جدول تناوبی عناصر شیمیایی، عناصر شیمیایی مختلفی را به نمایش گذاشته که هر کدام بر طبق ساختار الکترونیکی مرتب شده اند، به شکلی که خیلی از خواص شیمیایی به صورت منظم در طول جدول تغییر کند. در این مطلب می خواهیم با یکی از عناصر این جدول با عدد اتمی ۹۲ آشنا شویم.
آشنایی با اورانیوم
اورانیوم یکی از انواع عناصر موجود در جدول تناوبی می باسد که با نماد U و عدد اتمی ۹۲ مشخص شده است. این عنصر شیمیایی در واقع یک عنصر سنگین، سمی، فلزی، رایواکتیو و براق می باشد که رنگی سفید مایل به نقره ای دارد، همچنین این عنصر به گروه آکتیندها تعلق دارد و ایزوتوپ ۲۳۵ آن به منظور سوخت راکتورهای هسته ای و سلاح های هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد. عنصر Uranium در مقدارهای ناچیز و بسیار کم در صخره ها، خاک، آب، گیاهان و جانوران به خصوص انسان یافت می گردد.
تاریخچه استفاده از Uranium
استفاده از این عنصر به شکل اکسید طبیعی مربوط به سال ۷۹ میلادی می شود، یعنی وقتی که از این عنصر به منظور اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شده بود. کشف این عنصر فلزی به وسیله شیمیدان آلمانی به اسم مارتین هنریچ کلاپرس می باشد. این فرد در سال ۱۷۸۹ عنصر Uranium را به صورت قسمتی از کانی که Pitchblende نامیده شد، کشف کرد. دلیل انتخاب اسم Uranium برای این عنصر به خاطر سیاره اورانوس بوده که هشت سال قبل از آن کشف شده بود. این عنصر بعد از آن در سال ۱۸۴۱ به شکل جداگانه توسط Eugne melchior peligot استفاده گشت. بلاخره در سال ۱۸۹۶ هانری بکرل یک فیزیکدان فرانسوی به خاصیت رادیواکتیویته این عنصر پی برد.
خصوصیات مهم و قابل توجه Uranium
عنصر اورانیوم دارای خصوصیات قابل توجه زیر می باشد:
- Uranium در زمان عمل پالایش دارای رنگ سفید مایل به نقره ای می باشد که دارای خاصیت رادیواکتیوی ضعیفی است و کمی از فولاد نرم تر می باشد.
- این عنصر، فلزی چکش خار بوده و رسانای جریان الکتریسته و مقدار کمی Paramagnetic است. چگالی این عنصر ۶۵ درصد بیشتر از چگالی سرب می باشد.
- وقتی که Uranium به خوبی جدا گردد، شدیدا از آب سرد متاثر می شود و در برابر هوا اکسید می گردد. اورانیومی که از معادن استراج می شود، توانایی تبدیل شدن به دی اکسید اورانیوم و دیگر گونه های قابل استفاده در صنعت را به صورت شیمیایی دارد.
انواع مختلف Uranium در صنعت
Uranium در صنعت دارای انواع مختلفی می باشد که در ادامه با آنها آشنا می شویم:
- نوع آلفا Orthohombic که تا دمای ۶۶۷/۷ درجه پایدار می باشد.
- نوع بتا Tetragonal که بین دمای ۶۶۷/۷ تا ۷۷۴/۸ درجه پایدار می باشد.
- نوع گاما Body-centeral cubic که از دمای ۷۷۴/۸ درجه تا نفطه ذوب پایدار می باشد. گاما رساناترین و چکش خوارترین گونه از Uranium محسوب می شود.
ایزوتوپ های مهم Uranium
Uraniumدو ایزوتوپ مهم Uranium، ایزوتوپ های U235 و U238 هستند که U235 مهمترین ایزوتوپ برای راکتورها و سلاح های هسته ای می باشد. این ایزوتوپ، تنها ایزوتوپی می باشد که در طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن به وسیله نوترون های حرارتی شکافته می شود. ایزوتوپ U238 هم به این دلیل مهم می باشد که نوترون ها را به منظور تولید ایزوتوپ رادیواکتیو جذب می کند و آن ها را به ایزوتوپ PU239 پلوتونیوم تجزیه می نماید. همچنین ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شکافته می شود و توسط بمباران نوترونی Thoium232 بوجود می آید.
Uranium اولین عنصر یافت شده است که توانایی شکافته شدن دارد، به عنوان نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U236 تبدیل می شود و به دو هسته کوچکتر تقسیم می گردد که اینکار باعث آزاد شدن انرژی می شود و نوترون های بیشتری تولید می گردد. حال اگر این نوترون ها به وسیله هسته U235 دیگری جذب شوند، عملکرد هسته ای مجددا اتفاق خواهد افتاد و اگر چیزی برای جذب نوترون ها نباشد، به حالت انفجاری در خواهد آمد. اولین بمب اتمی با این اصل یعنی شکاف هسته ای نتیجه داد، نام دقیق این بمب ها و بمب های هیدروژنی همان سلاح هسته ای می باشد.
کاربردهای Uranium
اورانیوم عنصری بسیار سنگین و پر چگالی است که دارای کاربردهای زیر می باشد:
- برخی از ارتش ها از Uranium خالی برای ساختن محافظ برای تانک و ساخت قسمت هایی از موشک ها و ادوات جنگی استفاده می کنند. همچنین ارتش ها برای سوخت ناوگان و زیردریایی های خود و سلاح های هسته ای از Uranium غنی شده استفاده می نمایند.
- سوختی که در راکتورهای ناوگان ایالات متحده استفاده می شود معمولا از نوع Uranium غنی شده U235 است. اورنیومی که در سلاح های هسته ای استفاده می شود شدیدا غنی شده است و مقدار آن تقریبا ۹۰ درصد است.
- مهمترین کاربرد Uranium در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاهای تولید کننده نیروی هسته ای می باشد که در آن ها سوخت U235 به اندازه ۲ تا ۳ درصد غنی می گردد. اورانیومی کهدر هواپیماها و هلیکوپترها تخله می شود به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده می گردد.
- در لعاب ظروف سفالی از میزان کمی اورانیوم استفاده می شود که داخل فرایند غنی سازی نمی شود. این عنصر در زمان اضافه کردن رنگ به همراه آن اضافه می شود.
- نیمه عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ آن را به منظور تخمین سنگ های آتشفشانی مناسب می کند.
- U235 در راکتورهای هسته ای Breeder به پلوتونیوم تبدیل می گردد و پلوتونیوم هم در ساخت بمب های هیدروژنی استفاده می شود.
- در شیمی تحلیلی از استات اورانیومی استفاده می شود.
- در بعضی از وسائل نور دهنده از Uranium استفاده می شود و در بعضی از مواد شیمیایی عکاسی مثل نیترات از Uranium استفاهد می شود.
- کودهای فسفاتی معمولا دارای مقدار زیادی Uranium طبیعی هستند، زیرا مواد کانی که این کودها از آنجا گرفته شده اند دارای میزان زیادی Uranium هستند.
- از این عنصر برای اهداف اشعه ایکس در ساختن این اشعه با انرژی بالا استفاده می گردد.
- از این عنصر در Intrrial Guidance و Gyro Compass استفاده می گردد.
ترکیبات Uranium
- تترا فلوئورید اورانیومUF4 که معروف به نمک سبز می باشد یک محصول میانی هگزافلورید Uranium است.
- هگزا فلورید اورانیومUF6 جامد بوده و در دمای بیشتر از ۵۶ درجه سانتی گراد بخار خواهد شد. UF6 ترکیبی از Uranium می باشد که به منظور فرایند غنی سازی استفاده می گردد و در صنعت به نام ساده Hex معرفی می شود.
- Yellowcake یک Uranium غلیظ شده می باشد که نام آن به خاطر رنگ و شکلی است که در زمان تولید دارد. البته امروزه Yellowcake بیشتر رنگ سبز مایل به سیاه دارد. Yellowcake حدود ۷۰ تا ۹۰ درصد اکسید Uranium دارد.
- Diuranate آمونیوم محصول جانبی تولید Yellowcake است که رنگ زرد درخشانی دارد و در برخی اوقات به اشتباه Yellowcake نامیده می شود.
پیدایش
Uranium عنصری است طبیعی که تقریبا در تمام سنگ ها، اب و خاک به مقدار کمی یافت می گردد و اینطور به نظر می رسد که میزان آن از Antimony، برلیوم، کادیوم، جیوه، طلا، نقره و تنگستن بیشتر است که فراوانی آن در حد آرسنیک و مدلیبدنیوم می باشد. این عنصر فلزی در اغلب کانی های اورانیومی یافت می گردد. میزان زیادی از این عنصر در مواردی شامل صخره های فسفاتی و کانی هایی مثل Lignite و Monazite یافت می گردد و بیشتر برای مصرف اقتصادی از همین کانی ها استخراج می گردد. Uranium نیمه عمر رادیواکتیوی طولانی برای U238 دارد به همین دلیل مقدار آن همواره در زمین ثابت می ماند. فروپاشی این عنصر و واکنش های هسته ای ان با توریوم، منبع گرمایی عظیمی است که در هسته زمین باعث می شود تا قسمت خارجی هسته زمین ذوب شود و باعث ایجاد حرکت پوسته ای در زمین می گردد. معدن Uranium صخره ای می باشد که محل تمرکز اورانیومی است که مقدار اقتصادی آن، یک تا چهار پوند اکسید Uranium در هر تن می باشد که تقریبا ۰/۰۵ تا ۰/۲۰ درصد اکسید Uranium دارد.
هشدارهای مربوط به عنصر Uranium
کلیه ترکیبات موجود در این عنصر سمی و رادیو اکتیو می باشند. سمی بودن این عنصر می تواند کشنده باشد. این عنصر در مقادیر کم باعث آسیب به کلیه ها می شود. خاصیت های رادیو اکتیومی Uranium نیز سیستماتیک و نظام بند می باشد. در حالت کلی ترکیبات اورانیومی به سختی در روده و ریه جذب می شوند و خطرات رادیواکتیوی ان باقی خواهد ماند. فلز خالص Uranium همچنین خطر آتش سوزی را به همراه دارد.
انسان ها مکن است از طریق تنفس غبار اورانیوم در هوا و یا خوردن و آشامیدن آب یا غذا در معرض این عنصر قرار گیرند، این موضوع بیشتر به خاطر خوردن آب یا غذا صورت می گیرد. میزان جذب روزانه اورانیم در غذا در طول روز ۰/۰۷ تا ۱/۱ میکرو گرم است و میزان Uranium در هوا معمولا خیلی ناچیز و کم می باشد. کسانی که در اطراف تاسیسات هسته ای دولت و یا معدن های استخراج این عنصر زندگی یا کار می کنند، بیشتر از سایرین در معرض این عنصر قرار دارند.
همانطور که گفتیم این عنصر بیشتر از طریق خوردن و در موادری تنفس وارد بدن می شود، اما در موارد خیلی کمیاب امکان دارد به طریق شکافی روی پوست وارد بدن گردد. این عنصر جذب پوست نخواهد شد و ذرات آلفای ساطع شده از آن نمی توانند به پوست نفوذ نمایند، به همین دلیل اگر Uranium در خارج از بدن باشد خطری به اندازه زمانی که وارد بدن شود نخواهد داشت، با ورود این عنصر به بدن امکان بروز سرطان و یا آسیب به کلیه وجود دارد.
منبع : آرگا
