Uran

Radioaktivní prvek
český názevUran
latinský názevUranium
anglický názevUranium
chemická značkaU
protonové číslo92
relativní atomová hmotnost238,0289
perioda7
skupinaVI.B
zařazeníaktinoidy
rok objevu1789
objevitelM. H. Klaproth
teplota tání [°C]1132
teplota varu [°C]3818
hustota [g cm-3]18,9
hustota při teplotě tání [g cm-3]17,3
elektronegativita1,38
oxidační stavy2˜6
elektronová konfigurace[Rn]5f3 6d1 7s2
atomový poloměr [pm]240
specifické teplo [J g-1K-1]0,12
slučovací teplo [kJ mol-1]8,52
tepelná vodivost [W m-1 K-1]27,5
elektrická vodivost [S m-1]3,6.10-6
1. ionizační potenciál [eV]6,1941
tvrdost podle Mohse6
tvrdost podle Vickerse [MPa]1960
tvrdost podle Brinella [MPa]2400
modul pružnosti ve smyku [GPa]111
modul pružnosti v tahu [GPa]208
bod supravodivosti [K]0,68
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce uranu

Chemický prvek uran je stříbřitě bílý, lesklý, tvrdý, tvárný radioaktivní kov, který se dá i za normální teploty dobře kovat a válcovat. Tvoří tři krystalické modifikace, kosočtverečný α-U přechází při teplotě 667°C na čtverečný β-U, při teplotě nad 772°C vzniká krychlový γ-U.

Za vyšších teplot je uran značně chemicky reaktivní prvek. Ochotně reaguje se sírou, halogeny, fosforem, dusíkem, vodíkem a uhlíkem. S fluorem se uran slučuje na fluorid uraničitý UF4 již za normální teploty za vzniku plamene, při mírném zahřátí na vzduchu hoří za silného vývoje jisker na oxid U3O8. S borem a arsenem se přímo slučuje až při teplotách nad 1000°C.

Uran se snadno rozpouští ve zředěných minerálních kyselinách za vzniku uraničité soli a vývoje vodíku:

U + 4HCl → UCl4 + 2H2

V koncentrované kyselině dusičné se kompaktní uran nerozpouští, ale práškový uran s koncentrovanou i zředěnou kyselinou dusičnou reaguje velmi prudce za tvorby dusičnanu uranylu a vývoje oxidu dusného:

4U + 14HNO3 → 4UO2(NO3)2 + 3N2O + 7H2O

Snadno reaguje s koncentrovaným roztokem peroxidu vodíku a při teplotách nad 150°C i s vodní párou:

U + 2H2O2 → U(OH)4
U + 2H2O → UO2 + 2H2

Ve sloučeninách vystupuje uran ve všech oxidačních stavech od II až po VI. Nejstabilnější jsou sloučeniny s oxidačním číslem 6.

Kvalitativní stanovení uranu je možné uskutečnit komplexometrickou titrací na indikátor Thorin. V silně kyselém prostředí (pH=1,8) je bod ekvivalence signalizován barevným přechodem z červené na žlutou.

Výskyt uranu v přírodě

Průměrný obsah uranu v zemské kůře je 2,7 ppm. V přírodě se uran vyskytuje jako směs 3 radioaktivních izotopů, 234U, 235U a 238U, poslední izotop je nejstabilnější (T1/2 = 4,51.109 let).

Nejdůležitější uranové rudy jsou uraninit (smolinec) UO2, coffinit USiO4, karnotit K2(UO2)(VO4)2.3H2O, torbernit Cu(UO2)(PO4)2.8H2O, brannerit UTiO2, autunit Ca(UO2)2(PO4)2 · 10-12H2O, davidit (La,Ce)(Y,U,Fe)(Ti,Fe)20(O,OH)38, uranofan Ca(UO2)2[SiO3(OH)]2·5H2O, ningyoit (U,Ca)2(PO4)2·1-2H2O a řada dalších minerálů, např. tujamunit Ca(UO2)2V2O8·5-8H2O nebo organoidy antraxolit a thucholit. Nejvyšší obsah uranu ze všech nerostů (88,15 % U) má uraninit, celkem bylo mineralogicky popsáno přibližně 250 minerálů s obsahem uranu.

Zajímavé minerály uranu

Významné ložisko uranu ve formě pětiprvkové formace se nalézalo v okolí Jáchymova v Krušných horách. Pětiprvková formace nerostů se vyznačuje současným výskytem rud kobaltu, niklu, stříbra, bismutu a uranu na jednom nalezišti. Hydrotermální pětiprvková asociace je kromě Jáchymova známá i z dalších lokalit Krušných hor i Slavkovského lesa. Geneze jáchymovské pětiprvkové formace je velice komplikovaná, mineralizace byla značně nerovnoměrná, jalové úseky žil se nepravidelně střídaly s rudními čočkami. Nejbohatší zrudnění obvykle bývalo na křížení žil. Jáchymovské rudní žíly se historicky dělí na dvě hlavní skupiny – na žíly směru sever-jih, tzv. půlnoční žíly (Mitternachtgänge) a žíly směru východ-západ, tzv. jitřní žíly (Morgengänge). Půlnoční žíly byly rudonosné, jitřní žíly byly velice slabě zrudněné nebo zcela sterilní. Nositelem uranového zrudnění byl uraninit, žilovina je tvořena karbonáty a křemenem, méně často fluoritem a barytem.

Jáchymov a jeho okolí tvoří nejbohatší světové naleziště minerálů, podařilo se zde určit už 425 druhů minerálů, mimo definované nerosty zde bylo zjištěno dalších více než 30 doposud neznámých přírodních sloučenin. V roce 2010 zde byl v jižní části žíly Geschieber na 10. patře dolu Svornost, v těsné blízkosti velké čočky elementárního kovového arsenu, který zřejmě ve zdejším silně kyselém prostředí působil jako redukovadlo, objeven první sulfát čtyřmocného uranu známý v přírodních podmínkách, unikátní sekundární minerál běhounekit U(SO4)2·4H2O. Na stejném místě byly přímo na povrchu arsenové čočky nalezeny i světově unikátní arseničnany čtyřmocného uranu štěpit U[AsO3(OH)2]·4H2O a vysokýit U[AsO2(OH)2]4·4H2O. Také další zajímavé minerály uranu, např. jáchymovit (UO2)8(SO4)(OH)14·13H2O, voglit Ca2Cu(UO2)(CO3)4·6H2O, uranotil Ca[(UO2)SiO3(OH)]2·H2O, agricolait K4(UO2)(CO3)3 nebo adolfpaterait K[(UO2)(SO4)(OH)(H2O)] byly poprvé nalezeny v Jáchymově. Ve zbytcích po zpracování jáchymovského smolince byly objeveny nové chemické prvky polonium a radium (M. Curie, 1888-1889), aktinium (A. Debierne, 1889) a protaktinium (Fajans, Gohring, 1913).

Nejenom zajímavá uranová mineralizace proslavila Jáchymov, v Jáchymově byl také objeven a popsán nejdůležitější technický nerost fluoru fluorit CaF2, velice dekorativní minerál niklu millerit NiS i řada dalších zajímavých nerostů, např. krutovit NiAs2, akanthit Ag2S, argentopyrit AgFe2S3 a řada dalších.

Těžba a zásoby

Největší zásoby uranu ve výši 1,5 Mt se nalézají v Kazachstánu, tato středoasijská země produkuje 33% celosvětové těžby, následuje Kanada s 18% podílem a Austrálie s 11 procenty. Celkové zásoby uranu v ČR činí 135,3 kt, roční těžba dosáhla v roce 2011 hodnoty 252 t kovu. ČR je největším (a téměř jediným) producentem uranu v EU. Na našem území je evidováno 7 ložisek uranu, klasická těžba probíhá pouze v lokalitě Rožná. Část uranu se také získává jako vedlejší produkt při čištění podzemních vod po drastické hydrochemické těžbě metodou ISL (in situ leaching) z cenomanských sedimentů v lokalitě Stráž pod Ralskem.

Výroba uranu

Výroba kovového uranu se provádí složitým postupem, který spočívá v loužení koncentrátu uranové rudy kyselinou dusičnou. Uran přejde na rozpustný dusičnan uranylu UO2(NO3)2. Z roztoku se pomocí kyseliny sírové vysráží olovo, radium, vanad a další příměsi ve formě nerozpustných síranů, které se odfiltrují.

Filtrát se podrobí extrakci éterem, po odpaření rozpouštědla se čistý dusičnan opět rozpustí ve vodě a oxiduje se peroxidem vodíku na hydratovaný oxid uranový UO3·2H2O, který se zahřáním převede na bezvodý oxid UO3. Oxid uranový se působením fluorovodíku nebo fluoridu amonného převede na fluorid uraničitý UF4, který se posléze redukuje vápníkem na kovový uran.

Některé technologie využívají redukci oxidu uranového vodíkem nebo hliníkem, s vynecháním mezistupně převodu oxidu uranového na fluorid uraničitý. Pro laboratorní použití se čistý kovový uran připravuje redukcí UF4 hořčíkem.

Praktické využití uranu

Kovový uran a některé jeho sloučeniny se používají k barvení skla. Díky své značné hustotě je ochuzený kovový uran v kombinaci s wolframem využíván jako součást kinetických protipancéřových projektilů.

Největší význam má však využití uranu jako paliva do jaderných reaktorů. Izotop uranu 235U byl v minulosti důležitou surovinou pro výrobu nukleárních zbraní. Při vývoji prvních sovětských jaderných bomb sehrála podstatnou úlohu těžba uranu z pětiprvkové formace rud v Jáchymově v Krušných horách.

Zdroje

protaktinium ← uran → neptunium

TOPlist