Urán

Az urán (latinul: uranium; vegyjel: U, nyelvújításkori magyar nevén: sárgany) az aktinoidák csoportjába tartozó nehéz, ezüstfehér, fémes, radioaktív, nagy sűrűségű kémiai elem, a periódusos rendszer 92. tagja.

92 protaktínium ← urán → neptúnium Nd ↑ U ↓ (Uqb) 92 U Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	urán, U, 92
Latin megnevezés	uranium
Elemi sorozat	aktinoidák
Csoport, periódus, mező	aktinoidák, 7, f
Megjelenés	ezüstszürke fémes
Atomtömeg	238,02891(3) g/mol
Elektronszerkezet	[Rn] 5f3 6d1 7s2
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	19,1 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	17,3 g/cm³
Olvadáspont	1405,3 K (1132,2 °C, 2070 °F)
Forráspont	4404 K (4131 °C, 7468 °F)
Olvadáshő$\Delta _{fus}{H}^{\ominus }$	9,14 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta _{vap}{H}^{\ominus }$	417,1 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 27,665 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 2325 2564 2859 3234 3727 4402
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	rombos
Oxidációs szám	4, 6 (gyengén bázikus oxid)
Elektronegativitás	1,38 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 597,6 kJ/mol
	2.: 1420 kJ/mol
Atomsugár	175 pm
Van der Waals-sugár	186 pm
Egyebek
Mágnesség	paramágneses
Elektromos ellenállás	(0 °C) 0,280 µΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 27,5W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 13,9 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 3155 m/s
Young-modulus	208 GPa
Nyírási modulus	111 GPa
Kompressziós modulus	100 GPa
Poisson-tényező	0,23
Mohs-keménység	6,0
Vickers-keménység	1960 MPa
Brinell-keménység	2400 HB
CAS-szám	7440-61-1
Fontosabb izotópok
Fő cikk: Az urán izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 232U mest. 68,9 y α & SF 5,414 228Th 233U mest. 1,592e5 y SF & α 4,909 229Th 234U 0,005% 2,455e5 y SF & α 4,859 230Th 235U 0,720% 7,038 E8 y SF & α 4,679 231Th 236U mest. 2,342 E7 y SF & α 4,572 232Th 238U 99,275% 4,468 E9 y SF & α 4,270 234Th
Hivatkozások

Története

Az urán használata a természetes oxid formájában egészen 79-ig nyúlik vissza, amikor is sárga színezőanyagként használták kerámiák zománcának készítésénél (Olaszországban, Nápoly mellett találtak ilyen kerámiadarabokat). Az újbóli felfedezésekor a 19. század elején az egyetlen ismert uránlelőhely Csehországban volt, Joachimsthalban.

Az elem felfedezését a német kémikusnak, Martin Heinrich Klaprothnak tulajdonítják, aki 1789-ben fedezte fel egy szurokérc nevű kőzetben. Az elem a nevét az Uránusz bolygóról kapta, amit 8 évvel korábban William Herschel fedezett fel. Fémként először 1841-ben Eugene-Melchior Peligot különítette el. 1850-ben használták először kereskedelmi forgalomban, méghozzá az üveggyártásban. Az első ilyen vállalat a Lloyd & Summerfield volt Birminghamben. Az urán radioaktív jellegét először 1906-ban észlelték.

A II. világháború idején a szövetségesek hatalmas uránfelvásárlásba kezdtek, annak ellenére, hogy az urándúsítás rendkívül drága volt. Az uránt, amit főként Kongóból szereztek be, felhasználták a „Little Boy” nevű atombomba építéséhez, amit végül Hirosimára dobtak le 1945. augusztus 6-án. A többi atombomba hasadóanyaga plutónium volt, aminek az előállításához szintén uránra van szükség. Kezdetben úgy vélték, hogy az urán a Földön nagyon ritka, ezért az atomhatalom teljes megszerzéséhez elegendő az ismert készletek felvásárlása, azonban még abban az évtizedben felfedeztek újabb lelőhelyeket.

A Manhattan Project idején a dúsított uránra az „oralloy”, míg a természetes uránra a „tuballoy” kifejezést használták, főként nemzetbiztonsági okok miatt. Ritkábban a 25 megnevezést használták a projekt tudósai az U-235 megnevezésére.

Előfordulása

Az uránnak a természetben a 234-es, 235-ös és 238-as tömegszámú izotópjai fordulnak elő. Mindegyik előfordulásnál döntően 238-as izotóp található, kis mennyiségben (0,72%) 235-ös, és nagyon kis mennyiségben 234-es izotóp, a pontos arányokat ld. a táblázatban. A jelenlegi atomerőművek szempontjából a ritkább 235-ös izotóp hasznosítható, a kis előfordulási arány miatt dúsítani kell (jellemzően néhányszoros koncentrációra).

A Föld keletkezésekor a 238-as izotóp kétszeres, a 235-ös mintegy százszoros mennyiségben fordult elő, így arányuk kiegyenlítettebb volt.

Az urán elszórtan az egész földkéregben megtalálható. Átlagos koncentrációja 3-5 gramm/tonna (3-5 ppm). A földkéreg urántartalma - 25 km mélységig számolva - 100 milliárd tonnára becsülhető, míg az óceánoké 10 millió tonnára. Gyakorlatilag sokkal kisebb mennyiség használható: csak azok az előfordulások, ahol az urán koncentrációja három nagyságrenddel magasabb. A talajok urántartalma 0,7-11 ppm között alakul (foszfor-műtrágya használatakor előfordul 15 ppm is). Egyes baktériumfajok testükben felhalmozzák az uránt, annak koncentrációja 300-szor magasabb lehet a környezeténél.

Legfontosabb érce az urán-szurokérc, amely jellemzően 0,5-0,8% (5-8 ezer ppm) uránt tartalmaz. Bányásznak 0,1-0,25% urántartalmú ércet, és előfordul (Kanadában) több tíz százalék urántartalmú érc is, amit meddővel keverve bányásznak ki. A Föld uránkészletének 40%-a Ausztráliában található.

Készletei

A gazdaságosan kitermelhető uránérc legnagyobb ismert készleteivel Ausztrália rendelkezik, 1,7 millió tonnát birtokol, az ismert tartalék 28 százalékát. Az ausztráliai Olympic Dam bánya a világ legnagyobb uránlelőhelye.

2023-as adatok szerint a legnagyobb uránérc-készletekkel rendelkező országok:

• Ausztrália – 1,7 millió tonna
• Kazahsztán – 815 ezer tonna
• Kanada – 589 ezer tonna
• Oroszország – 481 ezer tonna
• Namíbia – 470 ezer tonna
• Dél-Afrika – 321 ezer tonna
• Brazília – 311 ezer tonna
• Niger – 277 ezer tonna
• Kína – 224 ezer tonna
• Mongólia – 145 ezer tonna
• Üzbegisztán – 131 ezer tonna
• Ukrajna – 107 ezer tonna

Kitermelése

A becslések szerint a világon 35 millió tonna uránérc termelhető ki, ebből műrevaló (gazdaságosan kitermelhető) mennyiség 5 millió tonna uránérc (ez a piaci ártól is függ). Az elmúlt években az árak erősen emelkedtek. A dúsított urán ára 2007-ben elérte a 130 USD/kg-ot (urán-hexafluoridra számolva).

Országonként

2011-ben 20 országban bányásztak uránt. Ekkor a legnagyobb termelő Kazahsztán a világtermelés 35,6%-ával és Kanada 16,7%-kal. Nagyobb termelők még: Ausztrália (11%), Niger (8%), Namíbia (6%), Oroszország (5,5%), Üzbegisztán (5,5%).

2017-benː

No.	ország	kitermelés (tonna) (2017)	a világtermelés százaléka (2017)
–	világ	59,462	100
1	Kazahsztán	23,321	39.2
2	Kanada	13,116	22.1
3	Ausztrália	5,882	9.9
4	Namíbia	4,224	7.1
5	Niger	3,449	5.8
6	Oroszország	2,917	4.9
7	Üzbegisztán	2,404	4.0
8	Kína	1,885	3.2
9	Egyesült Államok	940	1.6
10	Ukrajna	550	0.9
11	India	421	0.7
12	Dél-afrikai Köztársaság	308	0.5

Felhasználása

Az atomerőművekben nem színtiszta fém-uránt, hanem 1,2–2,4 és 3,6% U235-re dúsított urán-dioxid tartalmú pasztillákat használnak, amelyeket hosszú, vékony üzemanyagpálcákban halmoznak fel. Az üzemanyag-pálcákat csoportokba kötegelik, és megfelelő alakzatban (a hőátadás és neutronelnyelés végett) elhelyezik a atomreaktorban.

Radioizotópos termoelektromos generátorok fűtőelemként is használják számos esetben, például a Naprendszer külső részeit kutató űrszondákban (Voyager 1-2, Pioneer–10, New Horizons).

Nukleáris fegyverek gyártásához is felhasználhatják.

Nagy sűrűsége miatt feltehetőleg már a második világháborúban is használták páncéltörő lövedékek gyártásához, a korszerű lövedékek ún. szegényített uránból készülnek.

Élettani tulajdonságai

Kémiai hatását tekintve maga a fém és vegyületei egyaránt súlyosan mérgező anyagok.

Kémiai tulajdonságai, vegyületei

Az urán a vegyületeiben különböző oxidációs számú lehet, de csak azok a vegyületei stabilak, amelyekben oxidációs száma +4 vagy +6. Levegőn hevítve triurán-oktaoxiddá (urán(IV, VI)-oxid, U₃O₈) ég el. Standardpotenciálja negatívabb, mint a hidrogéné, ezért savakban hidrogénfejlődés közben oldódik. Legrégebben ismert és legfontosabb ásványa az uránszurokérc. Illékony savak urán(IV) sóinak hevítésekor urán(IV)-oxid keletkezik. Az urán(IV)-oxid amfoter vegyület.

Izotópjai

Lásd a Előfordulása és a Felhasználása részt.

Források

• https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/introduction/what-is-uranium-how-does-it-work.aspx
• http://www.jm.bme.hu/archiv/aktual/uranhatasai.html
• https://www.eia.gov/energyexplained/nuclear/where-our-uranium-comes-from.php

További információk

• a magyar Wikipédia uránt tartalmazó vegyületeinek listája külső keresővel