Презентация по теме "Уран"

• Уран – химический элемент, который имеет атомный номер 92 в периодической таблице Менделеева. Атомная же масса его составляет 238,029. Обозначается он символом U. В нормальных условиях является плотным, тяжелым металлом серебристого цвета. Если говорить о его радиоактивности, то сам по себе уран – элемент, обладающий слабой радиоактивностью. Также он не имеет в своем составе полностью стабильных изотопов. А самым стабильным из существующих изотопов считается уран-238.

История открытия

• Уран был открыт в 1789 немецким химиком М. Г. Клапротом  при исследовании минерала «смоляной обманки». Назван им в честь планеты Уран, открытой У. Гершелем  в 1781. В металлическом состоянии уран получен в 1841 французским химиком Э. Пелиго  при восстановлении UCl 4 металлическим калием. Радиоактивные свойства урана обнаружил в 1896 француз А. Беккерель .  Первоначально урану приписывали атомную массу 116, но в 1871 Д. И. Менделеев пришел к выводу, что ее надо удвоить. После открытия элементов с атомными номерами от 90 до 103 американский химик Г. Сиборг  пришел к выводу, что эти элементы(актиноиды)  правильнее располагать в периодической системе в одной клетке с элементом №89 актинием. Такое расположение связано с тем, что у актиноидов происходит достройка 5 f -электоронного подуровня. 

Характеристика

• Конфигурация трех внешних электронных слоев 5 s 2 p 6 d  10  f   3  6 s   2   p  6   d   1 7  s 2 , уран относится к  f -элементам. Расположен в IIIB группе в 7 периоде периодической системы элементов. В соединениях проявляет степени окисления +2, +3, +4, +5 и +6, валентности II, III, IV, V и VI. 
•   Природный уран состоит из смеси трех изотопов:  238 U, 99,2739%, с периодом полураспада  Т 1/2  = 4,51·10 9  лет,  235 U, 0,7024%, с периодом полураспада  Т 1/2  = 7,13·10 8  лет,  234 U, 0,0057%, с периодом полураспада  Т 1/2  = 2,45·10 5  лет.  238 U (уран-I, UI) и  235 U (актиноуран, АсU) являются родоначальниками радиоактивных рядов. 

Физические свойства

• Уран  — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три кристаллические модификации:
• α-U, (стабильна до 667,7 °C), ромбическая сингония, пространственная группа;
• β-U, (стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), тетрагональная сингония, пространственная группа;
• γ-U, (существующей от 774,8 °C до точки плавления), кубическая сингония, пространственная группа.

Кристаллическая решетка

Получение

• Уран получают из урановых руд, содержащих 0,05—0,5% U. Извлечение урана начинается с получения концентрата. Руды выщелачивают растворами серной, азотной кислот или щелочью. В полученном растворевсегда содержатся примеси других металлов. При отделении от них урана, используют различия в ихокислительно-восстановительных свойствах. Окислительно-восстановительные процессы сочетают спроцессами ионного обмена и экстракции.  Из полученного раствора уран извлекают в виде оксида или тетрафторида UF 4 , методом металлотермии:  UF 4 + 2Mg = 2MgF 2 + U 

Химические свойства

Простое вещество

• Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150—175 °C, образуя U 3 O 8 .
• Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана:

U + H 2 O →UO 2 + 2H 2

• В кислотах-не окислителях уран растворяется, образуя UO 2  или соли U 4+  (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO 2 2+ С растворами щелочей уран не взаимодействует.
• При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Соединения урана III

• Соли урана(+3) (преимущественно, галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl 4.  Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства:

4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + 2H2

• Галогениды урана III образуются при восстановлении галогенидов урана (IV) водородом:

2UCl 4 +H 2 → 2UCl 3 +2HCl (550—590 о C).

Соединения урана IV

• Уран (+4) образует легко растворимые в воде соли зелёного цвета. Они легко окисляются до урана (+6)

Соединения урана V

• Соединения урана (+5) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 +UO 2

Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует:

2UCl 5 → UCl 4 +UCl 6

Соединения урана VI

Степени окисления +6 соответствует оксид UO 3 . В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO 2 2+ :

UO 3 + 2CH 3 COOH → UO 2 (CH 3 COO) 2 + H 2 O

C основаниями UO 3  (аналогично CrO 3 , MoO 3  и WO 3 ) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U 2 O 7 2- ). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

UO 2 (CH 3 COO) 2 + 6NaOH → Na 2 U 2 O 7 +4CH 3 COONa + 3H 2 O

• Из соединений урана (+6), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl 6  и фторид UF 6 . Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.
• Соединения урана (+6) наиболее устойчивы на воздухе и в водных растворах.

Разведанные запасы в мире

• Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре. Разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют 5,4 млн тонн.
• Странами лидерами по запасам урана являются Казахстан, Канада и Россия.

Применение

Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана  235 U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа  235 U из природного урана — сложная технологическая проблема.

Тепловыделяющая способность урана

1 тонна обогащённого урана по тепловыделяющей способности равна 1350 тыс. тонн нефти или природного газа.

Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада.

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при выделении горных пород геофизическими методами.

Другие сферы

• Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу.
• Уранат натрия  Na 2 U 2 O 7  использовался как жёлтый пигмент в живописи.
• Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).
• Некоторые соединения урана светочувствительны.
• В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.
• Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия  и карбидом циркония применяется в качестве топлива для  ядерных реактивных двигателей  (рабочее тело — водород+ гексан).
• Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.
• Соль цинкуранилацетат урана Zn[(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 8 ] применяется в аналитической химии при проведении качественного анализа катионов натрия.

Спасибо за внимание!