يورانيوم

	پروتكتينيوم → يورانيوم ← نبتونيوم
المظهر
	رمادي فلزي;
الخصائص العامة
الاسم، الرمز، الرقم	يورانيوم, U, 92
تصنيف العنصر	أكتينيدات
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	[[عنصر مجموعة \|]], 7, f
الوزن الذري القياسي	238.02891(3)
التوزيع الإلكتروني	Rn; 5f3 6d1 7s2; 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
الخصائص الطبيعية
الطور	صلب
الكثافة (بالقرب من د.ح.غ.)	19.1 g·cm−3
الكثافة السائلة عند ن.إ.	17.3 گ·سم−3
نقطة الانصهار	1405.3 ك, 1132.2 °C, 2070 °F
نقطة الغليان	4404 ك, 4131 °س, 7468 °ف
حرارة الانصهار	9.14
حرارة التبخر	417.1 ك‌ج·مول−1
السعة الحرارية المولية	27.665 ج·مول−1·ك−1
ضغط البخار
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة	6, 5, 4, 3; (أكاسيده قاعدية ضعيفة)
سالبية كهربية	1.38 (مقياس پولنگ)
طاقات التأين	الأولى: 597.6 ك‌ج·مول−1
	الثانية: 1420 ك‌ج·مول−1
نصف القطر الذري	156 پ‌م
نصف قطر تساهمي	196±7 pm
نصف قطر ڤان در ڤالز	186 pm
متفرقات
البنية البلورية	نظام بلوري معيني قائم
الترتيب المغناطيسي	مغناطيسية مسايرة
المقاومية الكهربائية	(0 °C) 0.280 ميكروΩ·m
ناقلية حرارية	27.5 W·m−1·K−1
التمدد الحراري	(25 °س) 13.9 µm·م−1·ك−1
سرعة الصوت (قضيب رفيع)	(20 °س) 3155 م·ث−1
معامل ينگ	208 گ‌پا
معامل القص	111 گ‌پا
معامل الحجم	100 گ‌پا
نسبة پواسون	0.23
رقم تسجيل كاس	7440-61-1
أكثر النظائر استقراراً
	الموضوعة الرئيسية: نظائر يورانيوم
	·

اليورانيوم (Uranium) هوأحد العناصر الكيميائية المشعة الموجودة في الجدول الدوري، ويرمز له بحرف U. عدده الذري هو92، ومن أبرز صفاته: ثقيل، أبيض فضي، سام، فلزي وبترة من معدن اليورانيوم الصافي تبدوقريبة من معدن الفضة أوالفولاذ ولكنها ثقيلة جداً بالنسبة نسبة إلى حجمها. حيث حتى 3,0 متر مكعب من اليورانيوم يزن أكثر من نصف طن! فهوأثقل معدن موجود في الطبيعة.

وهومن زمرة الأكتينيوم (أوالأكتينيدات). هذه الزمرة تضم العناصر الثقيلة من الجدول الدوري التي تقع بعد عنصر الأكتينيوم (عدده الذري 89) وقبل الرذرفورديوم (عدده الذري 104)، أي تتدرج أعدادها الذرية من 90 حتى 103، وهي: الثوريوم Th (عدده الذري 90)، البروتكتينيوم Pa، اليورانيوم، النبتونيوم Np، البلوتونيوم Pu، الأمريسيوم Am، الكوريوم Cm، البركيليوم Bk، كاليفورنيوم Cf، أينشتاينيوم Es، فرميوم Fm، مندليفيوم Md، نوبليوم No، لورنسيوم Lr (عدده الذري 103). وتتميز هذه العناصر جميعها بنشاط إشعاعي لعدم استقرار بنية نوى ذراتها. كما حتى العناصر الأخيرة منها لا توجد في الطبيعة، وإنما اصطنعت بنتيجة التفاعلات النووية [ما بعد اليورانيوم].

التاريخ

عصور ما قبل التاريخ التي تحدث فيها الانشطار بشكل طبيعي

ما قبل اكتشاف استخداماته

وجوده

تتوزَّع خامات اليورانيوم في أراتى مختلفة من العالم، وأغنى هذه الخامات توجد في كندا وفي جمهورية الكونغوالديمقراطية (زائير سابقاً) والولايات المتحدة الأمريكية. واكتشف في كولورادوبأمريكا عام 1955 خام غني باليورانيوم (يحوي نحو61% منه يورانيوم) يدعى كوفِّينيت coffinite، ثم اكتشف هذا الخام في ولايات أخرى وفي مناطق أخرى من العالم. وقد بلغ الإنتاج العالمي عام 1990 من اليورانيوم النقي نحو29100 طن (3417 طن منها في أمريكا، و8729 طن في كندا).

اكتشافه

Antoine Henri Becquerel discovered the phenomenon of radioactivity by exposing a photographic plate to uranium (1896).

في عام 1869 اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بكِريل Henri Becquerel في اليورانيوم ظاهرة النشاط الإشعاعي، هذه الخاصة التي لوحظت فيما بعد في كثير من العناصر الأخرى. وأشار مندليف[ر] في العام ذاته إلى حتى اليورانيوم هوأثقل العناصر جميعاً، وبقي اليورانيوم كذلك إلى حتى اكتُشِف أول عنصر بعد اليورانيوم عام 1940.

تقدر نسبة اليورانيوم في القشرة الأرضية بنحو2× 10-3% وهي تفوق وفرة جميع من الفضة والزئبق والكدميوم والبزموت. ولا يصادف حراً في الطبيعة. أبرز فلزاته الأورانيت أوالبتشبلند pitchblende U3O8(أوx2UO3.UO2)، واليورانينيت Uraninite وهومزيج معقد من أكسيدي اليورانيوم UO3 وUO2، والكارنوتيت، وهويحوي المركّب يورانوفانادات البوتاسيوم x2UO3.V2O5.K2O أوKUO2VO4، والأوتونيت autunite والتوربِرنيت torbernite. كما يوجد اليورانيوم في الفوسفات الطبيعية (الفسفوريت) بنسبة ضئيلة لا تتجاوز 0.01% وزناً. واليورانيوم الطبيعي مزيج من عدة نظائر مشعة هي اليورانيوم - 238 (99.285%) والنظير القابل للانشطار fission اليورانيوم -235 (0.71%) وآثار من اليورانيوم -234 (0.005%)؛ عمر نصف الأول 4.51× 910 سنة، وعمر نصف الثاني7.13 × 810 سنة، والثالث 2.48 × 510 سنة. ويحصل على نظائر أخرى لليورانيوم تصطنع اصطناعاً، وهي اليورانيوم -233، واليورانيوم -237، واليورانيوم -239.

له ثلاثة أشكال بلورية أحدها ـ ويسمى اليورانيوم (وهوموجود عند الدرجة 770 ْس) ـ قابل للطرق والسحب. كتلته الذرية النسبية 238.03، درجة انصهاره 1132.3 ْس، ودرجة غليانه 3818 ْ س، كتلته الحجمية 19.05غ/سم3.

استخلاصه

اولا يتم تكسير الخام إلى بتر صغيرة ثم يتم تجميعها عن طريقة الطفوباستخدام حمض الفوليك, ثم يتم تحميصها في الهواء حتي يتم تحوليها إلى الأكاسيد اللقاءة, بعد ذلك يتم تصفيتها في مزيج من حمض الكبريتيك وبرمنجانات البوتاسيم حتى نتأكد من أكسدة اليورانيوم الموجود بالخام يتم ترسيب اليورانيوم بأضافة هيدروكسيد الصوديم حتي يتحول الي الصيغه غير الذائبه (Na2U2O7) ويطلق عليها اسم الكعكة الصفراء yellow cake, بعد ذللك يتم اضافة حمض النيتريك حتى يتحول إلى نترات اليورانيم UO2(NO3)2 (H2O)nالذي يتم أمرار بخار الفلور عليه متحولا إلى بخار من فلوريد اليورانيم (UF4) ثم يتم استخلاص اليورانيوم النقي بواسطة الاختزال عن طريق عنصر الكالسيوم ويتم استخلاص نظائر اليورانيوم أيضا بطريقة مماثلة.

عملية تحضير اليورانيوم معقَّدة. ويحصل عليه بعد التنقية الميكانيكية لخاماته بمعالجة الخام ore بحمض الكبريت أوبحمض الآزوت أوبمحلول كربونات الصوديوم، ثم يفصَل إما بترسيبه: وذلك بجعل المحلول قلوياً (أي زيادة pH المحلول)، فيترسب ثنائي يورانات الأمونيوم (NH4)2UO4؛ وإما بشكل ماءات اليورانيل UO2(OH)2. وبعد تكليس الراسب يحصل على مزيج من أكاسيد اليورانيوم التي تحوَّل إلى مركبات مناسبة مثل UF4، أوU3O8، أوUO2 ليحصل منها على المعدن الحر. ولتنقية المركّب الناتج من الشوائب يحل مرّة أخرى في حمض الآزوت، ويفصل اليورانيوم باستخلاصه بمحل عضوي مناسب، ومن ثم يبلوَر بشكل نترات اليورانيل UO2(NO3)2 التي تحوَّل إلى الأكسيد UO2 بالتسخين، وأخيراً يحوَّل هذا الأكسيد إلى UF4 بمعالجته بفلوريد الهدروجين الجاف الساخن.

بحوث الانشطار

Enrico Fermi (bottom left) and the rest of the team that initiated the first artificial self-sustaining nuclear chain reaction (1942).

المفاعلات

Four light bulbs lit with electricity generated from the first artificial electricity-producing nuclear reactor, EBR-I (1951)

التلوث والحرب الباردة

U.S. and USSR/Russian nuclear weapons stockpiles, 1945–2005

التواجد

الحيوية واللاحيوية

Uraninite, also known as Pitchblende, is the most common ore mined to extract uranium.

الإنتاج والتعدين

Yellowcake is a concentrated mixture of uranium oxides that is further refined to extract pure uranium.

الموارد والاحتياطيات

Uranium output in 2005

الإمدادات

Monthly uranium spot price in US$ per pound. The 2007 price peak is clearly visible.

المركبات

التأكسد والأكاسيد

أكاسيد

Triuranium octaoxide (diagram pictured) and uranium dioxide are the two most common uranium oxides.

الكيمياء المائية

Uranium in its oxidation states III, IV, V, VI

The Pourbaix diagram for uranium in a non-complexing aqueous medium (e.g. perchloric acid / sodium hydroxide).

The Pourbaix diagram for uranium in carbonate solution

تأثير درجة الحموضة

A diagram showing the relative concentrations of the different chemical forms of uranium in a non-complexing aqueous medium (e.g. perchloric acid / sodium hydroxide).

A diagram showing the relative concentrations of the different chemical forms of uranium in an aqueous carbonate solution.

الهيدريد، الكربيدات ونيتريدات

هاليدات

Uranium hexafluoride is the feedstock used to separate uranium-235 from natural uranium.

الهجريزات الطبيعية

التخصيب

Cascades of gas centrifuges are used to enrich uranium ore to concentrate its fissionable isotopes.

اليورانيوم المخصَّب enriched uranium هواليورانيوم الذي يحوي يورانيوم -235 (نواته تحوي 92 بروتوناً و141 نتروناً) [النظائر] بنسبة أكبر من النسبة الموجود فيها في اليورانيوم الطبيعي [النظائر].

تعرض الإنسان لليورانيوم

آثار

Compilation of 2004 review on uranium toxicity
الجهاز الحيوي	دراسات بشرية	دراسات حيوانية	في المختبر
البولي	Elevated levels of protein excretion, urinary catalase and diuresis	Damage to proximal convoluted tubules, necrotic cells cast from tubular epithelium, glomerular changes (renal failure)	No studies
المخ/CNS	Decreased performance on neurocognitive tests	Acute cholinergic toxicity; Dose-dependent accumulation in cortex, midbrain, and vermis; Electrophysiological changes in hippocampus	No studies
الدنا	Increased reports of cancers	Increased urine mutagenicity and induction of tumors	Binucleated cells with micronuclei, Inhibition of cell cycle kinetics and proliferation; Sister chromatid induction, tumorigenic phenotype
العظام/العضلات	لا توجد دراسات	Inhibition of periodontal bone formation; and alveolar wound healing	No studies
التناسلي	Uranium miners have more first born female children	Moderate to severe focal tubular atrophy; vacuolization of Leydig cells	No studies
الرئتين/التنفسي	No adverse health effects reported	Severe nasal congestion and hemorrage, lung lesions and fibrosis, edema and swelling, lung cancer	No studies
الهضمي	Vomiting, diarrhea, albuminuria	n/a	n/a
الكبد	No effects seen at exposure dose	Fatty livers, focal necrosis	No studies
البشرة	No exposure assessment data available	Swollen vacuolated epidermal cells, damage to hair follicles and sebaceous glands	No studies
Tissues surrounding embedded DU fragments	Elevated uranium urine concentrations	Elevated uranium urine concentrations, perturbations in biochemical and neuropsychological testing	No studies
الجهاز المناعي	Chronic fatigue, rash, ear and eye infections, hair and weight loss, cough. May be due to combined chemical exposure rather than DU alone	لا توجد دراسات	لا توجد دراسات
العين	لا توجد دراسات	Conjunctivitis, irritation inflammation, edema, ulceration of conjunctival sacs	لا توجد دراسات
الدم	لا توجد دراسات	Decrease in RBC count and hemoglobin concentration	لا توجد دراسات
القلبي الوعائي	Myocarditis resulting from the uranium ingestion, which endedستة months after ingestion	لا توجد تأثيرات	لا توجد دراسات

خاماته

خام الكارنوتيت k2(UO3)(VO4)2.3H2O
خام اليورانيت UO2
خام البيتش بليند

أهم مركّباته

تميز اليورانيوم درجة الأكسدة +6. يوافقه الأكسيد UO3، ولونه برتنطقي، ولا يحصل عليه باحتراق اليورانيوم لأنه يتكون عندئذ الأكسيد المختلط (UO2.2UO3) U3O8 الأسود، وإنما يحصل عليه بتفكك نترات اليورانيل UO2(NO3)2 في جومن الأكسجين، وهوالأكسيد الأكثر ثباتاً في الهواء بين الأكاسيد الأخرى، وهوطبيعي ويستعمل مادةً أولية لتحضير معظم الأكاسيد الأخرى بالتكليس. ويتفكك بالتسخين في الهواء ابتداءً من الدرجة 900 ْس. ويعطي الأكسيد UO3 بغليانه مع الماء الهدروكسيد غير المنحل UO2(OH)2 (أوبكتابة أخرى H2UO4). وهولا ينحل بتفاعله مع الأسس لأن الأملاح المتشكلة وهي اليورانات A2UO4 أوثنائي اليورانات A2U2O7 أوكثيرة اليورانات A2O.XUO2 صعبة الانحلال. واليورانات (حتى يورانات المعادن القلوية) لا تذوب في الماء. وهوبالعكس ينحل جيداً في الحموض مكوناً أملاح اليورانيل UO22+ التي تتميز بلونها الأخضر المصفر وبتألقها. وتتبلور أملاح اليورانيل جيداً، كما أنها تنحل جيداً بالماء. وهي لا تتصف بخواص مؤكسدة، ويعدّ الملحان نترات اليورانيل UO2(NO3)2 وخلاَّت اليورانيل UO2(CH3COO)2 من أكثر هذه الأملاح شيوعاً. ويتميز ملح الخلات بأنه يعطي ـ في وسط من حمض الخل ـ راسباً بلورياً أصفر بوجود زيادة من أيونات الصوديوم في المحلول.

ينتج من تأثير غاز الفلور على اليورانيوم سداسي فلوريد اليورانيوم UF6. وهومادة بلورية لا لون لها تتصعد عند الدرجة 56.2 ْس تحت الضغط الجوي. ولهذا المركب أهمية خاصة إذ يستعمل للحصول على يورانيوم غني باليورانيوم -235 المستخدم وقوداً نووياً.

ويوافق اليورانيوم أيضاً الكلوريد UCl6 وأوكسي الهاليدين UO2F2 وUO2Cl2 ومركّبات ومعقدات كثيرة توافق الأيون UO22+ مثل خلات اليورانيل ومعقّداتها والكربونات UO2CO3 ومعقّداتها مثل K2[UO2(CO3)2] وK4[UO2(CO3)2]9.

يوافق اليورانيوم بدرجة الأكسدة (+4) الأكسيد (UO2 .2UO3)U3O8 ويحصل على الأكسيد UO2 النقي بإرجاع U3O8 بالهدروجين. وهوأثبت أكاسيد اليورانيوم، وله هيئة مسحوق أسود اللون، عديم الذوبان في الماء أوفي المحاليل القلوية، ويذوب بصعوبة في الحموض باستثناء HNO3 الذي يتفاعل معه مكوِّناً نترات اليورانيل UO2(NO3)2. ويتحول UO2 بالتسخين في الهواء إلى U3O8. ويحصل على باقي أملاح اليورانيوم الموافقة لدرجة الأكسدة +4 بإرجاع أملاح اليورانيل.

ولليورانيوم مركّبات كثيرة موافقة لدرجة الأكسدة (+3) إلا حتى هذه المركّبات غير ثابتة، ولها خواص مرجعة قوية.

الخصائص

أهم النظائر

(نظير ذري 235) وهوقابل للانشطار (fissile ) ويتواجد في خام اليورانيوم بنسبه صغيره 0.7 بالمائة ويستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل الذرية والهيدروجينية الاندماجية والانشطارية.

(نظير ذري 238) ويتواجد في الخام بنسبة كبيره 99.3 وهوغير قابل للانشطار (non fissile) وهومايتم تخصيبه للاستخدام في المفاعلات النووية ويستخدم في الدراسات والتشخيص ويستعمل أيضاً في تحسين الزراعة والعلاج الكيماوي ويستخدم في تتبع وصول الدواء لاماكنه داخل الجسم الحي.

(نظير ذري 234) ويتواجد كشوائب داخل الخام بالاضافة إلى (نظير ذري 233) ويستخدم في المفاعلات المولدة للوقود النووي breeder reactor.

فتره نصف العمر

عنصر اليورانيوم ذونشاط إشعاعي، إذ حتى ذراته تتفتت ببطء مطلقة طاقة في شكل إشعاع حيث تبلغ فترة نصف العمر له حوالي ( 7^10 * 4.9 )سنة بالنسبة إلى (نظير ذري 235)، وحوالي ( 8^10 * 7.04) سنة بالنسبة إلى (نظير ذري 238).

عملية الأنشطار النووي لليورانيوم

في حالة استخدام اليورانيوم في الأغراض السلمية يجب حتى لا تتعدى نسبة اليورانيوم المخصب عن أربعة بالمائة. وعامل التحفيز النيوتروني يجب حتىقد يكون أقل من الواحد أما في حالة أستخدامه في الحالات التفجيرية يجب حتى يصل نسبة اليورانيوم المخصب إلى 80 بالمائة وعامل التحفيز النيتروني يجب حتىقد يكون أكبر من الواحد، حيث إذا عامل التحفيز النيتروني هوعدد النيترونات المستخدمة في انشاء سلسلة التفاعلات chain reaction في المفاعل النووي.

استخداماته

الجيش

Depleted uranium is used by various militaries as high-density penetrators.

الحياة المدنية

The most visible civilian use of uranium is as the thermal power source used in nuclear power plants.

Uranium glass glowing under UV light

[[Image:Vacuum capacitor with uranium glass.jpg|thumb|Uranium glass used as lead-in seals in a vacuum capacitor|alt=A glass cylinder capped on both ends with metal electrodes. Inside the glass bulb there is a metal cylinder connected to the electrodes.] وظهرت أهمية اليورانيوم في الاستعمالات السلمية بكل وضوح عندما صُنعت غواصة أمريكية تعمل على الطاقة النووية عام 1954. ومنذ ذلك الحين بدأ بناء المفاعلات النووية للاستخدامات السلمية في جميع أنحاء العالم؛ إذ إذا الغرام الواحد من اليورانيوم يعطي بانشطاره ما يعادل الطاقةَ التي يعطيها ثلاثة ملايين غرام من الفحم. بيد حتى مشكلات اليورانيوم التي منها: ندرته وتحقيق شروط الأمان وتخزين اليورانيوم المشع والتخلص من النفايات النووية المشعة؛ هذه العوامل جميعها حدّت من استعمال هذا المخزن الطاقي الهائل.

انظر أيضاً

مفاعل نووي
انشطار نووي
قنابل المواد المخصبة
قنبلة ذرية
تخصيب اليورانيوم
الهندسة النووية
دورة الوقود النووي
Thorium fuel cycle
Nuclear physics
K-65 residues
List of uranium mines
Lists of nuclear disasters and radioactive incidents
Uranate, an anion of uranium
Uranium bubble of 2007
Uranium leak
سوق اليورانيوم
تعدين اليورانيوم
احتياطيات اليورانيوم
uranium-thorium dating
uranium-lead dating
uranium-uranium dating

ملاحظات

^ The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements: Third Edition by L.R. Morss, N.M. Edelstein, J. Fuger, eds. (Netherlands: Springer, 2006.)
^ (1981), pages 835ff
^ "NUEXCO Exchange Value (Monthly Uranium Spot)".
^ Ignasi Puigdomenech, Hydra/Medusa Chemical Equilibrium Database and Plotting Software (2004) KTH Royal Institute of Technology, freely downloadable software at [1]
^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة Craft04
^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة ajph.org
^ "Lung Cancer in a Nonsmoking Underground Uranium Miner". Ehponline.org. Retrieved 2010-05-24.
^ "Uranium mining and lung cancer in Navajo men". Content.nejm.org. 1984-06-07. Retrieved 2010-05-24.
^ Navajo Uranium Workers and the Effects of Occupational Illnesses: A Case Study
^ "Uranium Mining and Lung Cancer Among Navajo Men in New Mexico and Arizona, 1969 to 1993". Joem.org. Retrieved 2010-05-24.
^ L S Gottlieb and L A Husen (1982-04-01). "Lung cancer among Navajo uranium miners". Chestjournal.org. Retrieved 2010-05-24.

المصادر

Full reference information for multi-page works cited

Emsley, John (2001). "Uranium". . Oxford: Oxford University Press. pp. 476–482. ISBN .
Seaborg, Glenn T. (1968). "Uranium". The Encyclopedia of the Chemical Elements. Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation. pp. 773–786. LCCCN 68-29938.

غدير زيزفون. "يورانيوم". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

مواقع المفاعلات النووية حول العالم. (إنجليزي)
اليورانيوم من الموسوعة العربية العالمية.

U.S. EPA: Radiation Information for Uranium
"What is Uranium?" from World Nuclear Association
Nuclear fuel data and analysis from the U.S. Energy Information Administration
Current market price of uranium
World Uranium deposit maps
Annotated bibliography for uranium from the Alsos Digital Library
NLM Hazardous Substances Databank—Uranium, Radioactive
'Pac-Man' molecule chews up uranium contamination - earth - 17 January 2008 - New Scientist Environment
Mining Uranium at Namibia's Langer Heinrich Mine
Uranium futures market
World Nuclear News[2]