Австралії, до якої входила основна група вчених ANSTO, виявила, що існує простий та ефективний метод, який дозволяє видобувати уран з [[Морська вода|морської води]]. Дослідження з даного питання, яке було опубліковане в журналі ''Energy Advances'', може допомогти у розробці нових матеріалів, високоселективних по відношенню до урану, а саме головне, досить ефективних та економічно вигідних<ref>[https://portaltele.com.ua/news/nauka/vcheni-proponuyut-prostij-metod-viluchennya-uranu-z-morskoyi-vodi.html Вчені пропонують простий метод вилучення урану з морської води. 12.10.2023]</ref>.

== Збагачення ==
{{Main|Збагачення урану}}

== Застосування ==
Металевий уран або його сполуки використовуються в основному як ядерне паливо в ядерних реакторах. Природна або низькозбагачена суміш ізотопів урану (3–5&nbsp;% <sup>235</sup>U) використовується у стаціонарних реакторах атомних електростанцій, продукт високого ступеня збагачення (20–40&nbsp;% <sup>235</sup>U)&nbsp;— в ядерних силових установках або в реакторах, що працюють на швидких нейтронах. Майже чистий <sup>235</sup>U (понад 90&nbsp;%) використовується в [[ядерна зброя|ядерній зброї]]. <sup>238</sup>U служить джерелом вторинного ядерного пального&nbsp;— [[плутоній|плутонію]].

Наприкінці першого десятиріччя XXI&nbsp;ст. світова атомна енергія, яку виробляють понад 30 країн, має добрі перспективи&nbsp;— планується її широкомасштабний розвиток, зокрема побудова від 300 до 600 нових атомних реакторів вже до 2025&nbsp;р.{{Джерело?}}

{{Джерело?|У Франції понад 75&nbsp;% електроенергії виробляється на АЕС, у США&nbsp;— 20&nbsp;%, в Англії і Бельгії&nbsp;— близько 60&nbsp;%, Фінляндії&nbsp;— 27&nbsp;%.}} {{Джерело?|В Україні частка [[АЕС]] у виробленні електроенергії у [[2010]] році становила 47,4&nbsp;%}}. У США працює понад 100 АЕС.

== Ціни ==
Ціни на уран у січні 2024 року продовжили зростання і перевищили $92 за фунт, сягнувши максимуму з кінця 2007 року<ref>{{Cite web|title=Ціни на уран зросли до максимуму за 16 років|url=http://minfin.com.ua/ua/2024/01/16/119778582/|website=minfin.com.ua|accessdate=2024-01-18|language=uk}}</ref>. 

13 травня 2024 року, на офіційному сайті Білого дому було повідомлено про підписання Президентом США [[Джо Байден|Джо Байденом]] історичного закону про заборону імпорту в країну російського урану. Конгрес виділив $2,72 млрд для запуску нових потужностей зі збагачення урану в США. Проте, за експертними оцінками, заміщення поставок може бути складним завданням і призведе до підвищення вартості збагаченого урану на 20&nbsp;%<ref>[https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2024/05/13/statement-from-national-security-advisor-jake-sullivan-on-the-signing-of-the-prohibiting-russian-uranium-imports-act-into-law/ Statement From National Security Advisor Jake Sullivan on the Signing of the Prohibiting Russian Uranium Imports Act into Law. May 13, 2024]</ref><ref>[https://zn.ua/ukr/usa/bajden-pidpisav-istorichnij-zakon-pro-zaboronu-importu-uranu-z-rosiji.html Байден підписав історичний закон про заборону імпорту з Росії. 14.05.2024, 03:29]</ref>. 

== У літературі ==
У романі українського письменника [[Кідрук Максим Іванович|Макса Кідрука]] «[[Жорстоке небо]]» в 21 главі згадується про один із ізотопів U-239, щоб дати порівняння про нестабільність настрою одного з персонажів: «Його тато був ще тим диваком, нестабільним, наче уран-239, холериком, затятим мисливцем, чиї перепади настрою могли порівнятись лише зі зміною погоди в південних широтах».

== Див. також ==
* [[Ресурси і запаси урану]]

== Джерела ==
* {{Глосарій термінів з хімії}}
* {{ГЕС}}
* Любич О. Й., Пчелінцев В.&nbsp;О.&nbsp;Фізичні основи металургії кольорових і рідкоземельних металів: Навч. посібник.&nbsp;— Суми: Вид-во СумДУ, 2009 ISBN 978-966-657-255-7 с.212&nbsp;— 214

== Примітки ==
{{reflist}}

{{без виносок|дата=вересень 2016}}
{{Бібліоінформація}}

[[Категорія:Хімічні елементи]]
[[Категорія:Актиноїди]]
[[Категорія:Уран]]
[[Категорія:Радіоактивні елементи]]
[[Категорія:Рідкісні метали]]