عنصر اليورانيوم الكيميائي

اليورانيوم (U) ، عنصر كيميائي مشع من سلسلة الأكتينويد في الجدول الدوري ، العدد الذري 92. إنه وقود نووي مهم.

عنصر أكتينويد

أعضاء المجموعة ، بما في ذلك اليورانيوم (الأكثر دراية) ، تحدث بشكل طبيعي ، ومعظمهم من صنع الإنسان. تم استخدام كل من اليورانيوم والبلوتونيوم

يشكل اليورانيوم حوالي جزءين لكل مليون من قشرة الأرض. بعض معادن اليورانيوم الهامة هي pitchblende (نجس U ₃ O ₈) ، اليورانيوم (UO ₂) ، carnotite (بوتاسيوم يورانيوم فاناديت) ، autunite (فوسفات يورانيوم كالسيوم) ، و torbernite (فوسفات يورانيوم نحاسي). تحتوي هذه وغيرها من خامات اليورانيوم القابلة للاسترداد ، كمصادر للوقود النووي ، على طاقة أكثر بكثير من جميع الرواسب المعروفة القابلة للاسترداد للوقود الأحفوري. ينتج رطل واحد من اليورانيوم قدرًا كبيرًا من الطاقة مثل 1.4 مليون كيلوغرام (3 ملايين رطل) من الفحم.

للحصول على معلومات إضافية حول رواسب خام اليورانيوم ، وكذلك تغطية تقنيات التعدين والتكرير والاستعادة ، انظر معالجة اليورانيوم. للحصول على بيانات إحصائية مقارنة حول إنتاج اليورانيوم ، انظر الجدول.

اليورانيوم

بلد	إنتاج المناجم 2013 (طن متري)	٪ من إنتاج المنجم العالمي
*تقدير.
المصدر: الرابطة النووية العالمية ، إنتاج تعدين اليورانيوم العالمي (2014).
كازاخستان	22،574	37.9
كندا	9332	15.6
أستراليا	6،350	10.6
النيجر *	4528	7.6
ناميبيا	4،315	7.2
روسيا	3135	5.3
أوزبكستان *	2400	4.0
الولايات المتحدة الأمريكية	1،835	3.1
الصين*	1،450	2.4
ملاوي	1،132	1.9
أوكرانيا	1،075	1.9
جنوب أفريقيا	540	0.9
الهند*	400	0.7
جمهورية التشيك	225	0.4
البرازيل	198	0.3
رومانيا*	80	0.1
باكستان *	41	0.1
ألمانيا	27	0.0
المجموع العالمي	59637	100

اليورانيوم هو عنصر معدني كثيف صلب باللون الأبيض الفضي. إنه مطيل ومرن وقادر على أخذ طلاء عالي. في الهواء يشوه المعدن وعندما ينقسم إلى نيران. هو موصل فقير نسبيا للكهرباء. على الرغم من اكتشافه (1789) من قبل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث ، الذي أطلق عليه اسم الكوكب المكتشف آنذاك أورانوس ، تم عزل المعدن نفسه لأول مرة (1841) من قبل الكيميائي الفرنسي يوجين-ملكيور بيليجوت عن طريق تقليل رابع كلوريد اليورانيوم (UCl ₄) مع البوتاسيوم.

ركزت صياغة النظام الدوري من قبل الكيميائي الروسي دميتري مينديلييف في عام 1869 الانتباه على اليورانيوم باعتباره أثقل عنصر كيميائي ، وهو الموقف الذي احتفظ به حتى اكتشاف أول نبتونيوم عنصر ما وراء اليورانيوم في عام 1940. وفي عام 1896 اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكيريل في اليورانيوم ظاهرة النشاط الإشعاعي ، مصطلح استخدم لأول مرة في عام 1898 من قبل الفيزيائيين الفرنسيين ماري وبيير كوري. تم العثور على هذه الخاصية في وقت لاحق في العديد من العناصر الأخرى. من المعروف الآن أن اليورانيوم ، المشع في جميع نظائره ، يتكون بشكل طبيعي من خليط من اليورانيوم 238 (99.27 في المائة ، 4،510،000،000 نصف عام) ، اليورانيوم 235 (0.72 في المائة ، 713،000،000 نصف عام) ، و اليورانيوم -234 (0.006 في المائة ، نصف العمر 247000 سنة). تجعل فترات نصف العمر الطويلة هذه تحديد عمر الأرض ممكنًا من خلال قياس كميات الرصاص ، وهو منتج التحلل النهائي لليورانيوم ، في بعض الصخور المحتوية على اليورانيوم. اليورانيوم -238 هو الأصل واليورانيوم -234 إحدى الفتيات في سلسلة اضمحلال اليورانيوم المشع ؛ اليورانيوم 235 هو أصل سلسلة اضمحلال الأكتينيوم. أنظر أيضا عنصر actinoid.

أصبح عنصر اليورانيوم موضوع دراسة مكثفة واهتمام واسع النطاق بعد أن اكتشف الكيميائيان الألمانيان أوتو هان وفريتز ستراسمان في أواخر عام 1938 ظاهرة الانشطار النووي في قصف اليورانيوم بسبب النيوترونات البطيئة. اقترح الفيزيائي الأمريكي المولود في إيطاليا إنريكو فيرمي (أوائل عام 1939) أن النيوترونات قد تكون من بين منتجات الانشطار وبالتالي يمكن أن تستمر في الانشطار كرد فعل تسلسلي. أكد الفيزيائي الأمريكي المجري المولد ليو سزيلارد ، والفيزيائي الأمريكي هربرت ل. أندرسون ، والكيميائي الفرنسي فريديريك جوليو كوري ، وزملائهم (1939) هذا التنبؤ ؛ وأظهر التحقيق لاحقا أن ما معدله 2 ¹ / ₂ نيوترون لكل ذرة يتم الافراج خلال الانشطار. أدت هذه الاكتشافات إلى أول تفاعل تسلسلي نووي ذاتي الاكتفاء (2 ديسمبر 1942) ، أول اختبار للقنبلة الذرية (16 يوليو 1945) ، أول قنبلة ذرية أسقطت في الحرب (6 أغسطس 1945) ، أول ذرة تعمل بالطاقة الذرية غواصة (1955) ، وأول مولد كهربائي يعمل بالطاقة النووية على نطاق واسع (1957).

يحدث الانشطار مع النيوترونات البطيئة في نظير اليورانيوم -235 النادر نسبياً (المادة الانشطارية الوحيدة التي تحدث بشكل طبيعي) ، والتي يجب فصلها عن نظير اليورانيوم -238 بكثرة لاستخداماته المختلفة. ومع ذلك ، ينتقل اليورانيوم -238 ، بعد امتصاص النيوترونات ويخضع لتحلل بيتا سلبي ، إلى عنصر بلوتونيوم اصطناعي ، وهو قابل للانشطار مع نيوترونات بطيئة. لذلك ، يمكن استخدام اليورانيوم الطبيعي في مفاعلات التحويل والمولد ، حيث يتم الحفاظ على الانشطار بواسطة اليورانيوم -235 نادر والبلوتونيوم الذي يتم تصنيعه في نفس الوقت عن طريق تحويل اليورانيوم 238. يمكن تصنيع اليورانيوم -233 الانشطاري لاستخدامه كوقود نووي من نظير الثوريوم غير الانشطاري ثوريوم -232 ، وهو غزير في الطبيعة. اليورانيوم مهم أيضًا كمادة أولية تم تحضير عناصر عبر اليورانيوم الاصطناعية من خلال تفاعلات التحويل.

يتفاعل اليورانيوم ، وهو إيجابي كهربي بقوة ، مع الماء ؛ يذوب في الأحماض ولكن ليس في القلويات. حالات الأكسدة الهامة هي +4 (كما في أكسيد UO ₂ ، رباعي هاليدات مثل UCl ₄ ، والأيون المائي الأخضر U ^{4 +}) و +6 (كما في أكسيد UO ₃ ، سادس فلوريد UF ₆ ، وأورانيل أصفر أيون UO ₂ ²⁺). في المحلول المائي ، يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا مثل أيون اليورانيل ، الذي له بنية خطية [O = U = O] ²⁺. يعرض اليورانيوم أيضًا حالة +3 و +5 ، لكن الأيونات ذات الصلة غير مستقرة. يتأكسد أيون U ³⁺ الأحمر ببطء حتى في الماء الذي لا يحتوي على الأكسجين المذاب. لون UO ₂ ⁺ أيون غير معروف لأنه يخضع لعدم تناسق (يتم تقليل UO ₂ ^{+ في} نفس الوقت إلى U ^{4 +} وأكسدته إلى UO ₂ ²⁺) حتى في الحلول المخففة جدًا.

تم استخدام مركبات اليورانيوم كعوامل تلوين للسيراميك. سادس فلوريد اليورانيوم (UF ₆) مادة صلبة ذات ضغط بخار مرتفع بشكل غير عادي (115 torr = 0.15 atm = 15300 Pa) عند 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت). يعتبر UF ₆ متفاعلًا كيميائيًا للغاية ، ولكن على الرغم من طبيعته المسببة للتآكل في حالة البخار ، فقد تم استخدام UF ₆ على نطاق واسع في طرق نشر الغاز والطرد المركزي لفصل اليورانيوم 235 من اليورانيوم 238.

المركبات المعدنية العضوية هي مجموعة مثيرة للاهتمام ومهمة من المركبات التي توجد فيها روابط معدنية - كربون تربط المعدن بالمجموعات العضوية. Uranocene هو مركب عضوي من اليورانيوم U (C ₈ H ₈) ₂ ، حيث يتم وضع ذرة اليورانيوم بين طبقتين من الحلقات العضوية المتعلقة ب cyclooctatetraene C ₈ H ₈. فتح اكتشافه في عام 1968 منطقة جديدة في الكيمياء العضوية الفلزية.

خصائص العنصر

العدد الذري	92
الوزن الذري	238.03
نقطة الانصهار	1،132.3 درجة مئوية (2،070.1 درجة فهرنهايت)
نقطة الغليان	3،818 درجة مئوية (6،904 درجة فهرنهايت)
جاذبية معينة	19.05
الأكسدة	+3 ، +4 ، +5 ، +6
تكوين الإلكترون للحالة الذرية الغازية	[Rn] 5f 3 6d 1 7s 2