Članak govori o tome kada je otkriven takav kemijski element kao što je uran i u kojim se industrijama ova tvar koristi u naše vrijeme.
Uran je kemijski element u energetskoj i vojnoj industriji
U svakom trenutku ljudi su pokušavali pronaći visoko učinkovite izvore energije, a idealno - stvoriti takozvani perpetual motor. Nažalost, nemogućnost njegovog postojanja teorijski je dokazana i potkrijepljena još u 19. stoljeću, ali znanstvenici još uvijek nisu gubili nadu da će ostvariti san o nekakvom uređaju koji bi bio sposoban proizvesti veliku količinu "čiste" energije za vrlo dugo vremena.
Djelomično je to ostvareno otkrićem takve tvari kao što je uran. Kemijski element s ovim imenom bio je temelj za razvoj nuklearnih reaktora, koji u naše vrijeme daju energiju cijelim gradovima, podmornicama, polarnim brodovima i tako dalje. Istina, njihova se energija ne može nazvati "čistom", ali posljednjih godina mnoge tvrtke razvijaju kompaktne "atomske baterije" na bazi tricija za široku prodaju - nemaju pokretne dijelove i sigurne su za zdravlje.
Međutim, u ovom članku ćemo detaljno analizirati povijest otkrića kemijskog elementazvan uran i reakcija fisije njegovih jezgri.
Definicija
Uran je kemijski element koji ima atomski broj 92 u periodnom sustavu Mendeljejeva. Njegova atomska masa je 238 029. Označen je simbolom U. U normalnim uvjetima, to je gust, teški srebrnast metal. Ako govorimo o njegovoj radioaktivnosti, onda je sam uran element sa slabom radioaktivnošću. Također ne sadrži potpuno stabilne izotope. A najstabilniji od postojećih izotopa je uran-338.
Shvatili smo što je ovaj element, a sada pogledajmo povijest njegovog otkrića.
Povijest
Tvar kao što je prirodni uranijev oksid poznata je ljudima od davnina, a drevni su majstori od nje pravili glazuru kojom su pokrivali razne keramike za vodootpornost posuda i drugih proizvoda, kao i njihovu ukrasi.
Godina 1789. bila je važan datum u povijesti otkrića ovog kemijskog elementa. Tada je kemičar i njemački rođen Martin Klaproth uspio dobiti prvi metalni uran. A novi element je dobio ime u čast planeta otkrivenog osam godina ranije.
Gotovo 50 godina, tada dobiveni uran smatran je čistim metalom, međutim, 1840. godine, kemičar iz Francuske, Eugene-Melchior Peligot, uspio je dokazati da je materijal dobiven od Klaprotha, unatoč prikladnim vanjskim znakovima, uopće nije bio metal, već uranijev oksid. Malo kasnije primio je isti Peligopravi uran je vrlo težak sivi metal. Tada je prvi put određena atomska težina takve tvari kao što je uran. Kemijski element 1874. godine smjestio je Dmitrij Mendeljejev u svoj poznati periodni sustav elemenata, a Mendeljejev je dvaput udvostručio atomsku težinu tvari. I samo 12 godina kasnije, eksperimentalno je dokazano da veliki kemičar nije pogriješio u svojim proračunima.
Radioaktivnost
Ali stvarno široko zanimanje za ovaj element u znanstvenoj zajednici počelo je 1896. godine, kada je Becquerel otkrio činjenicu da uran emitira zrake koje su dobile ime po istraživaču - Becquerelove zrake. Kasnije je jedna od najpoznatijih znanstvenica u ovoj oblasti, Marie Curie, ovu pojavu nazvala radioaktivnošću.
Sljedećim važnim datumom u proučavanju urana smatra se 1899.: tada je Rutherford otkrio da je zračenje urana nehomogeno i da se dijeli na dvije vrste - alfa i beta zrake. A godinu dana kasnije, Paul Villar (Villard) otkrio je treću, posljednju vrstu radioaktivnog zračenja koja nam je danas poznata - takozvane gama zrake.
Sedam godina kasnije, 1906. godine, Rutherford je, na temelju svoje teorije radioaktivnosti, proveo prve pokuse, čija je svrha bila odrediti starost raznih minerala. Ove studije postavile su temelje, između ostalog, za formiranje teorije i prakse analize radiokarbona.
Fisija jezgri urana
Ali, možda, najvažnije otkriće, zahvaljujući kojem ješiroko rasprostranjeno rudarenje i obogaćivanje urana u miroljubive i vojne svrhe je proces fisije jezgri urana. Dogodilo se to 1938. godine, otkriće su izveli njemački fizičari Otto Hahn i Fritz Strassmann. Kasnije je ova teorija dobila znanstvenu potvrdu u radovima još nekoliko njemačkih fizičara.
Suština mehanizma koji su otkrili bila je sljedeća: ako zračite jezgru izotopa urana-235 neutronom, tada se, hvatajući slobodni neutron, počinje dijeliti. I, kao što svi sada znamo, ovaj proces je popraćen oslobađanjem ogromne količine energije. To se događa uglavnom zbog kinetičke energije samog zračenja i fragmenata jezgre. Sada znamo kako se događa fisija urana.
Otkriće ovog mehanizma i njegovi rezultati početna su točka za korištenje urana u miroljubive i vojne svrhe.
Ako govorimo o njegovoj upotrebi u vojne svrhe, tada se po prvi put pojavljuje teorija da je moguće stvoriti uvjete za takav proces kao što je kontinuirana reakcija fisije jezgre urana (budući da je za detonaciju potrebna ogromna energija nuklearna bomba) dokazali su sovjetski fizičari Zeldovich i Khariton. Ali da bi se stvorila takva reakcija, uran mora biti obogaćen, budući da u svom normalnom stanju nema potrebna svojstva.
Upoznali smo se s poviješću ovog elementa, sada ćemo shvatiti gdje se koristi.
Uporabe i vrste izotopa urana
Nakon otkrića takvog procesa kao što je reakcija lančane fisije urana, fizičari su se suočili s pitanjem gdje ga koristiti?
Trenutno postoje dva glavna područja u kojima se koriste izotopi urana. Ovo je miroljubiva (ili energetska) industrija i vojska. I prvi i drugi koriste reakciju nuklearne fisije izotopa urana-235, samo se izlazna snaga razlikuje. Jednostavno rečeno, u nuklearnom reaktoru nema potrebe stvarati i održavati ovaj proces istom snagom koja je potrebna za izvođenje eksplozije nuklearne bombe.
Dakle, navedene su glavne industrije u kojima se koristi reakcija fisije urana.
Ali dobivanje izotopa urana-235 iznimno je složen i skup tehnološki zadatak i ne može si svaka država priuštiti izgradnju postrojenja za obogaćivanje. Primjerice, za dobivanje dvadeset tona uranovog goriva, u kojem će sadržaj izotopa urana 235 biti od 3-5%, bit će potrebno obogatiti više od 153 tone prirodnog, "sirovog" urana.
Izotop urana-238 uglavnom se koristi u dizajnu nuklearnog oružja za povećanje njegove snage. Također, kada uhvati neutron, nakon čega slijedi beta proces raspadanja, ovaj izotop se na kraju može pretvoriti u plutonij-239 - uobičajeno gorivo za većinu modernih nuklearnih reaktora.
Unatoč svim nedostacima takvih reaktora (visoka cijena, složenost održavanja, opasnost od nesreće), njihov rad se vrlo brzo isplati, a proizvode neusporedivo više energije od klasičnih termo ili hidroelektrana.
Također, reakcija fisije jezgre urana omogućila je stvaranje nuklearnog oružja za masovno uništenje. Odlikuje se svojom ogromnom snagom, relativnomzbijenost i činjenica da je sposobna učiniti velike površine zemljišta neprikladnima za život ljudi. Istina, moderno atomsko oružje koristi plutonij, a ne uran.
Osiromašeni uran
Postoji i takva raznolikost urana kao što je osiromašeni. Ima vrlo nisku razinu radioaktivnosti, što znači da nije opasno za ljude. Ponovno se koristi u vojnoj sferi, na primjer, dodaje se oklopu američkog tenka Abrams kako bi mu dao dodatnu snagu. Osim toga, u gotovo svim visokotehnološkim vojskama možete pronaći razne granate s osiromašenim uranom. Osim velike mase, imaju još jedno vrlo zanimljivo svojstvo – nakon uništenja projektila, njegovi fragmenti i metalna prašina spontano se zapale. I usput, prvi put je takav projektil korišten tijekom Drugog svjetskog rata. Kao što vidimo, uran je element koji se koristi u raznim poljima ljudske djelatnosti.
Zaključak
Prema predviđanjima znanstvenika, oko 2030. godine sva velika ležišta urana bit će potpuno iscrpljena, nakon čega će započeti razvoj njegovih teško dostupnih slojeva i cijena će rasti. Inače, sama ruda urana apsolutno je bezopasna za ljude - neki rudari generacijama rade na njenom vađenju. Sada smo shvatili povijest otkrića ovog kemijskog elementa i kako se koristi reakcija fisije njegovih jezgri.
Usput, poznata je zanimljiva činjenica - spojevi urana dugo se koriste kao boje za porculan istaklo (tzv. uran staklo) do 1950-ih.
