اورانیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
پروتاکتینیماورانیمنپتونیم
Nd

U

(Uqb)
ظاهر
نقرهy gray metallic; corrodes to a spalling black oxide coat in air
Two hands in brown gloves holding a gray disk with a number 2068 hand-written on it
ویژگی‌های کلی
نام, نماد, عدد اورانیم, U, 92
تلفظ به انگلیسی /jʊˈrniəm/
yoo-RAY-nee-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه آکتینیدها
گروه، تناوب، بلوک [[عنصر گروه |]], ۷, f
جرم اتمی استاندارد 238.02891 g·mol−۱
آرایش الکترونی [Rn] 5f3 6d1 7s2
الکترون به لایه 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به r.t.) 19.1 g·cm−۳
چگالی مایع در m.p. 17.3 g·cm−۳
نقطه ذوب 1405.3 K, 1132.2 °C, 2070 °F
نقطه جوش 4404 K, 4131 °C, 7468 °F
گرمای هم‌جوشی 9.14 kJ·mol−1
گرمای تبخیر 417.1 kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی 27.665 J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن 6, 5, 4, 3[۱]
(weakly basic oxide)
الکترونگاتیوی 1.38 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونیزه شدن 1st: 597.6 kJ·mol−1
2nd: 1420 kJ·mol−1
شعاع اتمی 156 pm
شعاع کووالانسی 196±7 pm
شعاع واندروالانسی 186 pm
متفرقه
ساختار کریستالی orthorhombic
مغناطیس paramagnetic
مقاومت الکتریکی (0 °C) 0.280 µΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 27.5 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (25 °C) 13.9 µm·m−1·K−1
سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) 3155 m/s
مدول یانگ 208 GPa
مدول شیر 111 GPa
مدول باک 100 GPa
نسبت پواسون 0.23
عدد کاس 7440-61-1
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های اورانیم
iso NA نیمه عمر DM DE (MeV) DP
232U syn 68.9 y SF
α 5.414 228Th
233U syn 159,200 y SF 197.93[۲]
α 4.909 229Th
234U 0.0054% 245,500 y SF 197.78
α 4.859 230Th
235U 0.7204% 7.038×108 y SF 202.48
α 4.679 231Th
236U trace 2.342×107 y SF 201.82
α 4.572 232Th
238U 99.2742% 4.468×109 y α 4.270 234Th
SF 205.87
ββ
اورانیم در جدول تناوبی

اورانیم (به انگلیسی: Uranium) یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ۲۳۵U اورانیم در نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.

اورانیم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت می‌شود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.

سال‌ها از اورانیم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ میلادی ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم میلادی مخفی بود.

فراوانی[ویرایش]

این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده ۴۸ قراردارد.

اورانیم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می‌شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود می‌آیند و نسبت وجود آنها در زمین برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. اورانیم طبیعی شامل ‎۹۹/۳٪ از ایزوتوپ ‎۲۳۸U و ‎۰/۷٪ ‎۲۳۵U است.

این فلز در بسیاری از قسمت‌های دنیا در صخره‌ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس‌ها وجود دارد. میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقره یا جیوه بسیار بیشتر است.

ده کشوری که ۹۴٪ از استخراج اورانیم جهان در آنها انجام می‌گیرد.

در ایران بزرگترین منبع اورانیم مربوط به ساغند اردکان می باشد.

تاریخچه[ویرایش]

اورانیم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی‎دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلنده (Pitchblende) کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.

اورانیم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ۴۰ سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می‌کند.

دانشمندان معتقد هستند که اورانیم بیش از ۶/۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.

ویژگی‌های اورانیم[ویرایش]

اورانیم یکی از سنگین‌ترین و چگالترین 18,97 g/cm³ عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است Platin 21,45 g/cm³ .)

اورانیم خالص حدود ‎۱۸/۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می‌شود.

اورانیم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ‎۹۹/۳ درصد از اورانیمی که در طبیعت یافت می‌شود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-۲۳۸) است و حدود ‎۰/۷ درصد ایزوتوپ ۲۳۵ (U-۲۳۵). دیگر ایزوتوپ‌های اورانیم بسیار نادر هستند.

در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهم‌تر است چرا که U-۲۳۵ (با فراوانی تنها ‎۰/۷ درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «ماده شکافا» (FissileFissile) هم گفته می‌شود و برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود.

شکافت هسته‌ای اورانیم[ویرایش]

U-۲۳۵ قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیم دارای ۹۲ پروتون و ۱۴۳ نوترون است (بنابراین جمعآ ۲۳۵ ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-۲۳۵ نامیده می‌شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.

این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می‌گیرد، در این حالت یک اتم U-۲۳۵ به دو اتم دیگر تقسیم می‌شود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده خود با اتم‌های دیگر U-۲۳۵ ترکیب می‌شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتم‌های U-۲۳۵ تشکیل می‌شود.

اتم U-۲۳۵ با دریافت یک نوترون به اورانیم ۲۳۶ تبدیل می‌شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می‌شود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-۲۳۵ بسیار قابل توجه می‌شود.

نمونه‌ای از این واکنش‌ها به اینصورت است:

U-۲۳۵ + n \rightarrow Ba-۱۴۱ + Kr-۹۲ + ۳n + ‎۱۷۰ Million electron Volts‎

U-۲۳۵ + n \rightarrow Te-۱۳۹ + Zr-۹۴ + ۳n + ۱۹۷ Million electron Volts

که در آن: electron Volt = ۱٫۶۰۲ x ۱۰-۱۹ joules

(یک ژول انرژی برابر توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه‌است.)

مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته‌ای انجام گیرد. رآکتور هسته‌ای می‌تواند از انرژی آزاد شده برای گرم کردن آب استفاده کند تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربینهای بخار و تولید برق استفاده شود.

منابع[ویرایش]

  1. The Chemistry of the آکتینیدهاand TransآکتینیدهاElements: Third Edition by L.R. Morss, N.M. Edelstein, J. Fuger, eds. (هلند: Springer, 2006.)
  2. BNL-NCS 51363, vol. II (1981), pages 835ff
جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ اورانیوم موجود است.