Уран и его характеристики
Общая характеристика урана
Содержание урана в земной коре оценивается в 3×10-4% (масс.), что соответствует общему количеству 1,3×1014 т металла. Природные соединения урана многообразны; важнейшими минералами являются уранит (диоксид урана UO2), настуран (фаза переменного состава UO2,0-2,5) и карнотит (уранил-ванадат калия K2(UO2)2×(VO4)2×3H2O).
Уран представляет собой метал серебристого цвета с глянцевой поверхностью (рис. 1). Тяжелый. Ковкий, гибкий и мягкий. Присущи свойства парамагнетиков. Для урана характерно наличие трех модификаций: α-уран (ромбическая система), β-уран (тетрагональная система) и γ-уран (кубическая система), каждая из которых существует в определенном температурном диапазоне.
Рис. 1. Уран. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса урана
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии уран существует в виде одноатомных молекул U, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 238,0289.
Изотопы урана
Известно, что в стабильных изотопов уран не имеет, однако природный уран состоит из смеси тех изотопов 238U (99,27%), 235U и 234U, которые являются радиоактивными.
Имеются нестабильные изотопы урана с массовыми числами от 217-ти до 242-х.
Ионы урана
На внешнем энергетическом уровне атома урана имеется три электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25р 65d105f36s26р 66d17s2.
В результате химического взаимодействия уран отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
U0 -3e → U3+.
Молекула и атом урана
В свободном состоянии уран существует в виде одноатомных молекул U. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу урана:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
7,11 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,38 |
|
Радиус атома, нм |
0,138 |
Примеры решения задач
| Задание | Чем отличаются по составу ядра атомов изотопов урана 235U и 238U? |
| Ответ | Ядра атомов отличаются только числом нейтронов, поскольку заряд ядра величина постоянная. Он равен +92, число протонов и электронов равно 92. В изотопе урана 235U число нейтронов будет равно 235-92 = 143, а в изотопе 238U – 238-92 = 146. |
| Задание | В ряду радиоактивного превращения урана имеются следующие стадии:
23892U → 23490Th → 23491Pa → X. Какие частицы испускаются на первых двух стадиях? Какой изотоп Х образуется на третьей стадии, если она сопровождается испусканием β-частицы? |
| Ответ | Определяем, как изменяются массовое число и заряд ядра радионуклида на первой стадии. Массовое число уменьшится на 4 единицы, а зарядовое – на 2 единицы, следовательно, на первой стадии происходит α-распад.
Определяем, как изменяются массовое число и заряд ядра радионуклида на второй стадии. Массовое число не изменяется, а заряд ядра увеличивается на единицу, что свидетельствует о β-распаде. Напишем в общем виде уравнение радиоактивного распада, происходящего на третьей стадии: 23491Pa → nmX + o-1e. Находи n (приравниваем массовые числа: 234 = n +0) и m (приравниваем атомные номера: 91 = m +(-1)). n=234. m = 92. Определяем изотоп Х. Это 23492U. |
