Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa

Ochrona Środowiska

Ocena oddziaływania przedsięwzięcia na Środowisko

Adrian Staszałek

Tomasz Bieniewicz

Temat:

Uran,

pierwiastek, występowanie i rola w przyrodzie.

Praca kontrolna wykonana

w ramach przedmiotu

METALE CIĘŻKIE W ŚRODOWISKU

Szczecin 2011

Pierwiastek – informacje ogólne

U – uran

nazwa łacińska: uranium

nazwa angielska: uranium

•

właściwości fizyczne i chemiczne:

Grupa: Aktynowce

Okres: 7

Liczba atomowa: 92

Liczba masowa: 238.0289

Stan skupienia: (20°C,1atm.): ciało stałe

Uran jest ciężkim, kowalnym metalem o wysokiej temperaturze topnienia, bardzo aktywny

chemicznie. W wysokiej temperaturze reaguje z tlenem, wodorem, azotem, węglem i parą wodną. Z

powietrzem reaguje już w temperaturze pokojowej. Sproszkowany uran jest piroforyczny. Łatwo

rozpuszcza się w kwasie solnym. Z kwasem siarkowym, fosforowym, fluorowodorowym reaguje

bardzo powoli, a z kwasem azotowym z umiarkowaną szybkością. Drobno sproszkowany uran

reaguje z HNO wybuchowo. Uran metaliczny reaguje z alkaliami. W związkach występuje na +3,

3

+4, +5 i +6 stopniu utlenienia. Jony uranu w roztworach wodnych są barwne: U+3 - czerwony, U+4 -

zielony. Jest rozpowszechniony w przyrodzie ale jego izotopy są nietrwałe. Wykazuje właściwości

paramagnetyczne.

Konfiguracja elektronowa : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d104f146p67s26d15f3

Uran jest srebrzystoniebieskim/srebrzystobiałym metalem, jest kowalny i ciągły. Pozostałe dane

charakterystyczne tego pierwiastka:

Liczba elektronów: 92

Liczba neutronów: 146

Liczba protonów: 92

Elektroujemność (Allred-Rochow, Pauling):.--,1.7

Stopień utlenienia: +3, +4, +5, +6

Przewodność elektryczna: 33.3*105 1/(m* )

Gęstość (293 K): 19.04 g/cm3

Temperatura topnienia:1132°C, 1405 K

Temperatura wrzenia:33818°C, 4091 K

Ciepło właściwe: --

Ciepło topnienia: 27.66 kJ/mol

Ciepło parowania: 422 kJ/mol

Przewodność cieplna: : 27.6 W/(m*K)

Liczba znanych izotopów: 21 w tym trwałych: 1 (słabo promieniotwórczy)

•

Zastosowanie:

Stosuje się go jako paliwo w reaktorach atomowych zarówno w elektrowniach jak i w napędzie atomowym statków. Izotop 235U służył do konstrukcji bomb atomowych. Izotop 238U

wykorzystuje się do produkcji rozszczepialnego plutonu 139Pu. Uranu używa się do barwienia szkła

na żółto i datowania izotopowego wieku skał.

•

Występowanie:

Uran występuje w przyrodzie tylko w postaci związków. Jest on dość szeroko

rozpowszechniony - występuje w postaci rud w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Rosji i Zairze.

Pod względem występowania w skorupie ziemskiej zajmuje 47 miejsce (procenty wagowe).

Historia pierwiastka oraz informacje szczegółowe:

Pierwiastek ten odkrył w 1789r Martin Klaproth – niemiecki aptekarz (później ów aptekarz

został Profesorem chemii na uniwersytecie w Berlinie).Odkrył go wędrując po Rudawach. Natrafił

na blendę smolistą (jedną z rud uranu ), uran wchodził w jej skład. To właśnie w tym minerale po

raz pierwszy soztało zaobserwowane promieniowanie tego pierwiastka.

Uran jest metalem nieszlachetnym (ma okolo 80 rud), nie występuje w stanie wolnym –

natychmiast bowiem łączy sie z tlenem w powietrzu, który pokrywa go cienką warstwą tlenku.

Jego rudy są bardzo rozproszone i posiadają niepozorny wygląd.

Blenda smolista jest najważniejszą jego rudą . Niepozorna, mało zachęcająca, czarna jak

smoła substancja przez wiele lat nie posiadała zastosowania. Ruda ta uważana była za rudę żelaza, cynku bądź wolframu (ze względu na swój duży ciężar). Jednak w rozumieniu niemieckiego naukowca Klaprotha owa substancja mogła być np. Rudą sierczlu metalu ciężkiego lecz nie posiadała jej w swoim składzie. Przeprowadził on więc dużo badań analizujących tą dość unikalną

substancję. Różnymi sposobami próbował ją poznać. Niestety, pod działaniem płomienia i dmuchawki ruda się nie topila. Z boraksem i wodą tworzyła szarą mętną perłę a z solami fosforowymi owa perła stawała się zielona. Nie poddawał sie jednak. Prażył on blendę na silnym

ogniu, poddawał ją działaniu kwasu azotowego aż się mu powiodło. Ruda uległa rozkładowi. Mając

już kwaśny roztwór Klaproth potrzez dodawanie soli zasadowych otrzymywał żółty osad. Domyślił

się on, iż owy żółty osad może być tlenkiem nieznanego jeszcze metalu. Rozrobil więc zółty proszek z oliwą i węglem drzewnym na gęstą pastę i następnie mocno ją prażył. Węgiel drzewny

miał spełnić rolę środka redukującego. Czyli spalając sie miał odbierać tlen żółtemu proszkowi -

tlenkowi nieznanego metalu. Właśnie w ten sposob został uran rzekomo wydzielony jako metal.

Był w postaci czarnego proszku. Klaproth uparł sie nazywając ten pierwiastek Uran tak samo jak Herschel nazwał kilka lat wcześniej swoją nowo odkrytą planetę.

Natomiast pierwiastek ten wcale nie jest czarny, posiada jasną barwę srebra i metaliczny

połysk. To co wydzielił Klaproth nie było wcale tym metalem. W rzeczywistości wydzielił on

tlenek uranu UO2. Wcześniejszy żółty proszek był również tlenkiem tego pierwiastka, tyle że innym UO3. Nie tylko Klaproth ale również inni znani chemicy tj.np. Berzelius, tkwili w tym

błędnym mniemaniu.

Dopiero po 50 latach, inny młody francuski chemik Peligot, nie dał sie zwieść "metalowi,

który posiadał w swoim składzie tlen". W 1842r udało mu sie za pomocą metalicznego potasu

w temperaturze żaru usunąć tlen z czarnego "pseudopierwiastka" i otrzymać wolny uran w postaci ciemnobrunatnego proszku. W 1856r Peligot zdolał otrzymać srebrnobiały metal.

Później znów powastał spór o masę atomową uranu. Berzelius i jego wspólpracownicy przypisywali mu masę atomową 2711,3. Peligot ogliczył tlen i obniżył ją do wartości równej1700.

Berzelius za podstawę obliczenia brał masę atomową tlenu równą 100, nie zaś 16. Po przeliczeniu

na lten równy 16 i wielu innych zmianach wypadło, że masa atomowa uranu równa jest 120.

Wartościowości przypisywano mu +3. Ale to nie koniec. W 1872 zainteresował sie uranem Mendelejew i doszedł do wniosku, że masa atomowa 120 i wartościowość +3 nie mogą iść w parze.

W kolejności mas atomowych przypadało mu miejsce między cyną a antymonem, a tam absolutnie

nie ma juz wolnego miejsca dla żadnego pieriastka. Cyna musi być w grupie IV, antymon zaś musi

byc w gr. V układu okresowego. Wartościowość +3 też nie jest prawdopodobna. Podwoił więc te

liczby i odtąd Uran miał masę atomową 240 i najwyższą wartościowość +6. zajął w ten sposób

miejsce w gr. VI jako ostatni metal dodatkowej rodziny chromowców i ostatni pierwiastek w układzie okresowym. Obecnie został uran znowu przesunięty - do podgrupy aktynowców. Ciężar

właściwy uranu wynosi 18/7g/cm3, temp. Topnienia 1132 oC.

Krótko po 100 letniej rocznicy odkrycia tego metalu fizyk prof. Henryk Macquerel z Paryża,

stwierdził w 1896r, że rudy uranowe i wszystkie związki uranu stałe,bez uprzedniego naświetlania

samorzutnie wydzielają promienie nie znane do tego czasu. Maria Skłodowska-Curie wykazała, że

zagadkowe promieniowaniejest własnścią atomów uranu i nazwala nowe zjawisko

promieniotwórczością. Wraz ze swoim mężem Piotrem Curie odkryła w 1898 w blendzie smolistej,

czyli w smółce uranowej, dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze: polon i rad, promieniujące

miliony razy silniej niż uran. Debierne znalazł tam jeszcze trzeci pierwiastek promieniotwórczy –

aktyn.

Dawniej zaraz za uranem zaczynała sie pustka w układzie okresowym. Teraz, począwszy od

nr 93 jest tam już 12 pierwiastków – "dzieci i wnuków uranu". Człowiek wytworzył je sztucznie, gdy poznał i zrozumiał istotę zjawisko promieniotwórczości. Lecz wszystke wytworzone prze zniego pierwiastki są nietrwałe, promieniotwórcze i wszystkie w końcu wracają do uranu.

Kilkanaście pierwiastków znajdujących się w układzie za uranem to potomkowie jego izotopu 238,

który w naturalnym uranie stanowi 99,27%.

Drugi izotop o liczbie masowej 235, którego w naturalnym uranie jest tylko 0,72%, odznacza się

tym, że jego atomy pękają w określonych warunkach. Promieniotwórczość nie jest wyłącznie cechą

uranu, gdyż u innych pierwiastków także występuje. Natomiast pękanie atomów nie zachodzi u

żadnego innego naturalnego pierwiastka poza uranem235 i torem. Zjawisko to wykryli w 1938

Hahn i Strassmann. Przy pękaniu atomów uranu 235 wyzwalają się potworne wzrosty ilości enerii.

Pękanie atomów zachodzi u toru (nr 90), jak wspomnieliśmy, i u sztucznie wytworzonego

pierwiastka nr 94, u plutonu. Torowi przepowiada się nawet większą przyszłość niż uranowi. W

uranie 235, plutonie 239 czy torze 233 drzemie straszna potęga: bomba atomowa, Hiroshima, Nagasaki – to ich dzieło. Ale to najpotężniejsze źródło energii, o jakim człowiekowi dawniej się nie śniło, może być urzyte nie tylko do strasznego masowego zniszczenia, ale i do wielkiego postępu,

rozkwitu gospodarki oraz wiedzy: rolnictwa, medycyny, fizyki, chemii. Można użyć tej energii w

hutach, kopalniach, jako siły napędowe maszyn, statków morskich, statków napowietrznych itd.

Siły te mogą sie przyczynić do wielkiego rozwoju astronautyki, ułatwić kiedyś w przyszłości wyprawy na dalsze planety naszego układu słonecznego. I może kiedyś statek napędzany energią

rozpadu uranu zawita w pobliże planety o tej samej nazwie.

Ile uranu jest na Ziemi?

Niewiele, bo tylko 0,00042%. Pod względem rozpowszechnienia zajmuje uran miejsce 47

wśród pierwiastków.

W układzie okresowym przypada mu miejsce w rodzinie aktynowców. W związkach może mieć

różne wartościowości: od +2 do +6. Tworzy więc różne tlenki. Najwyższy tlenek uranu UO3 ma

własności amfoteryczne.

W Polskim słownictwie chemicznym J. Śniadecki już w I wydaniu Początków chemii (1800r) wymienia ten nowy pierwiastek nadając mu nazwę "uran". Wielu późniejszych autorów zaakceptowało tę nazwę i obowiązuje ona do dziś – mimo sprzeciwu takiego autorytetu jak F.

Walter, czy Czrniański i Matecki. Ci ostatni zwalczali końcówkę "an" u pierwiastków, gdyż w słownictwie polskim przeznaczona jest ona dla soli kwasów tlenowych (siarczan, węglan, azotan,

itd.). F. Walter proponował nawet łącińską nazwę "uranium". Czyrniański zaś i Matecki skrócili nazwę pierwiastka do dwóch liter "ur". Krakowska Akademia umiejętności zatwierdziła jednak nazwę "uran".

W uranie naturalnym występują głównie dwa izotopy 235U (mniej niż 1%) i 238U (ponad

99%). Izotop 235U ulega rozszczepieniu spontanicznemu oraz pod wpływem neutronów termicznych (rozszczepienie jądra atomowego) . Izotop 238U pochłania neutrony i następnie przekształca się w 239Pu (pluton), który jest rozszczepialny. Syntetyczny izotop 233U jest rozszczepialny, otrzymuje się go przez bombardowanie 232Th neutronami.

Bibliografia:

http://mpancz.webpark.pl/pch92uran.php

http://www.node81.tsi.net.pl/chemia/U.html

http://surowce.energia.biz.pl/inf/wlasciwosci-fizyczne-uranu.html