Urani

Urani, 92U
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Urani, U
Phiên âm	/jʊˈreɪniəm/ ew-RAY-nee-əm
Hình dạng	Kim loại màu xám bạc, ăn mòn trong không khí tạo lớp vỏ oxit màu đen.
Urani trong bảng tuần hoàn
Nd ↑ U ↓ (Uqq) Protactini ← Urani → Np
Số nguyên tử (Z)	92
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)	238.02891(3)
Phân loại	họ actini
Nhóm, phân lớp	n/a, f
Chu kỳ	Chu kỳ 7
Cấu hình electron	[Rn] 5f3 6d1 7s2
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất	Rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1405.3 K ​(1132.2 °C, ​2070 °F)
Nhiệt độ sôi	4404 K ​(4131 °C, ​7468 °F)
Mật độ	19.1 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 17.3 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	9.14 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	417.1 kJ·mol−1
Nhiệt dung	27.665 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	6, 5, 4, 3,[1] 2, 1 ​(ôxit cơ bản yếu)
Độ âm điện	1.38 (Thang Pauling)
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 156 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	196±7 pm
Bán kính van der Waals	186 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Trực thoi
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 3155 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	13.9 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	27.5 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 0 °C: 0.280 µΩ·m
Tính chất từ	Thuận từ
Mô đun Young	208 GPa
Mô đun cắt	111 GPa
Mô đun khối	100 GPa
Hệ số Poisson	0.23
Số đăng ký CAS	7440-61-1
Lịch sử
Đặt tên	Theo tên Sao Thiên Vương
Phát hiện	Martin Heinrich Klaproth (1789)
Tách ra lần đầu	Eugène-Melchior Péligot (1841)
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Urani
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 232U Tổng hợp 68,9 năm α 5.414 228Th SF – (nhiều) 233U Vết 1.592×105 năm α 4.909 229Th SF 197.93[2] (nhiều) 234U 0.005% 2.455×105 năm α 4.859 230Th SF 197.78 (nhiều) 235U 0.720% 7.04×108 năm α 4.679 231Th SF 202.48 (nhiều) 236U Vết 2.342×107 năm α 4.572 232Th SF 201.82 (nhiều) 238U 99,2742% 4,468×109 năm α 4,270 234Th SF 205.87 (nhiều) β−β− – 238Pu 240U Vết 14,1 giờ β- – 240Np α – 236Th

Urani hay uranium là một nguyên tố hóa học kim loại màu trắng thuộc nhóm Actini, có số nguyên tử là 92 trong bảng tuần hoàn, được ký hiệu là U. Trong một thời gian dài, urani là nguyên tố cuối cùng của bảng tuần hoàn. Các đồng vị phóng xạ của urani có số neutron từ 144 đến 146 nhưng phổ biến nhất là các đồng vị urani-238, urani-235 và urani-234. Tất cả đồng vị của urani đều không bền và có tính phóng xạ yếu. Urani có khối lượng nguyên tử nặng thứ 2 trong các nguyên tố tự nhiên, xếp sau plutoni-244.^[3] Mật độ của urani lớn hơn mật độ của chì khoảng 70%, nhưng không đặc bằng vàng hay wolfram. Urani có mặt trong tự nhiên với nồng độ thấp khoảng vài ppm trong đất, đá và nước, và được sản xuất thương mại từ các khoáng sản chứa urani như uraninit.

Trong tự nhiên, urani được tìm thấy ở dạng urani-238 (99,284%), urani-235 (0,711%),^[4] và một lượng rất nhỏ urani-234 (0,0058%). Urani phân rã rất chậm phát ra hạt alpha. Chu kỳ bán rã của urani-238 là khoảng 4,47 tỷ năm và của urani-235 là 704 triệu năm,^[5] do đó nó được sử dụng để xác định tuổi của Trái Đất.

Hiện tại, các ứng dụng của urani chỉ dựa trên các tính chất hạt nhân của nó. Urani-235 là đồng vị duy nhất có khả năng phân hạch một cách tự nhiên. Urani-238 có thể phân hạch bằng neutron nhanh, và là vật liệu làm giàu, có nghĩa là nó có thể được chuyển đổi thành plutoni-239, một sản phẩm có thể phân hạch được trong lò phản ứng hạt nhân. Đồng vị có thể phân hạch khác là urani-233 có thể được tạo ra từ thori tự nhiên và cũng là vật liệu quan trọng trong công nghệ hạt nhân. Trong khi urani-238 có khả năng phân hạch tự phát thấp hoặc thậm chí bao gồm cả sự phân hạch bởi neutron nhanh, thì urani-235 và đồng vị urani-233 có tiết diện hiệu dụng phân hạch cao hơn nhiều so với các neutron chậm. Khi nồng độ đủ, các đồng vị này duy trì một chuỗi phản ứng hạt nhân ổn định. Quá trình này tạo ra nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân và tạo ra vật liệu phân hạch dùng làm các vũ khí hạt nhân. Urani nghèo (U-238) được dùng trong các đầu đạn đâm xuyên và vỏ xe bọc thép.^[6] Trong lĩnh vực dân dụng, urani chủ yếu được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân. Ngoài ra, urani còn được dùng làm chất nhuộm màu có sắc đỏ-cam đến vàng chanh cho thủy tinh urani. Nó cũng được dùng làm thuốc nhuộm màu và sắc bóng trong phim ảnh.

Martin Heinrich Klaproth được công nhận là người đã phát hiện ra urani trong khoáng vật pitchblend năm 1789. Ông đã đặt tên nguyên tố mới theo tên hành tinh Uranus (Sao Thiên Vương). Trong khi đó, Eugène-Melchior Péligot là người đầu tiên tách kim loại này và các tính chất phóng xạ của nó đã được Henri Becquerel phát hiện năm 1896. Nghiên cứu của Enrico Fermi và các tác giả khác bắt đầu thực hiện năm 1934 đã đưa urani vào ứng dụng trong công nghiệp năng lượng hạt nhân và trong quả bom nguyên tử mang tên Little Boy, quả bom này là vũ khí hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong chiến tranh. Từ cuộc chạy đua vũ trang trong thời chiến tranh lạnh giữa Hoa Kỳ và Liên Xô đã cho ra hàng chục ngàn vũ khí hạt nhân sử dụng urani được làm giàu và plutoni có nguồn gốc từ urani. Việc an toàn của các vũ khí này và các vật liệu phân hạch của chúng sau sự tan rã của Liên Xô năm 1991 là một mối quan tâm đối với sức khỏe và an toàn của cộng đồng.^[7]

1. ^ Morss, L.R.; Edelstein, N.M. and Fuger, J. biên tập (2006). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (ấn bản thứ 3). Netherlands: Springer. ISBN 9048131464.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách biên tập viên (liên kết)
2. ^ Magurno, B.A.; Pearlstein, S biên tập (1981). Proceedings of the conference on nuclear data evaluation methods and procedures. BNL-NCS 51363, vol. II (PDF). Upton, NY (USA): Brookhaven National Lab. tr. 835 ff. Truy cập ngày 6 tháng 8 năm 2014.
3. ^ Hoffman, D. C.; Lawrence, F. O.; Mewherter, J. L.; Rourke, F. M. (1971). “Detection of Plutonium-244 in Nature”. Nature. 234: 132–134. doi:10.1038/234132a0.
4. ^ D.E. McClain, A.C. Miller, & J.F. Kalinich. “Status of Health Concerns about Military Use of Depleted Uranium and Surrogate Metals in Armor-Penetrating Munitions” (PDF). Lưu trữ (PDF) bản gốc ngày 24 tháng 1 năm 2012. Truy cập ngày 31 tháng 7 năm 2014.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
5. ^ “WWW Table of Radioactive Isotopes”. Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 4 năm 2007. Truy cập ngày 7 tháng 10 năm 2010.
6. ^ Emsley 2001, tr. 479.
7. ^ International, Sputnik (18 tháng 2 năm 2010). “U.S. to pump money into nuke stockpile, increase security”. Sputnik International (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 11 tháng 8 năm 2024.