Die artikel vertel van wanneer so 'n chemiese element soos uraan ontdek is, en in watter industrieë hierdie stof in ons tyd gebruik word.
Uranium is 'n chemiese element in die energie- en militêre industrie
Ten alle tye het mense probeer om hoogs doeltreffende bronne van energie te vind, en ideaal gesproke – om 'n sogenaamde ewigdurende beweging-masjien te skep. Ongelukkig is die onmoontlikheid van sy bestaan in die 19de eeu teoreties bewys en gestaaf, maar wetenskaplikes het nog nooit hoop verloor om die droom te verwesenlik van 'n soort toestel wat in staat sou wees om 'n groot hoeveelheid "skoon" energie te produseer vir 'n baie lank.
Dit is gedeeltelik gerealiseer met die ontdekking van so 'n stof soos uraan. 'n Chemiese element met hierdie naam het die basis gevorm vir die ontwikkeling van kernreaktors, wat in ons tyd energie verskaf aan hele stede, duikbote, poolskepe, ensovoorts. Hulle energie kan weliswaar nie “skoon” genoem word nie, maar in die afgelope jaar het baie maatskappye kompakte tritium-gebaseerde “atoombatterye” ontwikkel vir wye verkope - hulle het geen bewegende onderdele nie en is veilig vir gesondheid.
In hierdie artikel sal ons egter die geskiedenis van die ontdekking van 'n chemiese element in detail ontleedgenoem uraan en die reaksie van splyting van sy kerne.
Definisie
Uranium is 'n chemiese element wat atoomnommer 92 in die periodieke tabel van Mendeleev het. Sy atoommassa is 238 029. Dit word aangedui deur die simbool U. Onder normale omstandighede is dit 'n digte, swaar silweragtige metaal. As ons oor sy radioaktiwiteit praat, dan is uraan self 'n element met swak radioaktiwiteit. Dit bevat ook nie heeltemal stabiele isotope nie. En die mees stabiele van die bestaande isotope is uraan-338.
Ons het uitgepluis wat hierdie element is, en kom ons kyk nou na die geskiedenis van sy ontdekking.
Geskiedenis
So 'n stof soos natuurlike uraanoksied is al sedert antieke tye aan mense bekend, en antieke vakmanne het dit gebruik om glasuur te maak, wat gebruik is om verskeie keramiek te bedek vir waterbestandheid van houertjies en ander produkte, sowel as hul versierings.
Die jaar 1789 was 'n belangrike datum in die geskiedenis van die ontdekking van hierdie chemiese element. Dit was toe dat die chemikus en Duits-gebore Martin Klaproth die eerste metaal-uraan kon bekom. En die nuwe element het sy naam gekry ter ere van die planeet wat agt jaar vroeër ontdek is.
Vir amper 50 jaar is die uraan wat toe verkry is, as 'n suiwer metaal beskou, maar in 1840 kon 'n chemikus van Frankryk, Eugene-Melchior Peligot, bewys dat die materiaal wat Klaproth verkry het, ten spyte van geskikte eksterne tekens, was glad nie 'n metaal nie, maar uraanoksied. 'n Bietjie later het dieselfde Peligo ontvangregte uraan is 'n baie swaar grys metaal. Dit was toe dat die atoomgewig van so 'n stof soos uraan die eerste keer bepaal is. Die chemiese element in 1874 is deur Dmitri Mendeleev in sy beroemde periodieke tabel van elemente geplaas, en Mendeleev het die atoomgewig van die stof twee keer verdubbel. En eers 12 jaar later is eksperimenteel bewys dat die groot chemikus nie in sy berekeninge verkeerd was nie.
Radioaktiwiteit
Maar die werklik wydverspreide belangstelling in hierdie element in die wetenskaplike gemeenskap het in 1896 begin, toe Becquerel die feit ontdek het dat uraan strale uitstraal wat na die navorser vernoem is - Becquerel-strale. Later het een van die bekendste wetenskaplikes op hierdie gebied, Marie Curie, hierdie verskynsel radioaktiwiteit genoem.
Die volgende belangrike datum in die studie van uraan word as 1899 beskou: dit was toe dat Rutherford ontdek het dat die bestraling van uraan onhomogeen is en in twee tipes verdeel word – alfa- en beta-strale. En 'n jaar later het Paul Villar (Villard) die derde, die laaste tipe radioaktiewe bestraling wat vandag aan ons bekend is ontdek - die sogenaamde gammastrale.
Sewe jaar later, in 1906, het Rutherford, op grond van sy teorie van radioaktiwiteit, die eerste eksperimente uitgevoer, waarvan die doel was om die ouderdom van verskeie minerale te bepaal. Hierdie studies het onder andere die grondslag gelê vir die vorming van die teorie en praktyk van radiokoolstofanalise.
Splyting van uraankerne
Maar, miskien, die belangrikste ontdekking, danksy diewydverspreide ontginning en verryking van uraan vir beide vreedsame en militêre doeleindes is die proses van splitsing van uraankerne. Dit het in 1938 gebeur, die ontdekking is uitgevoer deur die Duitse fisici Otto Hahn en Fritz Strassmann. Later het hierdie teorie wetenskaplike bevestiging gekry in die werke van verskeie meer Duitse fisici.
Die kern van die meganisme wat hulle ontdek het, was soos volg: as jy die kern van die uraan-235-isotoop met 'n neutron bestraal, dan, deur 'n vrye neutron vas te vang, begin dit verdeel. En, soos ons almal nou weet, gaan hierdie proses gepaard met die vrystelling van 'n enorme hoeveelheid energie. Dit gebeur hoofsaaklik as gevolg van die kinetiese energie van die straling self en die fragmente van die kern. So nou weet ons hoe uraansplyting plaasvind.
Die ontdekking van hierdie meganisme en die resultate daarvan is die beginpunt vir die gebruik van uraan vir beide vreedsame en militêre doeleindes.
As ons praat oor die gebruik daarvan vir militêre doeleindes, dan is vir die eerste keer die teorie dat dit moontlik is om toestande te skep vir so 'n proses soos 'n voortdurende splytingsreaksie van die uraankern (aangesien groot energie nodig is om te ontplof 'n kernbom) is deur Sowjet-fisici Zeldovich en Khariton bewys. Maar om so 'n reaksie te skep, moet uraan verryk word, aangesien dit in sy normale toestand nie die nodige eienskappe het nie.
Ons het kennis gemaak met die geskiedenis van hierdie element, nou sal ons uitvind waar dit gebruik word.
Uraniumisotoopgebruike en -tipes
Na die ontdekking van so 'n proses soos die uraankettingsplytingsreaksie, het fisici gekonfronteer met die vraag waar om dit te gebruik?
Daar is tans twee hoofgebiede waar uraan-isotope gebruik word. Dit is 'n vreedsame (of energie) industrie en weermag. Beide die eerste en die tweede gebruik die kernsplytingsreaksie van die uraan-235-isotoop, net die uitsetkrag verskil. Eenvoudig gestel, in 'n kernreaktor is dit nie nodig om hierdie proses te skep en in stand te hou met dieselfde krag wat nodig is om die ontploffing van 'n kernbom uit te voer nie.
Dus, die hoofnywerhede waarin die uraansplytingsreaksie gebruik word, is gelys.
Maar die verkryging van die uraan-235-isotoop is 'n uiters komplekse en duur tegnologiese taak, en nie elke staat kan bekostig om verrykingsaanlegte te bou nie. Om byvoorbeeld twintig ton uraanbrandstof te bekom, waarin die inhoud van die uraan 235-isotoop van 3-5% sal wees, sal dit nodig wees om meer as 153 ton natuurlike, "rou" uraan te verryk.
Die uraan-238-isotoop word hoofsaaklik gebruik in die ontwerp van kernwapens om hul krag te verhoog. Ook, wanneer dit 'n neutron vang, gevolg deur 'n beta-vervalproses, kan hierdie isotoop uiteindelik in plutonium-239 verander - 'n algemene brandstof vir die meeste moderne kernreaktors.
Ondanks al die tekortkominge van sulke reaktore (hoë koste, kompleksiteit van instandhouding, gevaar van 'n ongeluk), betaal hulle werking baie vinnig, en produseer hulle onvergelykbaar meer energie as klassieke termiese of hidro-elektriese kragsentrales.
Die reaksie van splyting van die uraankern het dit ook moontlik gemaak om kernwapens van massavernietiging te skep. Dit word gekenmerk deur sy enorme sterkte, relatiefkompaktheid en die feit dat dit in staat is om groot gebiede grond ongeskik vir menslike bewoning te maak. Moderne atoomwapens gebruik weliswaar plutonium, nie uraan nie.
Verarmde uraan
Daar is ook so 'n verskeidenheid uraan soos uitgeput. Dit het 'n baie lae vlak van radioaktiwiteit, wat beteken dit is nie gevaarlik vir mense nie. Dit word weer in die militêre sfeer gebruik, dit word byvoorbeeld by die wapenrusting van die Amerikaanse Abrams-tenk gevoeg om dit bykomende krag te gee. Daarbenewens kan jy in byna alle hoë-tegnologie leërs verskeie skulpe met uitgeputte uraan vind. Benewens hul hoë massa, het hulle nog 'n baie interessante eienskap - na die vernietiging van die projektiel ontsteek sy fragmente en metaalstof spontaan. En terloops, vir die eerste keer is so 'n projektiel tydens die Tweede Wêreldoorlog gebruik. Soos ons kan sien, is uraan 'n element wat in verskeie velde van menslike aktiwiteite gebruik is.
Gevolgtrekking
Volgens wetenskaplikes se voorspellings, rondom 2030, sal alle groot uraanneerslae heeltemal uitgeput wees, waarna die ontwikkeling van sy moeilik bereikbare lae sal begin en die prys sal styg. Terloops, uraanerts self is absoluut onskadelik vir mense – sommige mynwerkers werk al geslagte lank aan die ontginning daarvan. Nou het ons die geskiedenis van die ontdekking van hierdie chemiese element uitgepluis en hoe die splitsingsreaksie van sy kerne gebruik word.
Terloops, 'n interessante feit is bekend - uraanverbindings word al lank gebruik as verf vir porselein englas (sogenaamde uraanglas) tot die 1950's.
