Het artikel vertelt wanneer een dergelijk chemisch element als uranium werd ontdekt en in welke industrieën deze stof in onze tijd wordt gebruikt.
Uranium is een chemisch element in de energie- en militaire industrie
Te allen tijde hebben mensen geprobeerd zeer efficiënte energiebronnen te vinden, en idealiter - om een zogenaamde perpetuum mobile te creëren. Helaas werd de onmogelijkheid van het bestaan ervan in de 19e eeuw theoretisch bewezen en onderbouwd, maar wetenschappers hebben nog steeds nooit de hoop verloren de droom te realiseren van een soort apparaat dat in staat zou zijn om een grote hoeveelheid "schone" energie te produceren voor een zeer lange tijd.
Voor een deel is dit gerealiseerd met de ontdekking van een stof als uranium. Een scheikundig element met deze naam vormde de basis voor de ontwikkeling van kernreactoren, die in onze tijd energie leveren aan hele steden, onderzeeërs, poolschepen, enzovoort. Het is waar dat hun energie niet "schoon" kan worden genoemd, maar de afgelopen jaren hebben veel bedrijven compacte op tritium gebaseerde "atoombatterijen" ontwikkeld voor brede verkoop - ze hebben geen bewegende delen en zijn veilig voor de gezondheid.
In dit artikel zullen we echter in detail de geschiedenis van de ontdekking van een chemisch element analyserengenaamd uranium en de reactie van splijting van zijn kernen.
Definitie
Uranium is een scheikundig element met atoomnummer 92 in het periodiek systeem van Mendelejev. De atoommassa is 238.029. Het wordt aangeduid met het symbool U. Onder normale omstandigheden is het een dicht, zwaar zilverachtig metaal. Als we het hebben over zijn radioactiviteit, dan is uranium zelf een element met een zwakke radioactiviteit. Het bevat ook geen volledig stabiele isotopen. En de meest stabiele van de bestaande isotopen is uranium-338.
We hebben ontdekt wat dit element is, en laten we nu eens kijken naar de geschiedenis van zijn ontdekking.
Geschiedenis
Een stof als natuurlijk uraniumoxide is al sinds de oudheid bekend bij mensen, en oude ambachtslieden gebruikten het om glazuur te maken, dat werd gebruikt om verschillende soorten keramiek te bedekken voor de waterbestendigheid van vaten en andere producten, evenals hun decoraties.
Het jaar 1789 was een belangrijke datum in de geschiedenis van de ontdekking van dit chemische element. Het was toen dat de chemicus en de in Duitsland geboren Martin Klaproth in staat was om het eerste metallische uranium te verkrijgen. En het nieuwe element kreeg zijn naam ter ere van de planeet die acht jaar eerder werd ontdekt.
Gedurende bijna 50 jaar werd het toen verkregen uranium als een puur metaal beschouwd, maar in 1840 kon een chemicus uit Frankrijk, Eugene-Melchior Peligot, bewijzen dat het materiaal dat door Klaproth was verkregen, ondanks geschikte uiterlijke kenmerken, was helemaal geen metaal, maar uraniumoxide. Even later ontving dezelfde Peligoecht uranium is een zeer zwaar grijs metaal. Het was toen dat het atoomgewicht van een stof als uranium voor het eerst werd bepaald. Het scheikundige element werd in 1874 door Dmitri Mendelejev in zijn beroemde periodiek systeem der elementen geplaatst en Mendelejev verdubbelde het atoomgewicht van de stof tweemaal. En pas 12 jaar later werd experimenteel bewezen dat de grote chemicus zich niet vergiste in zijn berekeningen.
Radioactiviteit
Maar de echt wijdverbreide interesse in dit element in de wetenschappelijke gemeenschap begon in 1896, toen Becquerel ontdekte dat uranium stralen uitstra alt die naar de onderzoeker zijn genoemd - Becquerel-stralen. Later noemde een van de beroemdste wetenschappers op dit gebied, Marie Curie, dit fenomeen radioactiviteit.
De volgende belangrijke datum in de studie van uranium wordt beschouwd als 1899: het was toen dat Rutherford ontdekte dat de straling van uranium inhomogeen is en is verdeeld in twee soorten - alfa- en bètastraling. En een jaar later ontdekte Paul Villar (Villard) de derde, de laatste soort radioactieve straling die we tegenwoordig kennen - de zogenaamde gammastraling.
Zeven jaar later, in 1906, voerde Rutherford, op basis van zijn theorie van radioactiviteit, de eerste experimenten uit, die tot doel hadden de ouderdom van verschillende mineralen te bepalen. Deze studies hebben onder meer de basis gelegd voor de vorming van de theorie en praktijk van radiokoolstofanalyse.
Splijting van uraniumkernen
Maar misschien wel de belangrijkste ontdekking, waardoor dewijdverbreide winning en verrijking van uranium voor zowel vreedzame als militaire doeleinden is het proces van splijting van uraniumkernen. Het gebeurde in 1938, de ontdekking werd gedaan door de Duitse natuurkundigen Otto Hahn en Fritz Strassmann. Later kreeg deze theorie wetenschappelijke bevestiging in het werk van verschillende andere Duitse natuurkundigen.
De essentie van het mechanisme dat ze ontdekten was als volgt: als je de kern van de uranium-235 isotoop bestra alt met een neutron, dan begint het zich te delen door een vrij neutron te vangen. En, zoals we nu allemaal weten, gaat dit proces gepaard met het vrijkomen van een enorme hoeveelheid energie. Dit gebeurt voornamelijk door de kinetische energie van de straling zelf en de fragmenten van de kern. Dus nu weten we hoe uraniumsplijting plaatsvindt.
De ontdekking van dit mechanisme en de resultaten ervan is het startpunt voor het gebruik van uranium voor zowel vreedzame als militaire doeleinden.
Als we het hebben over het gebruik ervan voor militaire doeleinden, dan is voor het eerst de theorie dat het mogelijk is om voorwaarden te scheppen voor een proces als een continue splijtingsreactie van de uraniumkern (omdat er enorme energie nodig is om te ontploffen) een atoombom) werd bewezen door de Sovjet-fysici Zeldovich en Khariton. Maar om zo'n reactie te creëren, moet uranium worden verrijkt, omdat het in zijn normale toestand niet de nodige eigenschappen heeft.
We hebben kennis gemaakt met de geschiedenis van dit element, nu gaan we uitzoeken waar het wordt gebruikt.
Gebruik en typen van uraniumisotoop
Na de ontdekking van een proces als de uraniumkettingsplijtingsreactie, stonden natuurkundigen voor de vraag waar ze het moesten gebruiken?
Momenteel zijn er twee hoofdgebieden waar uraniumisotopen worden gebruikt. Dit is een vreedzame (of energie) industrie en leger. Zowel de eerste als de tweede gebruiken de kernsplijtingsreactie van de uranium-235 isotoop, alleen het uitgangsvermogen verschilt. Simpel gezegd, in een kernreactor is het niet nodig om dit proces te creëren en te onderhouden met dezelfde kracht die nodig is om de explosie van een atoombom uit te voeren.
Dus, de belangrijkste industrieën waarin de uraniumsplijtingsreactie wordt gebruikt, werden vermeld.
Maar het verkrijgen van de uranium-235-isotoop is een uiterst complexe en kostbare technologische taak, en niet elke staat kan het zich veroorloven om verrijkingsinstallaties te bouwen. Om bijvoorbeeld twintig ton uraniumbrandstof te verkrijgen, waarin het geh alte van de uranium-235-isotoop 3-5% zal zijn, zal het nodig zijn om meer dan 153 ton natuurlijk, "ruw" uranium te verrijken.
De uranium-238-isotoop wordt voornamelijk gebruikt bij het ontwerpen van kernwapens om hun kracht te vergroten. Wanneer het een neutron vangt, gevolgd door een bètavervalproces, kan deze isotoop uiteindelijk veranderen in plutonium-239 - een gebruikelijke brandstof voor de meeste moderne kernreactoren.
Ondanks alle tekortkomingen van dergelijke reactoren (hoge kosten, ingewikkeld onderhoud, gevaar voor ongevallen), loont hun werking zeer snel en produceren ze onvergelijkbaar meer energie dan klassieke thermische of waterkrachtcentrales.
De reactie van de splijting van de uraniumkern maakte het ook mogelijk om kernwapens voor massavernietiging te creëren. Het onderscheidt zich door zijn enorme kracht, relatiefcompactheid en het feit dat het in staat is grote stukken land ongeschikt te maken voor menselijke bewoning. Toegegeven, moderne atoomwapens gebruiken plutonium, geen uranium.
Verarmd uranium
Er is ook zo'n verscheidenheid aan uranium als verarmd. Het heeft een zeer lage radioactiviteit, wat betekent dat het niet gevaarlijk is voor de mens. Het wordt opnieuw gebruikt in de militaire sfeer, het wordt bijvoorbeeld toegevoegd aan het pantser van de Amerikaanse Abrams-tank om het extra sterkte te geven. Daarnaast vind je in bijna alle hightech legers verschillende granaten met verarmd uranium. Naast hun hoge massa hebben ze nog een zeer interessante eigenschap: na de vernietiging van het projectiel ontbranden de fragmenten en metaalstof spontaan. En trouwens, voor het eerst werd zo'n projectiel gebruikt tijdens de Tweede Wereldoorlog. Zoals we kunnen zien, is uranium een element dat op verschillende gebieden van menselijke activiteit is gebruikt.
Conclusie
Volgens de voorspellingen van wetenschappers zullen rond 2030 alle grote uraniumvoorraden volledig zijn uitgeput, waarna de ontwikkeling van de moeilijk bereikbare lagen zal beginnen en de prijs zal stijgen. Trouwens, uraniumerts zelf is absoluut ongevaarlijk voor mensen - sommige mijnwerkers werken al generaties lang aan de winning ervan. Nu hebben we de geschiedenis van de ontdekking van dit chemische element ontdekt en hoe de splijtingsreactie van zijn kernen wordt gebruikt.
Trouwens, er is een interessant feit bekend: uraniumverbindingen worden al lang gebruikt als verf voor porselein englas (zogenaamd uraniumglas) tot de jaren 1950.
