ウランは、原子番号 92、元素記号 U の放射性元素です。この灰色の金属は、弾薬、装甲、核兵器、原子力発電所で使用されます。ここには、元素の発見、用途、発生源、毒性など、ウランに関する興味深い事実がまとめられています。
ウラン元素の事実
名前: ウラン
原子番号: 92
元素記号: う
原子量: 238.02891(3)
外観: 銀灰色の金属
期間: ピリオド7
ブロック: fブロック
エレメント ファミリー: アクチニド
電子配置: [Rn] 5f 6d 7s
シェルあたりの電子数: 2、8、18、32、21、9、2
発見: マーティン・クラプロス (1789)
名前の由来: 惑星天王星
発見の歴史
元素としてのウランの発見に先立ち、その酸化物はローマ人によって、少なくとも西暦 79 年には黄色のセラミック顔料として使用されていました。中世では、ピッチブレンドはガラスの着色剤として使用されていました.
ドイツの化学者マルティン・ハインリッヒ・クラプロスは、1789 年にウランを発見しました。クラプロスは、ピッチブレンドを硝酸に溶解し、溶液を水酸化ナトリウムで中和することにより、黄色の化合物を得ました。彼は、この化合物が新しい元素の酸化物であると信じており、惑星天王星にちなんで名付けられました (これは、ギリシャの空の神にちなんで名付けられました)。
1841 年、フランスの化学者ウジェーヌ メルキオール ペリゴは、ウランの分離に初めて成功しました。彼は四塩化ウランをカリウムと共に加熱することによって金属を得た.
ウラン同位体
すべてのウラン同位体は放射性です。天然元素は、ウラン 238 (99.28%)、ウラン 235 (0.71%)、ウラン 234 (0.0054%) の 3 つの同位体で構成されています。これらの同位体はアルファ粒子を放出し、自然核分裂の確率はわずかです。他の 5 つの同位体は、放射性崩壊と中性子捕獲によって微量に自然に発生します。ウラン 238 は最も安定した同位体で、半減期は約 4.468×10 年 (地球の年齢とほぼ同じ) です。
「濃縮」ウランは、ウラン 235 が 3% から 5% になるように処理されたウランです。この同位体の量を増やすと、ウランはより核分裂しやすくなります。ウランは、ガス遠心分離機を使用して濃縮されます。ここでは、六フッ化ウラン (UF6 ) 遠心分離機内のガスは、銀-亜鉛膜を介した拡散によって分離されます。 UF6以降 UF6より少し重い 、よりゆっくりと拡散するため、膜を通過するガスは目的の同位体がわずかに豊富になります。ウラン濃縮の他の方法には、液体熱拡散と原子蒸気レーザー同位体分離 (AVLIS) があります。
生物学的役割と毒性
ウランは、動物において既知の生物学的機能を果たしません。この元素は放射性であるだけでなく、人にとっても有毒です。アルファ粒子は短距離で作用し、皮膚を貫通できないため、放射線の影響は主に局所的です (通常は肺に対して)。要素からの毒性は、生殖器系、脳、心臓、肝臓、および腎臓に影響を与えます。さらに、一部のウラン崩壊生成物は有毒で放射性があります。金属は、吸入または摂取しないように注意する限り、安全に取り扱うことができます。ウラン化合物は有毒です。
ウランはほとんどの生物にとって有害ですが、一部のバクテリアは元素の酸化状態を U(VI) から U(IV) に変換して、成長のためのエネルギーを取得します。種には、Shewanella putrefaciens が含まれます 、Geobacter metallireducens 、および Burkholderia fungorum .バクテリアシトロバクター そして地衣 Trapelia involuta 高濃度のウランを吸収できます。
ウランの供給源
ウラン (および鉄より大きい原子番号を持つすべての天然元素) は、超新星と中性子星の合体における急速な中性子捕獲 (r プロセス) から形成されます。地球のウランのほとんどは原始的 (惑星が形成されたときに存在) ですが、プルトニウムとキュリウムの放射性崩壊によって少量が生成されます。
ウランは、地球の地殻でかなりの量で見つかった最高原子番号の元素です。 51 番目に豊富な元素であり、水、土壌、岩石に 2 ～ 4 ppm の濃度で存在します。銀の約 40 倍豊富です。
この元素は、ウラニナイト、カルノタイト、ウラノファン、オーチュナイト、コフィナイト、トベルナイトなど、多くの鉱物に含まれています。ウランの採掘は、カザフスタン、カナダ、オーストラリア、ニジェール、ナミビア、ロシアで行われています。
ウランの使用
ウランには多くの用途があります:
- ウランは、陶器の釉薬、黄色のガラス、ワセリン ガラスの製造に使用されます。かつてはフィエスタウェアで使用されていました。
- ウールやシルクの染色で媒染剤として使用されます。
- 硝酸ウランは写真トナーです。
- 超ウラン元素の製造に使用されます。
- ウラン 238 は、別の核分裂性元素であるプルトニウム 239 の製造に使用されます。
- 核兵器の製造に使用されています。
- ウランは原子力発電所の燃料として使用されています。
- 劣化ウラン (ウラン 235 が少ないウラン) は、貫通弾薬、装甲、核物質の遮蔽材料を作るために使用されます。
- 酢酸ウラニルとギ酸ウラニルは、透過型電子顕微鏡用の標本を染色するために使用されます。
- 半減期が長いため、ウラン 238 は火成岩の年代を推定するために使用されます。
- ウランは、高エネルギーの X 線を生成する X 線ターゲットとして使用されます。
ウラン化合物
ウランには複数の酸化状態があり、酸化物、水溶性塩 (カラフルな溶液を形成する)、炭酸塩、窒化物、炭化物、水素化物など、多くの化合物を形成します。イエローケーキは、酸化ウランの混合物に付けられた名前です。ウランは、天然の純粋な金属としてではなく、常に化合物として存在します。
物理データ
密度 (室温): 19.1g/cm
融点: 1405.3 K (1132.2 °C, 2070 °F)
沸点: 4404 K (4131 °C, 7468 °F)
20ºC での状態: 固体
融合の熱: 9.14kJ/モル
気化熱: 417.1kJ/mol
モル熱容量: 27.665 J/(モル・K)
熱膨張: 13.9 µm/(m・K) (25 °C)
熱伝導率: 27.5W/(m・K)
結晶構造: 斜方晶
磁気注文: 常磁性
原子データ
原子半径: 経験的:午後 156 時
共有半径: 196±午後7時
ファン デル ワールス半径: 午後186時
電気陰性度: ポーリングスケール:1.38
第 1 イオン化エネルギー: 597.6kJ/mol
第 2 イオン化エネルギー: 1420kJ/モル
酸化状態: +1、+2、+3、+4、+5、+6 (両性酸化物)
興味深いウランの事実
- アンリ・ベクレルは 1896 年に放射能を発見しました。彼は近くに保管されているウラン露出写真乾板のサンプルに気づきました。
- ウランは自然発火性です。ウラン金属顆粒は、室温の空気中で自然発火します。
- ほとんどの金属と同様に、ウランは可鍛性と延性があります。多くの金属とは異なり、導電性が低いです。
- できたてのウラン金属は銀色ですが、空気中で急速に酸化して黒くなります。
- 1 キログラムのウラン 235 が完全に核分裂すると、理論的には最大 20 テラジュールのエネルギーが生成されます。これは、150 万キログラムの石炭と同じエネルギーです。
- 金属ウランには 3 つの同素体 (結晶形) があります。アルファ同素体は斜方晶で、668 °C まで安定しています。正方晶ベータ同素体は、668 °C ～ 775 °C の温度で発生します。 775 °C から元素の融点まで、ガンマ型が発生します。ガンマ同素体は体心立方構造を持ち、金属の中で最も可鍛性と延性のある形態です。
- 生殖器系に対するウランの影響により、ウラン鉱山労働者は女性の子供を持つ可能性が高くなります。
参考文献
- エムズリー、ジョン (2001)。 "ウラン"。 自然の構成要素:要素の A から Z へのガイド .オックスフォード:オックスフォード大学出版局。 pp.476–482。 ISBN 978-0-19-850340-8.
- Morss, L.R.;エデルスタイン、ニューメキシコ; Fuger、J.、編。 （2006）。 アクチニドおよびトランスアクチニド要素の化学 （第3版）。オランダ：スプリンガー。 ISBN 978-9048131464。 doi:10.1007/1-4020-3598-5_5
- シーボーグ、グレン T. (1968)。 "ウラン"。 化学元素百科事典 .イリノイ州スコーキー:Reinhold Book Corporation. pp.773–786。 LCCCN 68-29938。
