Уран (U)
АктиноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
238,02891 uЭлектронная конфигурация
[Rn] 7s2 5f3 6d1Температура плавления
1134,85 °CТемпература кипения
4130,85 °CПлотность
1,895e+4 kg/m³Степени окисления
−1, +1, +2, +3, +4, +5, +6Электроотрицательность (по Полингу)
1,38Энергия ионизации (1-я)
6,19405 eVГод открытия
1789Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Уран — плотный металл актиноидного ряда и самый тяжёлый элемент, встречающийся на Земле в значительном природном распространении. Природный уран в основном представлен ²³⁸U, при меньшем содержании делящегося ²³⁵U и следовых количествах ²³⁴U. Его химия сильно оксофильна и обычно включает уранильный ион UO₂²⁺. Уран имеет важное технологическое значение как ядерное топливо и исторически важен для открытия и развития радиоактивности и ядерного деления.
Чистый уран — серебристо-белый, слабо радиоактивный металл, который твёрже большинства элементов. Он ковкий, тягучий, слабо парамагнитный, сильно электроположительный и является плохим проводником электричества. Металлический уран имеет очень высокую плотность, примерно на 70% выше, чем у свинца, но немного ниже, чем у золота. Металлический уран существует в трёх кристаллографических модификациях: alpha > (688°C) > beta > (776°C) > gamma. Уран пирофорен в мелкодисперсном состоянии. Он немного мягче стали и в мелкодисперсном состоянии разлагается холодной водой. На воздухе металлический уран покрывается слоем оксида. Кислоты растворяют металл с образованием состояния окисления +3, которое быстро окисляется водой и воздухом с образованием более высоких степеней окисления. Металлический уран не подвергается воздействию щелочей. Металлический уран можно получить восстановлением галогенидов урана щелочными или щёлочноземельными металлами либо восстановлением оксидов урана кальцием, алюминием или углеродом при высоких температурах. Металл также можно получить электролизом KUF5 или UF4, растворённых в расплавленной солевой смеси CaCl2 и NaCl. Высокочистый уран можно получить термическим разложением галогенидов урана на раскалённой нити.
Металлический уран реагирует почти со всеми неметаллическими элементами и их соединениями, причём реакционная способность возрастает с повышением температуры. Соляная и азотная кислоты растворяют уран, однако неокисляющие кислоты, кроме соляной, действуют на элемент очень медленно. В мелкодисперсном состоянии он может реагировать с холодной водой. На воздухе металлический уран окисляется и покрывается тёмным слоем оксида урана. Уран образует разнообразные сплавы и соединения, при этом наиболее важными степенями окисления являются уран(IV) и уран(VI), а соответствующие им два оксида — это, соответственно, диоксид урана, UO2, и триоксид урана, UO3. Помимо оксидов, к другим важным соединениям урана относятся фториды, хлориды, бромиды, йодиды, карбонаты, гидриды, карбиды, нитриды, фосфаты и т. д. При комнатной температуре гексафторид урана, UF6, имеет высокое давление пара, что делает его полезным в процессе газовой диффузии, используемом для разделения редкого изотопа U-235 от распространённого изотопа U-238. Гидриды, нитриды и карбиды урана представляют собой относительно инертные полуметаллические соединения, мало растворимые в кислотах, и использовались в качестве стабильных топливных таблеток в технологии ядерных энергетических реакторов.
Уран существует в водных растворах в степенях окисления +3, +4, +5 и +6. Степень окисления +6 в виде иона UO22+ (жёлтого цвета) является наиболее стабильной в растворе. Уран в степени +5 в виде иона UO2+ бесцветен, довольно нестабилен и диспропорционирует (реагирует сам с собой) с образованием состояний +6 и +4. Состояние +4 (зелёное) достаточно стабильно в растворе, но состояние +3 (тёмно-зелёное или тёмно-красное в зависимости от источника освещения — дневной свет или люминесцентный свет) нестабильно и легко окисляется до +4. Состояние +4 в растворах с почти нейтральным pH легко гидролизуется с образованием чёрных осадков оксигидроксида.
Название происходит от планеты Уран, которая в римской мифологии была «Отцом Неба». Немецкий химик Мартин-Генрих Клапрот открыл этот элемент в 1789 году, после открытия Уильямом Гершелем планеты в 1781 году. Металлический уран был впервые выделен французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго в 1841 году.
Уран был открыт Мартином Генрихом Клапротом, немецким химиком, в минерале смоляная обманка (главным образом смесь оксидов урана) в 1789 году. Хотя Клапрот, как и все научное сообщество, считал, что вещество, извлеченное им из смоляной обманки, является чистым ураном, на самом деле это был диоксид урана (UO2). Обнаружив, что «чистый» уран странно реагирует с тетрахлоридом урана (UCl4), французский химик Эжен-Мельхиор Пелиго выделил чистый уран, нагревая диоксид урана с калием в платиновом тигле. Радиоактивность была впервые обнаружена в 1896 году, когда французский физик Антуан Анри Беккерель выявил ее в образце урана. В настоящее время уран получают из урановых руд, таких как смоляная обманка, уранинит (UO2), карнотит (K2(UO2)2VO4·1-3H2O) и отенит (Ca(UO2)2(PO4)2·10H2O), а также из фосфатных пород (Ca3(PO4)2), лигнита (бурого угля) и монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4). Поскольку спрос на металлический уран невелик, уран обычно продается в форме натрийдиураната (Na2U2O7·6H2O), также известного как yellow cake, или оксида триурана (U3O8).
Использование урана в его природной оксидной форме восходит к 79 году н. э., когда он применялся в качестве желтого красящего вещества в керамических глазурях. Желтое стекло с 1% оксида урана было найдено в древнеримской вилле близ Неаполя, Италия. В позднем Средневековье смоляную обманку добывали на серебряных рудниках и использовали в качестве красителя в стекольной промышленности. Открытие урана как элемента обычно приписывают Мартину Г. Клапроту. Проводя опыты со смоляной обманкой в 1789 году, он пришел к выводу, что она содержит новый элемент, который он назвал в честь недавно открытой планеты Уран (названной в честь греческого бога неба). На самом деле Клапрот идентифицировал не чистый элемент, а оксид урана. Чистый металл был впервые выделен в 1841 году Эженом-Мельхиором Пелиго, который восстановил безводный тетрахлорид урана металлическим калием.
В 1896 году Антуан Анри Беккерель обнаружил, что уран испускает невидимый свет или лучи; это была радиоактивность. В 1934 году исследования Энрико Ферми и других в конечном итоге привели к использованию деления урана в первом ядерном оружии, примененном в войне, а позднее — к мирному использованию урана в качестве топлива для производства ядерной энергии. Последовавшая гонка вооружений в период холодной войны между Соединенными Штатами и Советским Союзом привела к созданию десятков тысяч ядерных боезарядов, использовавших металлический уран и полученный из урана плутоний-239. Безопасность этого оружия и их делящегося материала после распада Советского Союза в 1991 году остается предметом постоянной обеспокоенности.
В 1972 году французский физик Франсис Перрен открыл древние и более не действующие доисторические природные ядерные реакторы деления в урановых рудных залежах на руднике Окло в Габоне, Западная Африка, получившие коллективное название ископаемых реакторов Окло. Рудное месторождение имеет возраст 1,7 миллиарда лет; в то время уран-235 составлял около 3% всего урана на Земле (0,72% сегодня). Этого достаточно, чтобы обеспечить устойчивую цепную реакцию ядерного деления при наличии других необходимых геологических условий.
Чистый уран — серебристо-серый металл в свежеприготовленном состоянии, но на воздухе он темнеет по мере образования оксидных слоев. Он очень плотен, в некоторых формах ковок и ниже температуры плавления существует в нескольких твердых аллотропных модификациях. Мелкоизмельченный уран может быть пирофорным.
Доминирующее применение урана — в качестве топлива для ядерных реакторов после добычи, переработки, при необходимости изотопного обогащения и изготовления топлива, обычно диоксида урана, UO₂. ²³⁵U — основной природный делящийся изотоп, используемый в большинстве энергетических реакторов. Обеднённый уран, остающийся после обогащения, использовался в радиационной защите, противовесах, бронебойных сердечниках и некоторых видах военной брони благодаря высокой плотности. Соединения урана ранее использовались для окрашивания стекла и керамики, но в настоящее время такие применения ограничены и регулируются.
Поскольку уран является естественно радиоактивным, уран, обычно в форме диоксида урана (UO2), наиболее широко используется в атомной энергетике для производства электроэнергии. Природный уран состоит из трех изотопов: урана-234, урана-235 и урана-238. Хотя все три изотопа радиоактивны, только уран-235 является делящимся материалом, который может использоваться в ядерной энергетике.
Когда делящийся материал подвергается удару нейтрона, его ядро может высвободить энергию, распадаясь на более мелкие фрагменты. Если некоторые из фрагментов являются другими нейтронами, они могут сталкиваться с другими атомами и вызывать их распад. Делящийся материал, такой как уран-235, — это материал, способный производить достаточное количество свободных нейтронов для поддержания ядерной цепной реакции.
Лишь 0,7204% природного урана приходится на уран-235. Это слишком низкая концентрация, чтобы поддерживать ядерную цепную реакцию без помощи материала, известного как замедлитель. Замедлитель — это материал, который может замедлять нейтрон, не поглощая его. Медленные нейтроны с большей вероятностью вступают в реакцию с ураном-235, и реакторы, использующие природный уран, могут быть созданы с применением графита или тяжелой воды в качестве замедлителя. Существуют также методы обогащения урана-235. После увеличения содержания урана-235 примерно до 3% в качестве замедлителя может использоваться обычная вода.
Уран-238, наиболее распространенный изотоп урана, может быть превращен в плутоний-239, делящийся материал, который также может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах. Для получения плутония-239 атомы урана-238 подвергают воздействию нейтронов. Уран-239 образуется, когда уран-238 поглощает нейтрон. Период полураспада урана-239 составляет около 23 минут, и он распадается в нептуний-239 в результате бета-распада. Период полураспада нептуния-239 составляет около 2,4 суток, и он распадается в плутоний-239 также в результате бета-распада.
Хотя он не встречается в природе, уран-233 также является делящимся материалом, который может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах. Для получения урана-233 атомы тория-232 подвергают воздействию нейтронов. Торий-233 образуется, когда торий-232 поглощает нейтрон. Период полураспада тория-233 составляет около 22 минут, и он распадается в протактиний-233 в результате бета-распада. Период полураспада протактиния-233 составляет около 27 дней, и он распадается в уран-233, также в результате бета-распада. При полном делении один фунт (0,45 килограмма) урана-233 выделит столько же энергии, сколько при сжигании 1 500 тонн (1 350 000 килограммов) угля.
Уран — плотный металл, который находит применение и вне атомной энергетики. Он используется как мишень для получения рентгеновского излучения, как боеприпас для некоторых видов военного оружия, как защита от излучения, как противовес для рулевых поверхностей самолета и в гироскопах инерциальных систем наведения.
Соединения урана веками использовались для окрашивания стекла. Образец желтого стекла возрастом 2 000 лет, найденный близ Неаполя, Италия, содержит оксид урана. Триоксид урана (UO3) представляет собой оранжевый порошок и использовался при производстве тарелок Fiestaware. Другие соединения урана также использовались для изготовления стекла цвета вазелина и глазурей. Уран в этих изделиях радиоактивен, и с ним следует обращаться осторожно.
Самый стабильный изотоп урана, уран-238, имеет период полураспада около 4 468 000 000 лет. Он распадается в торий-234 в результате альфа-распада либо распадается путем спонтанного деления.
Уран использовался в качестве красящего вещества в керамических глазурях и стекле в Древнем Риме и в Средние века, придавая окраску от оранжево-красной до лимонно-желтой. В последнее время он использовался как оранжевая глазурь в современной посуде Fiestaware©, но впоследствии был снят с производства по соображениям здоровья. Многие современные применения урана связаны с использованием его уникальных ядерных свойств. Уран-235 отличается тем, что является единственным природным делящимся изотопом. Это означает, что он может быть расщеплен на два или три фрагмента (продукты деления) тепловыми нейтронами. Уран-238 делится быстрыми нейтронами и является воспроизводящимся, то есть может быть трансмутирован в делящийся плутоний-239 в ядерном реакторе. Другой делящийся изотоп, уран-233, может быть получен из природного тория и также важен в ядерной технологии. Хотя уран-238 имеет небольшую вероятность спонтанного деления или даже индуцированного деления быстрыми нейтронами, уран-235 и в меньшей степени уран-233 имеют значительно более высокое сечение деления для медленных нейтронов. При достаточной концентрации эти изотопы поддерживают устойчивую ядерную цепную реакцию. Это генерирует тепло в ядерных энергетических реакторах и производит делящийся материал для ядерного оружия. Такая ядерная трансмутация может быть осуществлена в реакторах-размножителях, где возможно получение большего количества нового делящегося материала, чем делящегося материала, расходуемого на поддержание цепной реакции. Обедненный уран (238U) (обедненный по урану-235) используется в баллистическом бронепробивном вооружении и как броневая обшивка.
Уран-238 не является делящимся, но является воспроизводящимся изотопом, поскольку после нейтронной активации он может образовывать плутоний-239, другой делящийся изотоп. Действительно, ядро 238U может поглотить один нейтрон с образованием радиоактивного изотопа урана-239. 239U распадается путем бета-излучения в нептуний-239, также являющийся бета-излучателем, который, в свою очередь, распадается в течение нескольких дней в плутоний-239. 239Pu использовался как делящийся материал в первой атомной бомбе, испытанной в ходе "испытания Тринити" 15 июля 1945 года в Нью-Мексико.
Уран-235 имеет еще большее значение, поскольку он является ключом к использованию урана. 235U, хотя в природном уране содержится лишь в количестве 0,71%, настолько легко делится медленными нейтронами, что самоподдерживающаяся цепная реакция деления может быть реализована в реакторе, построенном только из природного урана и подходящего замедлителя, такого как тяжелая вода или графит.
Уран-235 при необходимости может быть обогащен методами газовой диффузии и другими физическими процессами и использован непосредственно как ядерное топливо вместо природного урана либо использован как взрывчатое вещество.
Природный уран, слегка обогащенный 235U на небольшой процент, используется для топлива ядерных энергетических реакторов, вырабатывающих электроэнергию. Природный торий может быть облучен нейтронами для получения важного изотопа 233U следующим образом: 232Th(n, gamma) >233Th(beta) >233Pa(beta) >233U. Хотя сам торий не является делящимся, 233U является таковым и, таким образом, может использоваться как ядерное топливо. Один фунт полностью разделившегося урана имеет энергетическую ценность топлива более чем 1500 тонн угля.
Применение ядерных видов топлива для выработки электроэнергии, получения изотопов в мирных целях и изготовления взрывчатых веществ хорошо известно. Уран в США находится под контролем Комиссии по ядерному регулированию США. Находят новые применения для обедненного урана, то есть урана, в котором доля 235U снижена примерно до 0,2%. Уран используется в инерциальных навигационных устройствах, в гирокомпасах, как противовес для рулевых поверхностей самолета, как балласт для возвращаемых аппаратов ракет и как защитный материал. Металлический уран используется в качестве мишеней для получения рентгеновского излучения высокой энергии; нитрат ранее использовался как фотографический тонер, а ацетат ранее использовался в аналитической химии. Кристаллы нитрата урана триболюминесцентны. Соли урана также использовались для получения желтого стекла и глазурей типа "Vaseline".
Изотопы в науках о Земле/планетах
234U (с периодом полураспада 2,432×105 лет) является дочерним продуктом 238U (с периодом полураспада 4,47×1010 лет) и сегодня составляет лишь 0,0054 процента от общего количества урана. В ходе распада ядра родительского радионуклида 238U (сначала до 234Th (с периодом полураспада 24 дня) при альфа-распаде, затем до 234Pa (с периодом полураспада 6,7 ч) при бета-минус-распаде и, наконец, до 234U при бета-минус-распаде) выделяющаяся энергия повреждает химические и физические связи, удерживающие ядра продукта 234U в минерале. В результате 234U может выщелачиваться из образцов воды или породы легче, чем 238U, и изотопное соотношение n(234U)/n(238U) будет изменяться в зависимости от степени взаимодействия вода–порода [598] J. Riotte, F. Chabaux. Geochim. Cosmochim. Acta63, 1263 (1999)..
Изотопы в геохронологии
Три природные цепочки радиоактивного распада, начинающиеся с 238U, 235U и 232Th, имеют сопоставимые периоды полураспада, которые намного больше, чем у последующих радиоактивных изотопов вплоть до образования стабильных изотопов 206Pb, 207Pb и 208Pb соответственно. В ненарушенном состоянии активности дочерних изотопов в каждой цепочке распада равны активностям их родителей, и можно измерять накопление стабильных изотопов свинца для определения времени, прошедшего с момента, когда минерал стал закрытой системой (системой, не обменивающейся веществом с окружающей средой). Породы, сформировавшиеся сотни миллионов — миллиарды лет назад, можно датировать с помощью этой методики [591] R. R. Parrish, S. R. Noble. Rev. Mineral. Geochem.53, 183 (2003).. Если минерал в какой-либо момент в ходе распада был нарушен и изотопы в цепочке распада преимущественно удалялись из системы, равновесия в последовательности распада будут нарушены. Например, можно измерять избыток 230Th (с периодом полураспада 7,56×104 лет) относительно родительского радионуклида 234U для датирования карбонатов (спелеотем или кораллов), возраст которых менее 5×105 лет [591] R. R. Parrish, S. R. Noble. Rev. Mineral. Geochem.53, 183 (2003)..
Изотопы в промышленности
Ядра 235U расщепляются при бомбардировке тепловыми нейтронами. Этот процесс известен как ядерное деление и может высвобождать огромные количества энергии на одно ядро урана. Расщепляющееся ядро выделяет дополнительные нейтроны, которые, если их достаточно замедлить, могут вызвать последующие акты деления. При надлежащем контроле деление 235U можно использовать для выработки тепла, приводящего в действие паровые турбины, которые, в свою очередь, производят электричество (рис. IUPAC.92.1). Если процесс деления не контролируется, произойдёт быстрое и взрывное высвобождение энергии, аналогичное таковому в ядерном оружии [599] M. G. Sowerby. 4.7.1 Nuclear Fission, Kaye & Laby-Tables of Physical & Chemical Constants. National Physical Laboratory (2014), Feb. 25; http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html.. Уран, обеднённый 235U в результате деления в ядерных реакторах (и, следовательно, сильно обогащённый 238U по сравнению с «природным» ураном), используется при производстве бетона DUCRETE (рис. IUPAC.92.2). Включение крупных ядер 238U делает этот материал эффективным поглотителем нейтронов и гамма-лучей, и бетон DUCRETE используется для снижения потоков нейтронов и фотонов высокой энергии. Альфа-частицы, образующиеся при распаде 238U, эффективно поглощаются бетоном и не представляют угрозы для здоровья. DUCRETE предлагается как подходящий материал для хранения радиоактивных отходов [600] C. M. Les Dole, J. Ferrada. Depleted Uranium as Aggregate in Concrete Shielding Material, Oak Ridge National Laboratory (2014), Feb. 25; http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf., [601] Environmental Science Division, Argonne National Laboratory. High-Volume: Casks-DUCRETE, Environmental Science Division, Argonne National Laboratory (2014), Feb. 25; http://web.ead.anl.gov/uranium/uses/buscase/slide14.cfm..
Уран образует соединения в нескольких степенях окисления, особенно +4, +5 и +6, при этом +6 распространена в окислительных водных средах в виде линейного иона уранила UO₂²⁺. Диоксид урана, UO₂, является важным материалом ядерного топлива, тогда как триоксидоктauran, U₃O₈, — стабильный оксид, часто используемый для хранения и анализа. Гексафторид урана, UF₆, достаточно летуч для изотопного обогащения и является центральным соединением ядерного топливного цикла. Нитрат уранила, UO₂(NO₃)₂, и ацетат уранила, UO₂(CH₃COO)₂, — растворимые лабораторные и технологические соединения.
See more information at the Uranium compound page.
Уран представляет как химические, так и радиологические опасности. Природный и обеднённый уран слабо радиоактивны по сравнению со многими продуктами деления, однако вдыхание пыли или растворимых соединений может приводить к внутреннему альфа-облучению и вызывать токсичность тяжёлого металла, причём основным химическим органом-мишенью являются почки. Обогащённый уран имеет более высокое содержание делящегося материала и требует мер контроля критичности. Мелкодисперсный металл является пожароопасным, а гексафторид урана, UF₆, реагирует с влагой с образованием коррозионного фтороводорода, HF.
Уран естественным образом встречается во многих горных породах, почвах и водах в низких концентрациях, при более высоких уровнях — в урансодержащих минералах и некоторых фосфатах. Его подвижность сильно зависит от окислительно-восстановительных условий и карбонатной химии: окислительные воды могут переносить растворимые уранилкарбонатные комплексы, тогда как восстановительные среды могут иммобилизовать минералы U(IV). Добыча, хвосты обогащения и отходы топливного цикла могут создавать локализованное загрязнение, требующее длительного контроля пыли, дренажа и радонсодержащих продуктов распада.
Уран добывается главным образом из урановых руд или извлекается методом подземного выщелачивания там, где это позволяет геология. Концентраты подвергают переработке через конверсию и, для многих типов реакторов, обогащению перед изготовлением топлива. Спрос определяется прежде всего производством электроэнергии на атомных электростанциях, причем стратегические запасы и длительные контрактные циклы делают рынок отличным от обычных промышленных металлов. Переработка возможна посредством регенерации отработавшего топлива, но ее применение зависит от типа реактора, политики, гарантий и экономики. Обедненный уран доступен в избытке как побочный продукт обогащения и имеет ограниченные специализированные рынки.
Уран — самый тяжёлый естественно встречающийся элемент, доступный в больших количествах. Более тяжёлые «трансураниевые» элементы либо созданы человеком, либо существуют лишь в следовых количествах в урановых рудных месторождениях как продукты активации. Уран естественно встречается в низких концентрациях, составляющих несколько частей на миллион, в почве, горных породах и воде, и промышленно извлекается из урансодержащих минералов. Уран, который уже не считается столь редким, как ранее думали, теперь рассматривается как более распространённый, чем ртуть, сурьма, серебро или кадмий, и примерно столь же распространённый, как молибден или мышьяк. Он встречается во множестве природных минералов, таких как уранинит, карнотит, автунит, уранофан и тюбернит. Он также обнаруживается в фосфатных породах, лигните, монацитовых песках и коммерчески извлекается из этих источников. Министерство энергетики США закупает уран в форме приемлемых концентратов U3O8. Эта программа стимулирования значительно увеличила известные запасы урана.
Уран образуется в редких, нейтронно-богатых событиях нуклеосинтеза, наиболее вероятно включая слияния нейтронных звёзд и некоторые классы сред, связанных со сверхновыми. Он присутствует лишь в следовых космических количествах, поскольку является тяжёлым и радиоактивным. Долгоживущие ²³⁸U и ²³⁵U были включены в раннюю Солнечную систему и остаются полезными для планетного тепловыделения и радиометрического датирования, хотя ²³⁵U за геологическое время распался значительно сильнее.
- Природный уран содержит по атомам лишь около 0,7% ²³⁵U.
- Свежий урановый металл быстро тускнеет, даже когда массивный металл остаётся твёрдым и массивным.
- Стекло с ураном может флуоресцировать зеленым под ультрафиолетовым светом.
- Гексафторид урана используется для обогащения, поскольку его можно перевести в газообразное состояние при умеренных температурах.
- Изотоп ²³⁸U может в реакторах после захвата нейтрона нарабатывать плутоний-239.
- Древние естественные ядерные реакторы деления работали в Окло в Габоне около двух миллиардов лет назад.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 196 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 240 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 1,895 × 104 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0125 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1134,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 4130,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 27,5 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,116 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,665 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Ромбическая Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,38 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,3 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,19405 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,60004 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 19,800068 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 36,700126 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 46,000158 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- −1, +1, +2, +3, +4, +5, +6 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Rn] 7s2 5f3 6d1
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,14561849 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 4,321915 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 5,524175 eV
- Теплота атомизации
- 5,524175 eV
- Энтальпия атомизации
- 5,524175 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 92 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 146 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 29 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- U-238
- Год открытия
- 1789
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 2,7 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 0,003 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 285 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-61-1 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 5L°6
- InChI
- InChI=1S/U
- Ключ InChI
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
U: 5f³ 6d¹ 7s²[Rn] 5f³ 6d¹ 7s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f³ 6d¹ 7s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 217 Радиоактивный | 217,02466 ± 0,00011 | Нет данных | 850 us |
| 235 Радиоактивный | 235,0439301 ± 0,0000019 | 0,7204% | 704 My |
| 221 Радиоактивный | 221,02628 ± 0,00011 | Нет данных | 660 ns |
| 224 Радиоактивный | 224,027605 ± 0,000027 | Нет данных | 396 us |
| 218 Радиоактивный | 218,023523 ± 0,00002 | Нет данных | 354 us |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1109,8 °C ниже температуры плавления (1134,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 92. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| U I | 0 | 216 | 57 | 0 |
| U II | +1 | 258 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| U I | 0 | 2 |
| U II | +1 | 2 |
| U III | +2 | 2 |
| U IV | +3 | 2 |
| U V | +4 | 2 |
| U VI | +5 | 2 |
| U VII | +6 | 2 |
| U VIII | +7 | 2 |
| U IX | +8 | 2 |
| U X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
Показано 10 из 14.
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 102.49999999999999 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 118.9 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 89 пм |
| +4 | 7 | Нет данных | 95 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 100 пм |
| +4 | 9 | Нет данных | 105 пм |
| +4 | 12 | Нет данных | 117 пм |
| +5 | 6 | Нет данных | 76 пм |
| +5 | 7 | Нет данных | 84 пм |
| +6 | 2 | Нет данных | 45 пм |
Соединения
Изотопы (5)
Uranium is weakly radioactive because all naturally occurring (or primordial) isotopes of uranium (238U, 235U and 234U) are unstable, with half-lives varying between 159,200 years and 4.5 billion years. There are 27 known isotopes of uranium ranging in atomic weights 217–219, 222–240 and 242, with half-lives of from billions of years to a few nanoseconds. Naturally occurring uranium consists of three major isotopes: 238U (99.28% abundance), 235U (0.71%), and 234U (0.0054%). (The US DOE has adopted the value of 0.711 as being their official percentage of 235U in natural uranium.) All three isotopes are radioactive, with small probabilities of undergoing spontaneous fission but preferentially decaying by alpha emission. The half-life of uranium-238 is about 4.47 billion years and that of uranium-235 is 704 million years, making them useful in dating the age of the Earth. It also suggests that half of the uranium that existed from the formation of the Earth has decayed to other radioactive elements and eventually to stable elements. Much of the internal heat of the earth is thought to be attributable to the decay of uranium and thorium radio-isotopes.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 217 Радиоактивный | 217,02466 ± 0,00011 | Нет данных | 850 us | α ≈100%β- ? | |
| 235 Радиоактивный | 235,0439301 ± 0,0000019 | 0,7204% ± 0,0006% | 704 My | IS =0.7204±0.6%α =100%SF =7e-9±0.2% | |
| 221 Радиоактивный | 221,02628 ± 0,00011 | Нет данных | 660 ns | α ≈100%β+ ? | |
| 224 Радиоактивный | 224,027605 ± 0,000027 | Нет данных | 396 us | α =100%β+ ? | |
| 218 Радиоактивный | 218,023523 ± 0,00002 | Нет данных | 354 us | α =100% |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 170 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 134 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 118 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Batsanov
- 230 pm
- Alvarez
- 271 pm
- UFF
- 339,5 pm
- MM3
- 252 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 283 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 20
- Pettifor
- 45
- Glawe
- 36
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 129 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 17 a.u.
Химическое сродство
- Сродство к протону
- 995,2 kJ/mol
- Газофазная основность
- 973,2 kJ/mol
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 13,15 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 3
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 33
- Относительный риск поставок
- 6
- Распределение запасов
- 31
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 62
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 75
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1408,15 K |
| Температура кипения | 4404,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Подробные данные о кристаллических радиусах (14)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 116,5 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VI | 103 | ||
| 4 | VII | 109 | estimated, | |
| 4 | VIII | 114 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | IX | 119 | ||
| 4 | XII | 131 | estimated, | |
| 5 | VI | 90 | ||
| 5 | VII | 98 | estimated, | |
| 6 | II | 59 | ||
| 6 | IV | 66 |
Типы распада изотопов (60)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 215 | A | — |
| 215 | B+ | — |
| 216 | A | 100% |
| 217 | A | 100% |
| 217 | B- | — |
| 218 | A | 100% |
| 219 | A | 100% |
| 219 | B+ | — |
| 220 | A | — |
| 220 | B+ | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 1,627 |
| 10,1617 | — | 1,61282 |
| 10,3261 | — | 1,59877 |
| 10,4931 | — | 1,58416 |
| 10,6628 | — | 1,56547 |
| 10,8353 | — | 1,547 |
| 11,0106 | — | 1,52874 |
| 11,1886 | — | 1,5107 |
| 11,3696 | — | 1,49287 |
| 11,5535 | — | 1,47526 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
2.7 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
3.2×10-3 milligrams per liter
Источники (1)
Источники
Sources of this element.
Uranium is the heaviest naturally-occurring element available in large quantities. The heavier “transuranic” elements are either man-made or they exist only as trace quantities in uranium ore deposits as activation products. Uranium occurs naturally in low concentrations of a few parts per million in soil, rock and water, and is commercially extracted from uranium-bearing minerals. Uranium, not as rare as once thought, is now considered to be more plentiful than mercury, antimony, silver, or cadmium, and is about as abundant as molybdenum or arsenic. It occurs in numerous natural minerals such as pitchblende, uraninite, carnotite, autunite, uranophane, and tobernite. It is also found in phosphate rocks, lignite, monazite sands, and is recovered commercially from these sources. The United States Department of Energy purchases uranium in the form of acceptable U3O8 concentrates. This incentive program has greatly increased the known uranium reserves.
Источники (1)
- [6] Uranium https://periodic.lanl.gov/92.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Uranium.
The element property data was retrieved from publications.