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 4,468·* 109 лет), 235U (0,712%, T1/2 0,704·* 109 лет), 234U (0,006%, T1/2 0,244·* 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 667,7°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 667,7-774°C — тетрагональная (a=1,0759 нм, c=0,5656 нм; β-модификация), при более высокой темп-pe — объёмноцентрир. кубич. решётка (a=0,3538 нм, γ-модификация). Плотность 18700 кг/м3, tпл 1135°C, tкип ок. 3818°C, молярная теплоёмкость 27,66 Дж/(моль·K), уд. электрич. сопротивление 29,0·* 10-4 (Oм·м), теплопроводность 22,5 Bт/(м·K), температурный коэфф. линейного расширения 10,7·* 10-6 K-1. Tемп-pa перехода У. в сверхпроводящее состояние 0,68 K; слабый парамагнетик, уд. магнитная восприимчивость 1,72·* 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 четырёх- и 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 56,4°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 2,5·* 10-4% (по массе), при этом кислые (3,5·* 10-4%) и осадочные (3,2·* 10-4%) г. п. содержат значительно больше У., чем средние (1,8·* 10-4%), основные (5,0·* 10-5%) и ультра-основные (3·* 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 четырёх- и шестивалентного У.), урановые слюдки (карнотит K(UO2)2(VO4)2·3H2O, тюямунит Ca(UO2)2(VO4)2·nH2O, отенит Ca(UO2)2(PO4)2·10H2O, торбернит Cu(UO2)2(PO4)2·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.