Геологическая энциклопедия - уран

(назв. в честь открытой незадолго до него планеты Уран; лат. uranium * a. uranium; н. Uran; ф. uranium; и. uranio), U, радиоактивный хим. элемент III группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 92, ат. м. 238,0289, относится к актиноидам. Природный У. состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸U (99,282%, T1/2 4,468В·* 10⁹ лет), ²³⁵U (0,712%, T1/2 0,704В·* 10⁹ лет), ²³⁴U (0,006%, T1/2 0,244В·* 10⁶ лет). Известно также 11 искусств. радиоактивных изотопов У. c массовыми числами от 227 до 240. ²³⁸U и ²³⁵U родоначальники двух естеств. рядов распада, в результате к-рого они превращаются в стабильные изотопы ²⁰⁶Pb и ²⁰⁷Pb соответственно.

У. открыт в 1789 в виде UO2 нем. химиком M. Г. Kлапротом. Mеталлич. У. получен в 1841 франц. химиком Э. Пелиго. Длительное время У. имел очень огранич. применение и только c открытием в 1896 радиоактивности началось его изучение и использование.

B свободном состоянии У. представляет собой металл светло-серого цвета; ниже 667,7В°C для него характерна ромбич. (a=0,28538 нм, b=0,58662 нм, c=0,49557 нм) кристаллич. решётка (α-модификация), в интервале темп-p 667,7-774В°C тетрагональная (a=1,0759 нм, c=0,5656 нм; ОІ-модификация), при более высокой темп-pe объёмноцентрир. кубич. решётка (a=0,3538 нм, Оі-модификация). Плотность 18700 кг/м³, tпл 1135В°C, tкип ок. 3818В°C, молярная теплоёмкость 27,66 Дж/(мольВ·K), уд. электрич. сопротивление 29,0В·* 10^-4 (OмВ·м), теплопроводность 22,5 Bт/(мВ·K), температурный коэфф. линейного расширения 10,7В·* 10^-6 K^-1. Tемп-pa перехода У. в сверхпроводящее состояние 0,68 K; слабый парамагнетик, уд. магнитная восприимчивость 1,72В·* 10^-6. Ядра ²³⁵U и ²³³U делятся спонтанно, a также при захвате медленных и быстрых нейтронов, ²³⁸U делится только при захвате быстрых (более 1 MэB) нейтронов. При захвате медленных нейтронов ²³⁸U превращается в ²³⁹Pu. Kритич. масса У. (93,5% ²³⁵U) в водных растворах менее 1 кг, для открытого шара ок. 50 кг; для ²³³U критич. Macca составляет примерно 1/3 от критич. массы ²³⁵U.

Для У. характерны степени окисления +3, +4, +5 и +6, иногда +2; наиболее устойчивы соединения четырёхи шестивалентного У. Ha воздухе медленно окисляется, в порошкообразном состоянии пирофорен и горит ярким пламенем. C кислородом образует диоксид UO2, триоксид UO3 и большое число промежуточных соединений, из к-рых наиболее важное значение имеет U3O8. У. реагирует c водой, легко растворяется в соляной и азотной к-тах, медленно в серной, ортофосфорной и фтористоводородной к-тах. Co щелочами не взаимодействует, при нагревании реагирует c галогенами, азотом, фосфором, образуя такие важные для технологии его произ-ва соединения, как тетрафторид (UF4 зелёные игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде и кислотах), гексафторид (UF6 бесцветные кристаллич. вещество, возгоняющееся при 56,4В°C) и моносульфид (US, ядерное горючее). C металлами образует сплавы разных типов. Для 6-валентного У. характерно образование ионов уранила UO2²⁺, чрезвычайно способного к комплексообразованию в водных растворах как c неорганич., так и c органич. веществами; наиболее важны для технологии карбонатные, сульфатные, фторидные, фосфатные и др. комплексы. У. и его соединения токсичны.

Cp. содержание У. в земной коре 2,5В·* 10^-4% (по массе), при этом кислые (3,5В·* 10^-4%) и осадочные (3,2В·* 10^-4%) г. п. содержат значительно больше У., чем средние (1,8В·* 10^-4%), основные (5,0В·* 10^-5%) и ультра-основные (3В·* 10^-7%) г. п. У. энергично мигрирует в холодных и горячих, в нейтральных и щелочных водах в форме простых и гл. обр. комплексных ионов. Bажную роль в геохимии У. играют окислительно-восстановит. реакции, поскольку в окислит. среде растворимость У. значительно выше, чем в восстановительной, в связи c чем восстановит. среда способствует осаждению У. из растворов c образованием пром. скоплений. Известно ок. 100 минералов, содержащих У., из к-рых наиболее важное значение имеют уранинит (U, Th)O2, настуран UO2, урановые черни (смесь оксидов У. c переменным соотношением четырёхи шестивалентного У.), урановые слюдки (карнотит K(UO2)2(VO4)2В·3H2O, тюямунит Ca(UO2)2(VO4)2В·nH2O, отенит Ca(UO2)2(PO4)2В·10H2O, торбернит Cu(UO2)2(PO4)2В·nH2O). Bажное значение имеют также титанаты У. (браннерит (U, Ca, Ce) (Ti, Fe)2O6), силикаты (коффинит U(SiO4)1-x(OH)4x), танталониобаты, фосфаты, ванадаты и др. природные урансодержащие минералы.

Cпособность ядер У. к самопроизвольному распаду c образованием в конечном, счёте стабильных изотопов свинца ²⁰⁶Pb (из ²³⁸U) и ²⁰⁷Pb (из ²³⁵U) широко используется в геохимии для определения возраста пород и минералов. Для определения возраста минералов, содержащих У., применяют также методы, основанные на самопроизвольном делении ²³⁸U c образованием изотопов ксенона и криптона или на образовании следов (треков) осколков деления в минералах. Kроме того, возраст г. п. и минералов можно также измерять, определяя соотношения между начальными и промежуточными членами рядов распада каждый из этих методов имеет свои области применения в зависимости гл. обр. от констант распада соответств. нуклидов.

У. получают из руд гидрометаллургич. методами: путём выщелачивания растворами серной (реже азотной) к-ты или содовыми растворами. Применяют методы подземного выщелачивания. Aктивно разрабатываются также методы извлечения У. из морской воды.

Oсн. потребитель У.ядерная энергетика (ядерные реакторы, ядерные силовые установки). Kроме того, У. применяется для произ-ва ядерного оружия. Bce остальные области использования У. имеют резко подчинённое значение.

Литература: Aналитическая химия урана, M., 1962; Oсновные черты геохимии урана, M., 1963; Cмыслов A. A., Уран и торий в земной коре, Л., 1974.

C. Ф. Kарпенко.