Uran (U, łac. uranium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Wśród pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi ma największą liczbę atomową – 92 (nie licząc śladowych ilości 93
Np i 94
Pu)^[4].

W uranie naturalnym występuje głównie słabo promieniotwórczy izotop 238
U (około 99,3%), któremu towarzyszy 235
U (około 0,7%) i ślady 234
U. Jądra wszystkich izotopów uranu ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Jądra izotopów 235
U i 233
U ulegają rozszczepieniu spontanicznemu, wymuszonemu rozszczepieniu jądra. Syntetyczny rozszczepialny izotop 233
U otrzymuje się przez bombardowanie toru 232
Th neutronami.

Właściwości

Właściwości fizyczne

Czysty uran jest srebrzystobiałym metalem o dużej gęstości – 65% większej niż gęstość ołowiu – lecz w odróżnieniu od niego jest jednym z najtwardszych metali (HB = 2400 MN/m²)^[5]. Jest plastyczny i kowalny, jest słabym paramagnetykiem i przewodnikiem elektrycznym (opór właściwy 28×10⁻⁸ Ω·m; 16 razy większy od miedzi)^[6].

Tworzy formy alotropowe^[6]:

• alfa (rombowa) stabilna do 668 °C;
• beta (tetragonalna) stabilna w zakresie od 668 do 775 °C;
• gamma (regularna centrowana objętościowo b.c.c) od 775 °C do temperatury topnienia.

Właściwości chemiczne

Jest silnie elektrododatni. Reaguje z prawie wszystkimi pierwiastkami niemetalicznymi i wieloma ich związkami. Kwas solny i azotowy roztwarzają uran, ale kwasy nieutleniające poza kwasem solnym roztwarzają go bardzo powoli. Silnie rozdrobniony jest piroforyczny i reaguje z zimną wodą. Na powietrzu pokrywa się ciemną warstwą tlenku. Ze względu na reaktywność, z rud ekstrahuje się go w układach wodnych i przekształca w tlenek uranu(IV) lub inne formy używalne w przemyśle^[6].

Występowanie

Uran występuje na Ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych, w skorupie ziemskiej w ilości 1,8 ppm zajmując 51. miejsce wśród pierwiastków. Można znaleźć go w skałach (w granicie 2 - 10 mg/kg skały), glebie, wodzie (w oceanie 0,0033 ppm), roślinach, zwierzętach, a nawet w ciele ludzkim^[7]. Występuje w większym stężeniu rudach uranu. Tworzy minerały, najważniejszymi minerałami uranu są:

• blenda uranowa
• uraninit UO
  2 + UO
  3
• karnotyt K
  2(UO
  2)
  2(VO
  4)
  2·2H
  2O

Złoża rud uranu klasyfikuje się głównie wg kosztów wydobycia 1 tony uranu. Najniższe koszty wydobycia wynoszą poniżej 80 $/tonę, takie zasoby stanowią kilkanaście procent znanych zasobów. Znane i realnie rozpoznane złoża, w 2013 roku, o kosztach wydobycia poniżej 130 $/t sięgają 5,9 mln ton. Największe zasoby znajdują się na terenie Australii (29%), Kazachstanu (12%), Rosji (9%), Kanady (8%)^[8].

Występowanie w Polsce

Niezbyt wydajne złoża uranu występują w Polsce w Rudawach Janowickich (Miedzianka, Kowary), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno), w Górach Świętokrzyskich oraz w górach Izerskich (Kromnów, Kopaniec^[10]), zostały one jednak w znacznym stopniu wyeksploatowane na potrzeby ZSRR do lat 50. XX wieku. W latach 60. XX w. złoża uranu odkryto w okolicach wsi Rajsk opodal Bielska Podlaskiego.

Rabunkowe wydobycie rud uranu w Miedziance doprowadziło do zniszczenia i wysiedlenia miasta. W Kowarach u stóp Karkonoszy dla turystów otwarta jest kopalnia uranu Podgórze. W latach 1974–1989 działało w Kowarach Inhalatorium Radonowe, zamknięto je po 15 latach działalności po zawaleniu się nieeksploatowanej części kopalni stanowiącej źródło radonu. Aktualnie działa nowe inhalatorium radonowe w ramach komercyjnego Centrum Wypoczynku i Odnowy Biologicznej „Jelenia Struga”, występująca tam koncentracja radonu jest bardzo niska. Jest to jedna z pięciu tego typu atrakcji na świecie. Wyrobisko Kopaliny w pobliżu Kletna jest także udostępnione do zwiedzania przez turystów.

Związki chemiczne uranu

Uran reaguje z tlenem z powietrza, pokrywając się stopniowo najpierw złotożółtą, a następnie czarną warstwą tlenków. W podwyższonych temperaturach jest reaktywny. Podgrzany do 450 °C reaguje z azotem, tworząc azotki, ogrzany w wodzie daje wodorek UH
3, a w temperaturze wrzenia wydziela z wody wolny wodór. Uran roztwarza się łatwo w rozcieńczonych kwasach. Zapala się w powietrzu już po umiarkowanym ogrzaniu a sproszkowany nawet w temperaturze pokojowej. Reaguje z kwasami, siarką, chlorem, fluorem. Wszystkie rozpuszczalne związki chemiczne uranu są trujące.

Najtrwalszym ze stopni utlenienia uranu jest VI. Tlenek uranu(VI) (UO
3) to proszek o barwie od żółtej do pomarańczowej. W temperaturze powyżej 500 °C przechodzi on w oliwkowozielony U
3O
8, który jest najtrwalszym z tlenków uranu i występuje w przyrodzie jako minerał uraninit. UO
3 jest tlenkiem amfoterycznym. W wyniku gotowania UO
3 z wodą powstaje wodorotlenek uranylu UO
2(OH)
2. Stabilne w roztworze wodnym jony uranu to czerwone U3+, zielone U4+ oraz żółte UO2+
2.

Zastosowania

Głównym zastosowaniem jest użycie izotopu 235
U jako materiału rozszczepialnego w bombach jądrowych oraz reaktorach jądrowych, które znalazły zastosowanie w elektrowniach jądrowych oraz w napędzie okrętów podwodnych. Zawartość izotopu 235
U w uranie naturalnym wynosi 0,7% i jest ona zbyt niska do wielu zastosowań. W związku z tym wymaga on przetworzenia zwiększającego zawartość tego izotopu w procesie zwanym wzbogacaniem. W efekcie uzyskuje się tzw. uran wzbogacony oraz odpad zwany uranem zubożonym. Do wzbogacania uranu używać można np. wirówek wzbogacających.

Teoretycznie jeden gram uranu (czyli kulka o średnicy ok. 0,5 cm) może dostarczyć ok. 20 miliardów dżuli (20×10⁹ J) energii, co odpowiada spaleniu ponad 1,5 t węgla^[11]. Uran jest zatem na razie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka^[12].

Inne zastosowania uranu:

• Uranu używano do barwienia szkła i ceramiki, obecnie ze względu na strach przed promieniowaniem, zaniechano tego zastosowania.
• 238
  U jest przetwarzany na pluton w reaktorach powielających^[13]: 238
  U (n, γ) → 239
  U → 239
  Np + β → 239
  Pu + β

• Metaliczny uran ze względu na dużą liczbę masową jest używany jako tarcza w generatorach promieniowania X o dużej energii.
• 238
  U jako izotop o bardzo długim okresie rozpadu (4,468×10⁹ lat) oraz produkty rozpadu służą do określania wieku skał.
• Uran (w praktyce uran zubożony) jako metal o bardzo dużej gęstości używany jest jako rdzeń przeciwczołgowych pocisków podkalibrowych.
• Stosowany jest też w fotografii oraz analizie chemicznej.

Historia

Uran w postaci naturalnego tlenku był używany od co najmniej 79 roku do barwienia na żółty kolor wyrobów szklanych. Żółte szkło z zawartością 1% tlenku uranu znaleziono niedaleko Neapolu we Włoszech.

 Osobny artykuł: Szkło uranowe.

Uznanie uranu za pierwiastek przypisuje się chemikowi Martinowi Heinrichowi Klaprothowi, który ogłosił to odkrycie w 1789 roku, nadając nowemu pierwiastkowi nazwę uranium, nawiązując do wcześniejszego o 8 lat odkrycia planety Uran przez astronoma niemieckiego pochodzenia Williama Herschela. Pierwiastek ten w formie czystej został wyodrębniony po raz pierwszy przez Eugène-Melchiora Péligota w 1841 roku.

Izotop 235
U oznaczano dawniej przez AcU i nazywano aktynouranem^[14].

Zobacz też

• minerały metamiktyczne
• minerały promieniotwórcze
• minerały uranylu