Uranium

article eatured Uranium ( jʊˈreɪniəm ) est un élément chimique métallique blanc/noir du de la série de l'actinide de la table périodique qui a le U du symbole et le nombre atomique 92 de . Il a 92 protons et les électrons 6 de de eux les électrons de valence de qu'il peut avoir entre 141 et 146 neutrons avec 143 et 146 en ses isotopes plus communs. L'uranium a le poids atomique le plus élevé des éléments naturels. L'uranium est approximativement 70% plus dense que le fil et est faiblement le radioactif. Il se produit naturellement dans les basses concentrations (quelques pièces de par million de ) dans le sol, la roche et l'eau, et est commercialement extrait à partir des minerais uranifères tel que l'Uraninite (voir l'exploitation en uranium ).

En nature, les atomes en uranium existent comme Uranium-238 (99.284%), Uranium-235 (0.711%), et un peu de très Uranium-234 (0. L'uranium se délabre lentement en émettant une particule ALPHA . La demi vie d'uranium-238 est environ 4.47 années du milliard et ce d'uranium-235 est de 704 années du million , les rendant utiles en datant l'âge de de la terre (voir la datation à urano-thorium , le Uranium-mènent la datation et la datation d'Uranium-uranium de ). Avec le thorium et le plutonium , l'uranium est l'un des trois éléments fissiles du , signifiant qu'il peut facilement se casser à part pour devenir des éléments plus légers. Tandis qu'uranium-238 a une petite probabilité à la fission spontanément ou une fois bombardé avec les neutrons rapides, la probabilité beaucoup plus élevée d'uranium-235 et à l'peu de de degré Uranium-233 à la fission une fois bombardé avec les neutrons lents produit de la chaleur dans des réacteurs nucléaires utilisés comme source de puissance, et fournit la matière fissile pour le nucléaire les deux utilisations des armes comptent sur la capacité de l'uranium de produire une réaction en chaîne nucléaire soutenue . L'uranium épuisé (uranium-238) de est employé dans les pénétrateurs d'énergie cinétique de et l'électrodéposition d'armure .

L'uranium est employé comme colorant en verre en uranium , production de rouge-orange aux tonalités jaune citron. Il a été également employé pour teinter et ombrager dans la photographie tôt . La découverte 1789 de l'uranium dans le pitchblende minéral est créditée au Martin Heinrich Klaproth , qui a appelé le nouvel élément après le Uranus de planète. Le Eugène-Melchior Péligot était la première personne pour isoler le métal, et ses propriétés radioactives ont été découvertes en 1896 par le Antoine Becquerel . La recherche par le Enrico Fermi et d'autres commençant dans 1934 a mené à son utilisation comme carburant dans l'industrie nucléaire et dans le Little Boy de , la première arme nucléaire de a employé dans la guerre . Une course aux armements suivante pendant la guerre froide entre le Etats-Unis et l'Union Soviétique a produit des dizaines de milliers d'armes nucléaires qui ont employé l'uranium enrichi et uranium-ont dérivé le plutonium. La sécurité de ces armes et de leur matière fissile suivant la dissolution de de l'Union Soviétique en 1991 avec le legs de l'essai nucléaire et des accidents nucléaires est un souci pour des santés et sécurité publiques.

Caractéristiques

Quand le a raffiné , l'uranium est un métal blanc et faiblement radioactif argenté , qui est légèrement plus mou que l'acier , fortement le électropositif et un conducteur électrique de pauvre. Le les acides nitriques chlorhydriques de et de dissolvent l'uranium, mais les acides nonoxidizing attaquent l'élément très lentement. La première bombe atomique a fonctionné à côté de ce principe (fission nucléaire). < ! -- LES BESOINS CITENT Le métal en uranium a trois formes allotropic du :
alpha ( orthorhombique) écurie jusqu'à 667.7 ; °C
bêta ( tétragonal) écurie de 667.8 ; °C
gamma ( cubique Body-centered) de 774.8 ; °C au point de fusion - c'est l'état le plus malléable et le plus malléable. /NEEDS CITENT -->

Applications

Militaire

L'application principale de l'uranium dans le secteur militaire est dans les pénétrateurs à haute densité. Ces munitions se composent de l'uranium épuisé (du) de allié avec 1-2% autres éléments. À la vitesse à haute impression, la densité, la dureté, et l'inflammabilité de la projectile permettent la destruction des cibles fortement blindées. L'armure de réservoir et l'armure démontable sur des véhicules de combat sont également durcies avec des plats d'uranium (DU) épuisé. L'utilisation de du est devenue une issue politique-environnementale controversable après l'utilisation de DU munitions par les USA, le R-U et d'autres pays pendant les guerres dans le golfe Persique et les questions soulevées par Balkans des composés en uranium laissés dans le sol (voir le syndrome de guerre de Golfe de ). À l'opposé de croyance populaire, le risque principal d'exposition à du est empoisonnement chimique par l'oxyde en uranium plutôt que la radioactivité (uranium étant seulement un alpha émetteur faible).

Pendant les stades avancés de la deuxième guerre mondiale , la guerre froide entier, et jusqu'à beaucoup de peu de degré après, uranium a été employée pendant que le matériel explosif fissile pour produire les types importants des armes nucléaires deux de de bombes de fission étaient établis : un dispositif relativement simple qui emploie le Uranium-235 et un mécanisme plus compliqué qui emploie le Uranium-238 - le dérivé Plutonium-239 . Plus tard, une bombe de fusion beaucoup plus compliquée et bien plus puissante qui utilise un dispositif plutonium-basé dans une enveloppe en uranium pour faire subir un mélange du tritium et du deutérium la fusion nucléaire a été construite.

Civil

L'utilisation principale de l'uranium dans le secteur civil est de remplir de combustible les centrales nucléaires de commercial avant qu'elle fissioned complètement, un kilogramme d'uranium peut théoriquement produire au sujet de 20 ; Joules du trillion d'énergie (20 ; Joules) ; autant l'électricité que les tonnes 1500 de charbon . Le verre jaune avec de l'oxyde en uranium de 1% a été trouvé dans une villa romaine du sur le de cap Posillipo dans le compartiment de de Naples , le Italie par R. Gunther de l'université de d'Oxford en 1912. Commençant vers la fin des Moyens Âges , le pitchblende a été extrait à partir des mines argentées du Habsbourg dans le Joachimsthal , Bohême (maintenant Jáchymov dans la République Tchèque ) et a été employé comme agent de coloration dans l'industrie locale de la verrerie . Klaproth a de manière erronée supposé que la substance jaune était l'oxyde d'un élément encore-non découvert et heated il avec le charbon de bois pour obtenir une poudre noire, qu'il a pensée était le métal nouvellement découvert lui-même (en fait, que la poudre était un oxyde d'uranium). Il a appelé l'élément nouvellement découvert après le Uranus de planète, qui avait été découvert huit ans plus tôt par le William Herschel .

En 1841, le Eugène-Melchior Péligot , qui était professeur de la chemie analytique chez les arts de DES de conservatoire de et le Métiers nationaux (l'école centrale des arts et fabrique) dans le Paris , a isolé le premier échantillon de métal en uranium en chauffant le tétrachlorure en uranium avec du potassium . Les expériences menant à la découverte de la capacité de l'uranium à la fission (casser à part) dans des éléments et une énergie de liaison plus légers de de dégagement ont été entreprises par le Otto Hahn et le Fritz Strassmann dans le laboratoire de Hahn à Berlin. Le Lise Meitner et son neveu, Otto Robert Frisch de physicien, a édité l'explication physique en février 1939 et a appelé le « de processus la fission nucléaire ». Peu après, Fermi a présumé que la fission de l'uranium pourrait libérer assez de neutrons pour soutenir une réaction de fission. La confirmation de cette hypothèse est venue en 1939, et le travail postérieur a trouvé que cela en moyenne environ 2 neutrons de 1/2 sont libérés par chaque fission du en uranium rare Uranium-235 d'isotope. La première centrale nucléaire à l'échelle commerciale du monde, le Obninsk dans l'Union Soviétique , a commencé la génération par son réacteur AM-1 sur le 1954 du 27 juin . D'autres centrales nucléaires tôt étaient Calder Hall dans le Angleterre qui a commencé la génération sur le 1956 du 17 octobre et la centrale nucléaire de Shippingport dans le Pennsylvanie qui a commencé sur le 1958 du 26 mai . L'énergie nucléaire a été employée pour la première fois pour la propulsion en un sous-marin , le USS le '' Nautilus '' , en 1954. C'est assez haut de permettre à une réaction en chaîne soutenue de fission nucléaire de se produire, fournissant d'autres conditions sont exact. La capacité du sédiment environnant de contenir les produits de la perte nucléaire dans des conditions moins qu'idéales a été citée par le gouvernement fédéral des États-Unis comme évidence de leur réclamation que le service de la montagne de yucca de pourrait sans risque être un dépôt de perte pour l'énergie nucléaire industry.< de ! --Commentaire : Je ne peux pas croire qu'elles ont maintenu les têtes nucléaires using des fiches dans une boîte de chaussure ! L'inspecteur a dit qu'il a presque eu une crise cardiaque quand il a vu leur " ; system" cataloguant ; -->

Essais nucléaires de surface par l'Union Soviétique et les Etats-Unis dans les années 50 et le début des années soixante et par le France < ! -- VOIR L'ENTRETIEN et le Israël --le >into les années 70 et les retombées radioactives et la pollution additionnelles des années 80 s'est produit de plusieurs accidents nucléaires

Le feu de Windscale de à la centrale nucléaire de Sellafield dans 1957 a écarté le Iodine-131 , un isotope radioactif de courte durée, au-dessus de beaucoup de Angleterre nordique .

L'accident de Mile Island du trois dans 1979 a libéré un peu de Iodine-131 . Les montants ont libéré par la fusion partielle de trois Mile Island que la centrale étaient minimale, et un aperçu environnemental a seulement trouvé des traces chez quelques souris de champ demeurant tout près. Car I-131 a une demi vie de légèrement plus de huit jours, n'importe quel danger posé par le matériel radioactif depuis longtemps a passé pour tous les deux incidents.

Le désastre de Chernobyl de en 1986, cependant, était une fusion complète d'infraction de noyau et une détonation partielle du réacteur, qui a éjecté iodine-131 et Strontium-90 au-dessus des vastes zones de l'Europe. La demi vie de 28 ans de strontium-90 signifie qui une partie de la campagne environnante autour du réacteur a été considéré tout récemment assez sûr pour être habitable. L'affaiblissement de l'uranium, du thorium et du potassium-40 dans le manteau du de la terre est vraisemblablement la source principale de chaleur qui garde le liquide externe du noyau et conduit la convection de manteau de , qui conduit alternativement la tectonique de plat .

Sa concentration moyenne dans le croûte de s de la terre le la 'est (selon la référence) 2 à 4 parts par million, les espèces de la citrobactérie de absorbent des ions de l'uranyle quand le phosphate donné de glycérol de (ou d'autres phosphates organiques semblables). Après un jour, un gramme de bactéries s'encroûtera avec neuf grammes de cristaux de phosphate d'uranyle ; ceci crée la possibilité que ces organizations pourraient être employées dans la bioremédiation au décontaminent l'eau uranium-polluée par .

Les usines absorbent de l'uranium du sol qu'elles sont enracinées dedans. Les concentrations en poids sec de l'uranium aux usines s'échelonnent de 5 à 60 parts par milliard, et la cendre du bois brûlé peut avoir des concentrations jusqu'à 4 parts par million. Les minerais à haute teneur trouvés dans des gisements du bassin d'Athabasca de dans le Saskatchewan , Canada peuvent contenir des oxydes d'uranium jusqu'à de 70%, et doivent donc être dilués avec la roche de rebut avant de fraiser. Du minerai d'uranium est écrasé et rendu dans une poudre fine et puis lixivié avec de l'acide ou l'alcali . Le lixiviat est alors soumis à un de plusieurs ordres de précipitation, d'extraction par solvants, et d'échange ionique. Le mélange en résultant, appelé l'oxyde d'uranium , contient au moins des oxydes d'uranium de 75%. L'oxyde d'uranium est alors calciné par pour enlever des impuretés du processus de fraisage avant le raffinage et la conversion.

L'uranium de catégorie courante peut être produit par la réduction des halogénures en uranium avec de l'alcali ou les métaux alcalino-terreux

L'exploration pour l'uranium continue à augmenter avec US$200 million étant dépensé dans le monde entier en 2005, une augmentation de 54% l'année précédente. et le plus grand gisement en uranium simple du monde, situé à la mine olympique du barrage dans l'Australie du sud . Presque toute les production en uranium est exportée, sous les sauvegardes strictes de l'Agence internationale de l'énergie atomique contre l'utilisation dans des armes nucléaires

La plus grande source simple du minerai d'uranium aux Etats-Unis était le plateau du Colorado de situé dans le Colorado, l'Utah, le Mexique, et l'Arizona. Le gouvernement fédéral des États-Unis versé des bonifications de découverte et des prix d'achat garantis sur n'importe qui qui a trouvé et a livré le minerai d'uranium, et était l'acheteur juridique unique de l'uranium. Les incitations économiques ont eu comme conséquence une frénésie d'activité d'exploration et d'exploitation dans tout le plateau du Colorado de 1947 à 1959 qui a quitté à des milliers de milles d'araignée-sangle crûment évaluée de routes les déserts à distance du plateau du Colorado, et milliers des mines en uranium abandonnées, des axes exploratoires, et des piles de produits de queue. La frénésie a fini aussi soudainement qu'elle avait commencé, quand le gouvernement des États-Unis a cessé d'acheter l'uranium.

Approvisionnement

En 2005, dix-sept pays ont produit les oxydes en uranium concentrés, avec le Canada (27.9% de production du monde) et le Australie (22.8%) étant les plus grands producteurs et le Kazakhstan (10.4%), le Uzbekistan (5.5%), le Etats-Unis (2.7%) produisant également des montants significatifs. On pense que l'approvisionnement final en uranium est très grand et suffisamment pendant au moins les 85 années à venir bien que quelques études indiquent l'underinvestment vers la fin du 20ème siècle peut produire des problèmes d'approvisionnement au 21ème siècle. On l'estime que pour dix fois augmentent dans le prix, l'approvisionnement en uranium qui peut être économiquement extrait est augmenté 300 fois.

Composés

États et oxydes d'oxydation

Oxydes

L'oxyde d'uranium en uranium calciné comme produit dans beaucoup de grands moulins contient une distribution des espèces en uranium d'oxydation dans diverses formes s'étendant plus d'oxyder moins à oxyder. Des particules avec des temps de séjour courts dans un calciner généralement moins seront oxydées que les particules qui ont des temps de longue conservation ou sont récupérées dans l'épurateur de pile. Tandis que le contenu en uranium est mentionné pour le contenu, faire ainsi est imprécis et date aux jours du projet de Manhattan quand a été employé comme norme de reportage de chemie analytique.

Les rapports de phase de dans le système du l'uranium-oxygène sont fortement complexes. Les états d'oxydation les plus importants d'uranium sont en uranium (IV) et uranium (VI), et leurs deux oxydes correspondants sont, respectivement, le bioxyde en uranium () et le trioxyde en uranium (). D'autres oxydes en uranium tel que l'oxyde en uranium (UO), le pentoxyde de diuranium (), et le peroxyde en uranium () sont également connus pour exister.

Les formes les plus communes d'oxyde en uranium sont l'octaoxide de Triuranium de () et les mentionnées ci-dessus. Les deux formes d'oxyde sont des solides qui ont la basse hydrosolubilité et sont relativement stables sur un éventail de conditions environnementales. L'octaoxide de Triuranium est (selon des conditions) le composé le plus stable de l'uranium et est la forme le plus généralement trouvée en nature. Le bioxyde en uranium est la forme dans laquelle l'uranium est le plus utilisé généralement comme combustible de réacteur nucléaire. Quelque le plein et les composés semi-métalliques tels que l'UO et les USA existent pour l'uranium formel d'état d'oxydation (II), mais pour aucuns ions simples sont connus pour exister en solution pour cet état. Les ions d'U³⁺ libèrent l'hydrogène de l'eau et sont donc considérés fortement instables. L'ion représente (VI) l'état en uranium et est connu pour former des composés tels que le carbonate , le chlorure et le sulfate . forme également les complexes avec le organique du divers chélatant des agents de , commun-rencontré dont est l'acétate d'uranyle de .]]

Les interactions des anions de carbonate avec (VI) la cause en uranium le diagramme de Pourbaix de à changer considérablement quand le milieu est changé de l'eau en carbonate contenant la solution. Il est intéressant de noter que tandis que la grande majorité de carbonates sont insoluble dans l'eau (des étudiants sont souvent enseignés que tous les carbonates autres que ceux des métaux d'alcali sont insolubles dans l'eau), les carbonates en uranium sont souvent solubles dans l'eau. C'est dû au fait qu'un cation d'U (VI) peut lier deux oxydes terminaux et trois carbonates ou plus pour former les complexes anioniques.

Les digrams de fraction expliquent cet autre, il peut voir que quand on augmente le pH (VI) d'une solution en uranium que l'uranium est converti en hydroxyde en uranium hydraté d'oxyde et puis aux pHs élevés en complexe anionique d'hydroxyde.

Sur l'addition du carbonate au système que l'uranium est converti en série de complexes de carbonate quand le pH est augmenté, un effet global important de ces réactions est augmenter la solubilité de l'uranium dans la gamme pH 6 8. C'est important en considérant la stabilité à long terme des carburants nucléaires usés de bioxyde en uranium.

Hydrures, carbures et nitrures

Le métal en uranium de chauffage au °C °F de (482 à 572) de 250 à 300 réagit avec de l'hydrogène à l'hydrure en uranium de forme. Encore les températures plus élevées enlèveront réversiblement l'hydrogène. Cette propriété fait aux hydrures en uranium les produits de départ commodes pour créer la poudre en uranium réactive avec le divers carbure en uranium , la nitrure , et les composés de l'halogénure . Deux modifications en cristal de l'hydrure en uranium existent : une forme de α qui est obtenue à de basses températures et à une forme de β qui est créée quand la température de formation est au-dessus de 250 nitrures en uranium de °C. obtenues par l'exposition directe du métal à l'azote incluent le mononitride en uranium (l'ONU), le dinitride en uranium (), et le trinitride de diuranium ().

Uranium-238 est un émetteur de α, se délabrant par les 18 séries d'affaiblissement normales en uranium de membre dans le lead-206 . Le processus produit des quantités énormes d'uranium qui est épuisé d'uranium-235 et avec une également plus grande fraction d'uranium-238, appelée l'uranium épuisé ou le « du ». Pour être considéré « a épuisé », la concentration en isotope uranium-235 doit avoir été diminué sensiblement moins que sa concentration normale. Typiquement la quantité d'uranium-235 est partie en uranium épuisé est de 0. Car le prix de l'uranium a monté depuis 2001, quelques produits de queue d'enrichissement contenant plus de 0.35% uranium-235 sont considérés pour le réenrichissement, conduisant le prix de ces magasins d'hexafluorure d'uranium épuisé au-dessus de $130 par kilogramme en juillet 2007 par juste $5 de 2001.

Le procédé de la centrifugeuse de gaz de , où l'hexafluorure en uranium gazeux () est séparé par la différence dans le poids moléculaire entre ²³⁵UF₆ et ²³⁸UF₆ using les centrifugeuses à grande vitesse est devenu le processus d'enrichissement le meilleur marché et principal (l'allumeur se concentre au centre de la centrifugeuse). Le procédé gazeux de la diffusion était la principale méthode précédente pour l'enrichissement et celui utilisé dans le projet de Manhattan . Dans ce processus, l'hexafluorure en uranium est à plusieurs reprises diffus par un argent - la membrane du zinc , et les différents isotopes de l'uranium sont séparés par le taux de diffusion (l'uranium 238 est plus lourd et répand ainsi légèrement plus lent qu'uranium-235). Les Chambres ou les structures qui sont au-dessus des dépôts en uranium (gisements normaux ou synthétiques de scories) peuvent avoir une plus grande incidence d'exposition au gaz de radon.

Presque tout l'uranium qui est ingéré est excrété pendant la digestion , mais jusqu'à 5% est absorbé par le corps quand l'ion soluble de l'uranyle est ingéré tandis que seulement 0.5% est absorbé quand des formes insolubles d'uranium, telles que son oxyde, sont ingérées. Les effets radiologiques sont généralement locaux parce que c'est la nature de l'alpha rayonnement, la forme primaire à partir de l'affaiblissement U-238. < ! -- Les BESOINS CITENT les composés en uranium en général sont mal absorbés par la doublure dans les poumons et peuvent rester un risque radiologique indéfiniment. Des ions d'uranyle (), comme du trioxyde en uranium ou le nitrate d'uranyle et d'autres composés hexavalents d'uranium, ont été montrés pour endommager des défauts de naissance et de système immunitaire dans les animaux de laboratoire. /NEEDS CITENT --> aucun Cancer humain n'a été vu en raison de l'exposition à l'uranium normal ou épuisé, mais l'exposition à certains de ses produits d'affaiblissement, particulièrement le radon , constitue une menace significative de santé. Bien qu'accidentel l'exposition d'inhalation à une concentration élevée de l'hexafluorure en uranium a eu comme conséquence des morts humains, ces décès n'ont pas été associées à l'uranium lui-même. le métal en uranium Fin-divisé présente un risque d'incendie parce que l'uranium est le pyrophorique, ainsi les petits grains mettront à feu spontanément en air à la température ambiante.

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