Nguyên tố Urani potx

Nguyên tố Urani 92 Protactini ← Urani → Neptuni Nd ↑ U ↓ Uqb Bảng đầy đủ Tổng quát Tên, Ký hiệu, Số Urani, U, 92 Phân loại kim loại Nhóm, Chu kỳ, Khối Actini, 7, f Khối lượng riêng, Độ cứng 19,1 kg/m³, - Bề ngoài kim loại xám bạc Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 238,02891 đ.v.C Bán kính nguyên tử (calc.) 156 (-) pm Bán kính cộng hoá trị 196±7 pm Bán kính van der Waals 186 pm Cấu hình electron [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 e - trên mức năng lượng 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) - (-) Cấu trúc tinh thể Trực thoi Tính chất vật lý Trạng thái vật chất Rắn Điểm nóng chảy 1405,3 K (2070 °F) Điểm sôi 4404 K (7468 °F) Trạng thái trật tự từ thuận từ Thể tích phân tử - ×10 -6 m³/mol Nhiệt bay hơi 417,1 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 9,14 kJ/mol Áp suất hơi - Pa tại - K Vận tốc âm thanh 3155 m/s tại - K Thông tin khác Độ âm điện 1,38 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng 27,665 J/(kg·K) Độ dẫn điện (20C) 0,280 µ /Ω·m Độ dẫn nhiệt (300K) 27,5 W/(m·K) Năng lượng ion hóa 1. 597,6 kJ/mol 2. 1420 kJ/mol Chất đồng vị ổn định nhất Bản mẫu:Đồng vị U Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú. Urani là nguyên tố hóa học kim loại màu trắng bạc thuộc nhóm Actini, có số nguyên tử là 92 trong bảng tuần hoàn của các nguyên tố hóa học, được đặt tên theo tên của sao Thiên Vương (Uranus). Trong một thời gian dài, urani là nguyên tố cuối cùng của bảng tuần hoàn. Các đồng vị phóng xạ của urani có số nơtron từ 144 đến 146 nhưng phổ biến nhất là các đồng vị urani 238, urani 235 và urani 239. Tất cả đồng vị của urani đều không bền và có tính phóng xạ yếu. Urani có khối lượng nguyên tử nặng thứ 2 trong các nguyên tố tự nhiên, xếp sau plutoni-244. [1] Mật độ của nó lớn hơn mật độ của chì khoảng 70%, nhưng không đặc bằng vàng hay wolfram. Urani có mặt trong tự nhiên với nồng độ thấp khoảng vài ppm trong đất, đá và nước, và được sản xuất thương mại từ các khoáng sản chứa urani như uraninit. Trong tự nhiên, urani được tìm thấy ở dạng urani 238 (99,284%), urani 235 (0,711%), [2] và một lượng rất nhỏ urani 234 (0,0058%). Urani phân rã rất chậm phát ra hạt anpha. Chu kỳ bán rã của urani 238 là khoảng 4,47 tỉ năm và của urani 235 là 704 tỉ năm, [3] do đó nó được sử dụng để xác định tuổi của Trái Đất. Một số ứng dụng hiện tại của urani chỉ dựa trên các đặc điểm hạt nhân của nó. Urani 235 có điểm khác biệt là đồng vị chỉ phân hạch một cách tự nhiên. Urani 238 có thể phân hạch bằng neotron nhanh, và là fertile, có nghĩa là nó có thể được chuyển đổi thành plutoni 239 có thể phân hạch được trong lò phản ứng hạt nhân. Một đồng vị có thể phân hạch khác, urani 233, có thể được tạo ra từ thori tự nhiên và cũng là vật liệu quan trong trong công nghệ hạt nhân. Trong khi urani 238 có khả năng phân hạch tự phát thấp hoặc thậm chí bao gồm cả sự phân hạch bằng neutron nhanh, thì urani 235 và mức độ thấp hơn là urani 233 có mặt cắt phân hạch cao hơn nhiều đối với các neutron chậm. Khi nồng độ đủ, các đồng vị này duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân ổn định. Quá trình này tạo ra nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân và tạo ra vật liệu phân hạch dùng làm các vũ khí hạt nhâ. Urani nghèo (U-238) được dùng trong các kích động năng và vỏ xe bọc thép. [4] Urani được dùng làm chất nhuộm màu có sắc đỏ-cam đến vàng chanh cho thủy tinh urani. Nó cũng được dùng làm thuốc nhuộm màu và sắc bóng trong phim ảnh. Năm 1789, người ta công nhận việc phát hiện ra urani trong khoáng vật pitchblend là Martin Heinrich Klaproth, ông đã đặt tên nguyên tố mới theo tên hành tinh Uranus. Trong khi đó, Eugène-Melchior Péligot là người đầu tiên tách kim loại này và các tính chất phóng xạ của nó đã được Antoine Becquerel phát hiện năm 1896. Nghiên cứu của Enrico Fermi và các tác giả khác đã bắt đầu thực hiện năm 1934 đã đưa nó vào ứng dụng trong công nghiệp năng lượng hạt nhân và trong quả bom nguyên tử mang tên Little Boy, quả bom này là vũ khí hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong chiến tranh. Từ cuộc chạy đua vũ trang trong thời chiến tranh lạnh giữa Hoa Kỳ và Liên Xô đã cho ra hàng chục ngàn vũ khí hạt nhân sử dụng urani được làm giàu và plutoni có nguồn gốc từ urani. Việc an toàn của các vũ khí này và các vật liệu phân hạch của chúng sau sự tan rã của Liên Xô năm 1991 là một mối quan tâm đối với sức khỏe và an toàn của cộng đồng. [5] Lịch sử Phân hạch tự nhiên thời tiền sử Năm 1972, nhà vật lý người Pháp, Francis Perrin, phát hiện ra 15 lò phản ứng phân hạch hạt nhân tự nhiên cổ không còn hoạt động trong 3 mỏ quặng riêng biệt ở mỏ Oklo, Gabon, tây Phi, hay còn gọi là các lò phản ứng hạt nhân hóa thạch Oklo. Mỏ có tuổi 1,7 tỉ năm; lúc đó, urani-235 chiếm khoảng 3% tổng lượng urani trên Trái Đất. [6] Hàm lượng này lớn đủ để cho phép tạo ra một chuỗi phản ứng phân hạch hạt nhân diễn ra liên tục, là yếu tố chứng minh cho các điều kiện tồn tại của chúng. Khả năng các trầm tích xung quanh chứa các chất thải hạt nhân đã được chính quyền liên bang Hoa Kỳ trích dẫn để chứng minh cho các điều kiện bảo quản của kho chứa chất thải hạt nhân núi Yucca. [6] Sử dụng trước khi được phát hiện Việc sử dụng urani ở dạng ôxit tự nhiên được xác định vào khoảng năm 79 TCN, khi đó nó được dùng để tạo màu vàng cho men gốm. [7] Thủy tinh màu vàng có hàm lượng 1% urani ôxit được R. T. Gunther, Đại học Oxford tìm thấy năm 1912 trong một biệt thự La Mã thuộc mũi Posillipo, iịnh Napoli, Ý bởi by . [8] Từ cuối thời Trung cổ, pitchblend được tách từ các mỏ bạc Habsburg ở Joachimsthal, Bohemia (nay là Jáchymov thuộc cộng hòa Czech) và được dùng làm chất tạo màu trong công nghiệp chế tạo thủy tinh ở địa phương. [9] Vào đầu thế kỷ 19, nguồn quặng urani duy nhất trên thế giới là các mỏ này. Phát hiện Antoine Henri Becquerel discovered the phenomenon of radioactivity by exposing a photographic plate to uranium (1896). Việc phát hiện ra nguyên tố này được ghi công cho nhà hóa học Đức Martin Heinrich Klaproth. Trong khi đang làm các thí nghiệm trong phòng ở Berlin năm 1789, Klaproth đã tạo ra hợp chất kết tủa màu vàng (giống natri diuranat) bằng cách hòa tan pitchblend trong axit nitric và sau đó trung hòa dung dịch bằng natri hydroxit. [9] Klaproth cho rằng chất màu vàng đó là ôxit của một nguyên tố chưa được phát hiện và nung nó với than gỗ để thu một loại bột màu đen mà ông nghĩ rằng nó là một kim loại mới được phát hiện (nhưng thực chất là bột của một ôxit urani). [9][10] Ông đặt tên nguyên tố mới theo tên hành tinh Uranus, một hành tinh vừa được William Herschel phát hiện trước đó 8 năm. [11] Năm 1841, Eugène-Melchior Péligot, Giáo sư hóa phân tích thuộc Conservatoire National des Arts et Métiers ở Paris đã tách ra được mẫu urani kim loại đầu tiên bằng cách nung urani tetraclorua với kali. [9][12] Antoine Henri Becquerel phát hiện ra tính phóng xạ khi sử dụng urani vào năm 1896. [13] Becquerel phát hiện ra tính chất này tại Paris bằng cách cho một mẫu muối urani K 2 UO 2 (SO 4 ) 2 trên một tấm phim để trong ngăn kéo và sau đó ông thấy tấm phim bị mờ giống như 'bị phủ sương mù'. [14] Ông cho rằng có một dạng ánh sáng không nhìn thấy được hoặc các tia phát ra từ urani tiếp xúc với tấm phim. Nghiên cứu phân hạch Enrico Fermi (bottom left) and the rest of the team that initiated the first artificial self-sustaining nuclear chain reaction (1942). Tập tin:UraniumCubesLarge.jpg Cubes of uranium produced during the Manhattan project Năm 1934, Enrico Fermi dẫn đầu nhóm nghiên cứu bắn phá urani bằng dòng neutron tạo ra các tia beta (electron hoặc positron sinh ra từ các nguyên tố; xem hạt beta). [15] Các sản phẩm phân hạch đầu tiên bị nhầm lẫn là các nguyên tố mới có số nguyên tử là 93 và 94, theo đó Trưởng khoa của Rome, Orso Mario Corbino, tin rằng đó là ausoni và hesperi. [16][17][18][19] Các thí nghiệm của Otto Hahn và Fritz Strassmann đã đưa đến việc phát hiện ra khả năng mà urani phân hạch thành các các nguyên tố nhẹ hơn và giải phóng năng lượng liên kết, [15] trong phòng thí nghiệm của Hahn ở Berlin. Lise Meitner và cháu bà ta, nhà vật lý Otto Robert Frisch, đã công bố các giải thích về mặt vật lý vào tháng 2 năm 1939 và đặt tên quá trình này là 'phản ứng phân hạch hạt nhân'. [20] Không lâu sau đó, Fermi giả thuyết rằng sự phân hạch của urani có thể giải phóng đủ số neutron để duy trì một phản ứng phân hạch. Năm 1939, giả thuyết này được xác nhận, và công trình sau đó phát hiện rằng trung bình có khoảng 2,5 neutron được giải phóng từ mỗi lần phân hạch của đồng vị urani hiếm 235. [15] Công trình tiếp theo phát hiện rằng đồng vị phổ biến hơn là urani-238 có thể bị chuyển đổi thành plutoni, và đồng vị này, giống như urani235, cũng có khả năng phân hạch bằng các neutron nhiệt. Các phát hiện này đã thúc đểy việc chế tạo các vũ khí hạt nhân và điện hạt nhân ở một số quốc gia. Ngày 2 tháng 12 năm 1942, trong một phần của dự án Manhattan, một nhóm nghiên cứu khác do Enrico Fermi dẫn đầu đã có thể bắt đầu thực hiện phản ứng hạt nhân dây chuyền nhân tạo đầu tiên, Chicago Pile-1. Công việc trong phòng thí nghiệm dưới sự phụ trách của Stagg Field ở Đại học Chicago, nhóm này đã tao ra các điều kiện cần thế để một phản ứng xảy ra bằng cách lấp 360 tấn than thỏi, 53 tấn urani ôxit, và 5,5 tấn urani kim loại. [15] Chế tạo bom Đám mây nấm trên bầu trời Hiroshima sau vụ nổ quả bom nguyên tử nguồn gốc urani mang tên 'Little Boy' (1945) Hai loại bom nguyên tử chính được Hoa Kỳ chế tạo trong chiến tranh thế giới lần thứ 2 là: loại dựa trên nguyên liệu urani (tên "Little Boy") mà vật liệu phân hạch của nó là urani làm giàu rất cao, và loại dựa trên nguyên liệu plutoni (xem thử nghiệm Trinity và "Fat Man") theo đó plutoni được sản xuất từ urani-238. Loại dùng urani là vũ khí hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong chiến tranh khi nó được thả xuống thành phố Hiroshima, Nhật Bản ngày 6 tháng 8 năm 1945. Vụ nổ tương đươong với 12.500 tấn TNT, sức công phá và làn sóng nhiệt của quả bom phá hủy gần 50.000 tòa nhà và gây thiệt mạng gần 75.000 người (xem Vụ ném bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki). [14] Ban đầu người ta tin rằng urani khá hiếm, và sự phổ biến vũ khí hạt nhân có thể tránh được bằng cách đơn giản là mua tất cả urani trên thị trường, nhưng trong vòng một thập kỷ qua có nhiều mỏ urani được phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới. [21] Dùng trong lò phản ứng hạt nhân Four light bulbs lit with electricity generated from the first artificial electricity- producing nuclear reactor, EBR-I (1951) Lò phản ứng hạt nhân than chì X-10 ở Phòng thí nghiệm Oak Ridge (ORNL) ở Oak Ridge, Tennessee, trước đây còn gọi là Clinton Pile và X-10 Pile, là lò phản ứng hạt nhân thứ 2 trên thế giới (sau lò phản ứng Chicago Pile của Enrico Fermi) và là lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được thiết kế và xây dựng để vận hành liên tục. Experimental Breeder Reactor I ở Phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Idaho gần Arco, Idaho là lò phản ứng hạt nhân đầu tiên sản xuất điện vào ngày 20 tháng 12 năm 1951. Ban đầu, bốn bóng đến 150W được thấp sáng từ lò phản ứng, đến cuối cùng những cải tiến đã nâng sản lượng điện lên hết công suất thiết kế (sau đó, thị trấn Arco trở thành thị trấn đầu tiên trên thế giới sử dụng toàn bộ điện phát ra từ năng lượng hạt nhân). [22] Nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên trên thế [...]... tích Các mối quan hệ pha trong tổ hợp urani- ôxi là phức tạp Các trạng thái ôxi hóa quan trọng nhất của urani là urani( IV) và urani( VI), và hai ôxi tương ứng của chúng là urani điôxit (UO2) và urani triôxit (UO3).[34] Các urani ôxit khác gồm urani monoxit (UO), diurani pentoxit (U2O5), và urani peroxit (UO4·2H2O)cũng tồn tại Các dạng urani ôxit phổ biến nhất là triurani octaoxit (U3O8) và UO2.[35] Cả... loại tác dụng với nitơ bao gồm urani mononitrit (UN), urani đinitrit (UN2), và điurani trinitrit (U2N3).[39] Halua Uranium hexafluoride is the feedstock used to separate uranium-235 from natural uranium Tất cả urani florua được tạo ra từ urani tetraflorua (UF4); bản thân UF4 được điều chế bằng cách hydroclorua hóa urani điôxit [38] UF4 được khử bằng hydro ở 1000 °C tạo ra urani triflorua (UF3) Trong các... hạch nguyên tử urani- 235 phải ảnh hưởng đến các nguyên tử urani- 235 khác để duy trì chuỗi phản ứng hạt nhân Nồng độ và số lượng urani2 35 cần thiết để đạt được yêu cầu này được gọi là khối lượng tới hạn ('critical mass') Khi đề cập đến urani được làm giàu, thì tỉ lệ urani- 235 thường nằm trong khoảng 3% đến 5%.[41] Quá trình làm giàu tạo ra một lượng rất lớn urani nghèo (depleted urani) do đã tách hết urani- 235,... iot với urani hoặc bằng cách thêm UH3 vào các axit của nguyên tố này.[38] Ví dụ như: UBr3, UBr4, UI3, và UI4 Urani oxyhalua có thể hòa tan trong nước, gồm UO2F2, UOCl2, UO2Cl2, và UO2Br2 Sự ổn định của các oxyhalua này giảm khi khối lượng nguyên tử của thành phần halua tăng.[38] Đồng vị Nồng độ trong tự nhiên Urani tự nhiên bao gồm ba đồng vị chính: urani- 238 (99,28%), urani- 235 (0,71%), và urani 234... clohidric và axit nitric hòa tan urani, nhưng các axit không có khả năng ôxy hóa phản ứng với nguyên tố này rất chậm.[32] Khi chia nhỏ, nó có thể phản ứng với nước lạnh; khi tiếp xúc với không khí, kim loại urani bị phủ một lớp ôxit urani màu đen.[7] Urani trong quặng được tách bằng phương pháp hóa học và chuyển đổi thành urani ôxit hoặc các dạng khác có thể dùng trong công nghiệp Urani- 235 là đồng vị đầu... và là hợp chất dễ bay hơi nhất của urani. [38] Một phương pháp điều chế urani tetraclorua (UCl4) là kết hợp trực tiếp clo với hoặc là kim loại urani hoặc urani hydrua Sự khử UCl4 bởi hydro tạo ra urani triclorua (UCl3) trong khi các urani chứa số clo cao hơn được điều chế bởi phản ứng với clo bổ sung.[38] Tất cả urani clorua phản ứng với nước và không khí Các muối urani bromua và iôtua đươc tạo ra từ... của urani được tách ra theo tốc độ khuếch tán (vì urani- 238 nặng hơn nên nó khuếch tán chậm hơn urani- 235).[14] Phương pháp tách đồng vị laser phân tử ứng dụng tia laser có năng lượng nhất định để cắt liên kết giữa urani- 235 và flo Quá trinh này làm cho urani- 238 liên kết với flo và cho phép kim loại urani- 235 kết tủa từ dung dịch.[4] Một phương pháp làm giàu bằng laser khác là tách đồng vị hơi nguyên. .. thành U3O8.[38] Các cabic của urani gồm urani monocacbic (UC), urani đicacbic (UC2), và điurani tricacbic (U2C3) Cả hai hợp chất UC và UC2 được tạo thành bằng cách thêm cacbon vào urani nóng chảy hoặc urani kim loại tiếp xúc với cacbon monoxit ở nhiệt độ cao Tính ổn định dưới 1800 °C, U2C3 được điều chế bằng cách pha trộn hỗp hợp nóng của UC và UC2 dưới áp lực cơ học.[39] Urani nitrit được điều chế bằng... được tạo thành từ sản phẩm trước) và khoảng 2,0% trong số đó từ U-235 Khi Trái Đất còn trẻ, có thể 1/5 urani của nó là urani 235, nhưng tỷ lệ U-234 có thể thấp hơn nhiều so với hiện nay Urani- 238 thường phát hạt α - trừ khi nó trải qua phân hạch tự nhiên - phân rã theo phân rã hạt nhân urani có 18 nguyên tố, tất cả chúng cuối cùng đều phân rã thành chì-206, theo nhiều cách phân rã khác nhau.[13] Chuỗi... ôxi hóa và ôxit Ôxit Triuranium octaoxide (diagram pictured) and uranium dioxide are the two most common uranium oxides Bánh urani vàng Calcined là sản phẩm được sản xuất công nghiệp chứa các nhóm urani có trạng thái ôxi hóa khác nhau từ thấp nhất đến cao nhất Các hạt có thời gian lưu giữ ngắn trong lò nung sẽ ít bị ôxi hóa hơn những hạt có thời gian lưu giữ dài hơn Hàm lượng urani thường được tính . thời gian dài, urani là nguyên tố cuối cùng của bảng tuần hoàn. Các đồng vị phóng xạ của urani có số nơtron từ 144 đến 146 nhưng phổ biến nhất là các đồng vị urani 238, urani 235 và urani 239 được dùng trừ khi có ghi chú. Urani là nguyên tố hóa học kim loại màu trắng bạc thuộc nhóm Actini, có số nguyên tử là 92 trong bảng tuần hoàn của các nguyên tố hóa học, được đặt tên theo tên. dạng urani 238 (99,284%), urani 235 (0,711%), [2] và một lượng rất nhỏ urani 234 (0,0058%). Urani phân rã rất chậm phát ra hạt anpha. Chu kỳ bán rã của urani 238 là khoảng 4,47 tỉ năm và của urani