Uranium (U), radioactief chemisch element van de actinoïde serie van het periodiek systeem, atoomnummer 92. Het is een belangrijke splijtstof.
actinoïde element
leden van de groep, waaronder uranium (het meest bekende), komen van nature voor, de meeste zijn door de mens gemaakt. Er is zowel uranium als plutonium gebruikt
Uranium vormt ongeveer twee delen per miljoen aardkorst. Enkele belangrijke uraniummineralen zijn pitchblende (onzuivere U 3 O 8), uraniniet (UO 2), carnotiet (een kaliumuraniumvanadaat), autuniet (een calciumuraniumfosfaat) en torberniet (een koperuraniumfosfaat). Deze en andere herwinbare uraniumertsen bevatten als bron van splijtstof vele malen meer energie dan alle bekende herwinbare afzettingen van fossiele brandstoffen. Eén pond uranium levert evenveel energie op als 1,4 miljoen kilogram (3 miljoen pond) steenkool.
Zie uraniumverwerking voor aanvullende informatie over uraniumertsafzettingen en voor dekking van mijnbouw-, raffinage- en terugwinningstechnieken. Zie tabel voor vergelijkende statistische gegevens over uraniumproductie.
Uranium
| land | mijnproductie 2013 (ton) | % van de wereldmijnproductie |
|---|---|---|
| *Schatting. | ||
| Bron: World Nuclear Association, World Uranium Mining Production (2014). | ||
| Kazachstan | 22.574 | 37,9 |
| Canada | 9.332 | 15.6 |
| Australië | 6.350 | 10.6 |
| Niger* | 4.528 | 7.6 |
| Namibië | 4.315 | 7.2 |
| Rusland | 3.135 | 5.3 |
| Oezbekistan* | 2.400 | 4.0 |
| Verenigde Staten | 1.835 | 3.1 |
| China* | 1.450 | 2.4 |
| Malawi | 1.132 | 1.9 |
| Oekraïne | 1.075 | 1.9 |
| Zuid-Afrika | 540 | 0.9 |
| India * | 400 | 0.7 |
| Tsjechische Republiek | 225 | 0.4 |
| Brazilië | 198 | 0.3 |
| Roemenië* | 80 | 0.1 |
| Pakistan* | 41 | 0.1 |
| Duitsland | 27 | 0.0 |
| wereld totaal | 59.637 | 100 |
Uranium is een dicht, hard metaalachtig element dat zilverwit van kleur is. Het is taai, kneedbaar en in staat om een hoge glans aan te nemen. In de lucht wordt het metaal dof en breekt het fijn verdeeld in vlammen. Het is een relatief slechte geleider van elektriciteit. Hoewel ontdekt (1789) door de Duitse chemicus Martin Heinrich Klaproth, die het vernoemde naar de toen recent ontdekte planeet Uranus, werd het metaal zelf voor het eerst geïsoleerd (1841) door de Franse chemicus Eugène-Melchior Péligot door de reductie van uraniumtetrachloride (UCl 4) met kalium.
De formulering van het periodiek systeem door de Russische chemicus Dmitry Mendeleyev in 1869 vestigde de aandacht op uranium als het zwaarste chemische element, een positie die het bekleedde tot de ontdekking van het eerste transuraniumelement neptunium in 1940. In 1896 ontdekte de Franse natuurkundige Henri Becquerel in uranium het fenomeen radioactiviteit, een term die in 1898 voor het eerst werd gebruikt door de Franse natuurkundigen Marie en Pierre Curie. Deze eigenschap werd later gevonden in veel andere elementen. Het is nu bekend dat uranium, radioactief in al zijn isotopen, van nature bestaat uit een mengsel van uranium-238 (99,27 procent, halfwaardetijd van 4.510.000.000 jaar), uranium-235 (0,72 procent, halfwaardetijd van 713.000.000 jaar) en uranium-234 (0,006 procent, halfwaardetijd van 247.000 jaar). Deze lange halfwaardetijden maken het mogelijk om de leeftijd van de aarde te bepalen door de hoeveelheden lood, het uiteindelijke vervalproduct van uranium, te meten in bepaalde uraniumhoudende gesteenten. Uranium-238 is de ouder en uranium-234 een van de dochters in de radioactieve uraniumvervalreeks; uranium-235 is de ouder van de actinium-vervalreeks. Zie ook actinoïde element.
Het element uranium werd het onderwerp van intensieve studie en brede belangstelling nadat de Duitse chemici Otto Hahn en Fritz Strassmann eind 1938 het fenomeen van kernsplijting in uranium dat door langzame neutronen werd gebombardeerd, ontdekten. De in Italië geboren Amerikaanse natuurkundige Enrico Fermi suggereerde (begin 1939) dat neutronen tot de splijtingsproducten zouden kunnen behoren en zo de splijting als kettingreactie zouden kunnen voortzetten. De in Hongarije geboren Amerikaanse natuurkundige Leo Szilard, de Amerikaanse natuurkundige Herbert L. Anderson, de Franse chemicus Frédéric Joliot-Curie en hun collega's bevestigden (1939) deze voorspelling; later onderzoek bleek dat gemiddeld 2 1 / 2 neutronen per atoom vrijkomen bij splijting. Die ontdekkingen leidden tot de eerste zichzelf in stand houdende nucleaire kettingreactie (2 december 1942), de eerste atoombomtest (16 juli 1945), de eerste atoombom die in oorlogvoering viel (6 augustus 1945), de eerste atoomaangedreven onderzeeër (1955) en de eerste volledige nucleaire elektrische generator (1957).
Splijting vindt plaats met langzame neutronen in het relatief zeldzame isotoop uranium-235 (het enige natuurlijk voorkomende splijtbare materiaal), dat voor zijn verschillende toepassingen moet worden gescheiden van het overvloedige isotoop uranium-238. Uranium-238 wordt echter na absorptie van neutronen en een negatief beta-verval omgezet in het synthetische element plutonium, dat splijtbaar is met langzame neutronen. Natuurlijk uranium kan daarom worden gebruikt in convertor- en kweekreactoren, waarin splijting wordt ondersteund door het zeldzame uranium-235 en plutonium wordt tegelijkertijd geproduceerd door de transmutatie van uranium-238. Splijtbaar uranium-233 kan worden gesynthetiseerd voor gebruik als nucleaire brandstof uit de niet-splijtbare thoriumisotoop thorium-232, die overvloedig aanwezig is in de natuur. Uranium is ook belangrijk als het primaire materiaal waaruit de synthetische transuraniumelementen zijn bereid door transmutatiereacties.
Uranium, dat sterk elektropositief is, reageert met water; het lost op in zuren maar niet in alkaliën. De belangrijke oxidatietoestanden zijn +4 (zoals in het oxide UO 2, tetrahaliden zoals UCl 4 en het groene waterige ion U 4 +) en +6 (zoals in het oxide UO 3, het hexafluoride UF 6 en het gele uranyl ion UO 2 2+). In een waterige oplossing is uranium het meest stabiel als het uranyl-ion, dat een lineaire structuur heeft [O = U = O] 2+. Uranium vertoont ook een toestand van +3 en +5, maar de respectievelijke ionen zijn onstabiel. Het rode U 3+ -ion oxideert langzaam, zelfs in water dat geen opgeloste zuurstof bevat. De kleur van het UO 2 + -ion is onbekend omdat het disproportionering ondergaat (UO 2 + wordt tegelijkertijd gereduceerd tot U 4 + en geoxideerd tot UO 2 2+), zelfs in zeer verdunde oplossingen.
Uraniumverbindingen zijn gebruikt als kleurstof voor keramiek. Uraniumhexafluoride (UF 6) is een vaste stof met een ongewoon hoge dampspanning (115 torr = 0,15 atm = 15.300 Pa) bij 25 ° C (77 ° F). UF 6 is chemisch zeer reactief, maar ondanks zijn corrosieve aard in dampvorm, is UF 6 veel gebruikt in de gasdiffusie- en gascentrifugemethoden om uranium-235 te scheiden van uranium-238.
Organometaalverbindingen zijn een interessante en belangrijke groep verbindingen waarin metaal-koolstofbindingen een metaal verbinden met organische groepen. Uranoceen is een organische uraniumverbinding U (C 8 H 8) 2, waarin een uraniumatoom is ingeklemd tussen twee organische ringlagen die verwant zijn aan cyclooctatetraeen C 8 H 8. De ontdekking ervan in 1968 opende een nieuw gebied van organometaalchemie.
Elementeigenschappen
| atoomnummer | 92 |
|---|---|
| atoomgewicht | 238.03 |
| smeltpunt | 1.132,3 ° C (2.070,1 ° F) |
| kookpunt | 3818 ° C (6904 ° F) |
| soortelijk gewicht | 19.05 |
| oxidatietoestanden | +3, +4, +5, +6 |
| elektronenconfiguratie van gasvormige atoomtoestand | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
