Уран

Уран нь цайвар саарал өнгөтэй, хялбар боловсруулагддаг, харьцангуй зөөлөн, агаарт ислээр бүрхэгдэн харалдаг металл.

Шинж чанар
[Rn] 5f3 6d1 7s2 92U Үелэх систем
Ерөнхий
Нэр, тэмдэг, атомын дугаар	Уран, U, 92
Цуваа	Актиноид
Бүлэг, үе, блок	Ac, 7, f
Гадаад байдал	мөнгөлөг цагаан
CAS дугаар	7440-61-1
Дэлхийн гадаргад эзлэх хэмжээ	3,2 ppm
Атомын шинж чанар
Атом масс	238,02891(3) u
Атомын радиус	138,5 (α-Уран) пм
Ковалент радиус	142 пм
Электрон бүтэц	[Rn] 5f3 6d1 7s2
1. Ионжилтын энерги	597,6 кЖ/моль
2. Ионжилтын энерги	1420 кЖ/моль
Физикийн шинж чанар
Бодисын төлөв	хатуу
Талстын полиморфизм	3
Талст бүтэц	орторомбо
Нягт	19,16 г/см3
Моосын хатуулаг	2,5–3
Соронзон чанар	Парасоронзон (Χm = 4,1 · 10−4)
Хайлах цэг	1406 K (1133 °C)
Буцлах цэг	4203 K (3930 °C)
Молийн эзлэхүүн	12,49 · 10−6 м3/моль
Ууршилтын дулаан	417,1 кЖ/моль
Хайлах дулаан	15,5 кЖ/моль
Дууны хурд	~3400 тууш., ~2000 (хөнд.) м/сек 293 K-д
Хувийн дулаан шингээлт	116 Ж/(кг · К) 298 K-д
Цахилгаан дамжуулалт	3,24 · 106 A/(В · м) 293 K-д
Дулаан дамжуулалт	27,6 Вт/(м · К) 300 K-д
Химийн шинж чанар
Исэлдэлтийн төлөв байдал	+3, +4, +5, +6
Хэвийн потенциал	−1,660 В (U3+ + 3 e− → U)
Цахилгаан сөрөг чанар	1,38 (Паулын скала)
Изотопууд
Изотоп ИХ t1/2 ЗТ ЗЭ (МэВ) ЗБ 232U {син.} 68,9 a α (100 %) 5,414 228Th 24Ne (9,0 · 10−11 %) 208Pb 233U {син.} 1,592 · 105 a α (100 %) 4,824 229Th өз (6,0 · 10−11 %) 24Ne (9,5 · 10−11 %) 209Pb 234U 0,0055 % 2,455 · 105 a α (100 %) 4,774 230Th 235U 0,72 % 7,038 · 108 a α (100 %) 4,398 231Th ИШ (7,0 · 10−9 %) 20Ne (8,0 · 10−10 %) 215Pb 235мU {син.} 26 мин ИШ (100 %) < 1 235U 236U үлдэгдэлд 23,42 · 106 a α (100 %) 4,494 232Th өз (9,6 · 10−8 %) 236мU {син.} 121 нсек өз (0,013 %) < 1 236мU {син.} 115 нсек ИШ (87 %) 2,750 236U өз (13 %) α (< 10 %) 7,322 232Th 237U {син.} 6,75 d β− (100 %) 0,519 237Np 238U 99,27 % 4,468 · 109 a α (100 %) 4,270 234Th өз (5,45 · 10−5 %) β−β− (2,2 · 10−10 %) 238Pu 239U {син.} 23,45 мин β− (100 %) 239Np
Өөр бусад изотопуудыг үзэх: Изотопуудын жагсаалт
Аюулгүй байдлын заавар
GHS-Аюулын тэмдэг:  Химийн бодисыг зэрэглэx, ангилах, баглах европын холбооны журам, өргөтгөсөн байх боломжтой Аюултай АТ-фразын жагсаалт H: 330​‐​300​‐​373​‐​413 P: ?
Цацраг идэвхт задрал
Цацраг идэвхт элемент Цацраг идэвхт элемент
Боломжит ба хэрэглэх байдлыг харгалзан аль болох СИ-системийн нэгжүүдийг хэрэглэсэн болно. Хэрэв ямар нэгэн тайлбар байхгүй бол дээр өгөгдсөн утгууд хэвийн нөхцлийн утгууд болно.

1789 онд өнөөгийн Чех улсын нутагт орших Йоахимс хэмээх мөнгөний уурхайд германы химич Мартин Хайнриx Клапрот (М.Г.Клапротом) нь ураныг анх нээсэн байна. 1896 онд Францын хими-физикч Мари Кюри (А.Беккерель 1896 он) нь ураны цацраг идэвхт шинж чанартай болохыг анх илрүүлсэн ажээ.

Шинж чанар

Ураны чулуулаг царцдас дахь кларк агуулга  нь 2.5*10^-4 %, атомын дугаар нь 92, атомын масс 238.029,  хувийн жин нь 18.7-19.5 кг/м³. Сул соронзон чанартай (хувийн соронзон мэдрэмж 1.72*10^-6), хайлах температур нь цельсийн 1135°. Нунтаг байхдаа өөрөө асах, исэлдэх чанартай, нунтаг болон уусмалд цацраг идэвхит чанартай, уусмал нь хортой.

Плутони, уран зэрэг том цөмүүдтэй атомууд тодорхой нөхцөлд нейтроноор бөмбөгдөх үед задардаг. Энэ үйл явцыг цөмийн хуваагдал гэж нэрлэдэг ба эрчим хүчний болон шинэ изотопуудын эх булаг нь болдог. Эгэл хэсгүүд болон эрчим хүчнээс тогтдог радио идэвхит a, b, g цацрагжилт цөмийн хуваагдлын үед үйлдвэрлэгдэн гардаг.

Альфа (a) цацрагжил гелийн цөмүүд доторх хоёр протон, хоёр нейтроны цуглуулгаас тогтдог. Тэрээр хүний эрүүл мэндэд онц хортой, гэхдээ түүнийг хуудас цаасаар ч зогсоож болдог. Бета (b) цацрагжил гэдэг нь өндөр хурдтай нисэгч электрон, позитронуудын урсгал. Хамгийн их давтамжтай нь Гамма (g) – цацрагжил, тэрээр цахилгаан соронзон долгионуудаас хамгийн эрчимтэй нь юм. Гамма цацрагжлаас хамгаалахын тулд маш зузаан бетон болон хар тугалган хана шаардлагатай.

Цөмийн хуваагдлын үед гамма цацрагжлын хортой хэмжээ ялгардаг. Түүний зэрэгцээ цөмийн хуваагдлын бүтээгдүүн нь радио идэвхит изотопууд. Эдгээр изотопуудын зарим нь үргэлжлэн задарч, анхны цөмийн хуваагдлаас хойш хэдэн зууны туршид ч цацрагжил үүсгэдэг. Уран-235 болон плутоний-239–ийн изотопуудыг атомын реакторуудад эрчим хүч үүсгэх хуваагдах материал болгож, мөн цөмийн зэвсгийн үйлдвэрлэлд ашигладаг. Байгальд ураны атомын хэд хэдэн изотопууд оршин тогтох төдийгүй гол төлөв уран-238, уран-235, болон маш бага хэмжээгээр уран-234 изотоп байна. (изотопууд нь элементийн цөм дахь протоны тоон нь ижил боловч нейтроны тоогоор ялгаатай). Байгалийн ураны ердийн чулуулагт, хамгийн их хувийг (ураны нийт массын 99.27%) бүрдүүлэн тогтох изотоп нь уран-238 юм. Уран-235 изотоп нь нийт массын ойролцоогоор 0.72%-ийг бүрдүүлдэг ба маш бага хувийг (нийт массын 0.0055%) уран-234 изотоп эзэлдэг.

Уран байгаль дээр ус, агаар, хөрсөнд хаа саагүй маш өргөн тархсан литоôиль элемент. Уран нь химийн хувьд маш идэвхитэй. Агаарт хурдан исэлдэж UO₂ , U₃O₈, UO₃ зэрэг хэд хэдэн исэл үүсгэнэ. Уран цельсийн 102 хэмд усанд задарч, бүх металл бус элементүүдтэй амархан урвалд ордог ба хэд хэдэн металлтай хатуу нэгдлүүд үүсгэнэ.  Торигоос гадна, үндсэндээ ураны дараахи элементүүд болох ба хиймэл аргаар гаргаж авсан актиноидын бүлэг элементүүд  (плутони, амерци, кюри)-тэй хамт Менделлевын Үелэх системийн III бүлэгт хамаарна. Гэвч уран нь химийн шинж чанараараа IV бүлгийн элементүүд (Mo, W, Cr)-тэй нилээд нийтлэг төрхтэй.

Уран нь олон валенттэй, дөрвөн валенттай уран амфотер шинжтэй Ca, Ti, Th болон газрын ховор элементүүдтэй изоморфизм үүсгэх хандлагатай. Дөрвөн валенттай ураны ихэнх нэгдлүүд усанд уусдаггүй. Тэгвэл зургаан валенттай уран нь саармаг болон хүчиллэг уусмалд нийлмэл уранил ион  (UO₂)⁺² үүсгэдэг ба уранилын ихэнх давсууд болох сульфатууд, нитратууд, карбонатууд усанд сайн уусна. Дөрөв болон зургаан валенттай ураны усанд харилцан адилгүй уусах чанар нь түүний хөдөлгөөнт байдлыг тодорхойлж, байгаль дахь хуримтлалын гол хүчин зүйл болдог. Зургаан валенттай ураны фторт нэгдлүүд (гексафторид) цельсийн 56 хэмд нэрэгдэх ба түүнийг байгалийн ураныг ²³⁵U изотопоор баяжуулахад хэрэглэдэг байна.

Байгалийн уран нь түүний гурван изотопын холимогоос бүрэлдэнэ: ²³⁸U (99.2739 %), ²³⁵U (0.7024 %), ²³⁴U (0.0057 %). Эдгээр изотопын хагас задралын үе нь тус бүр  4.51∙10⁹, 7.13∙10⁸ ба 2.48∙10⁵ жил байна.

Ураны ²³⁸U болон ²³⁵U изотопуудын цацраг идэвхит задралын үр дүнд уран-радийн ба актини-ураны гэсэн цацраг идэвхит 2 эгнээ үүсдэг. Задралын эцсийн бүтээгдэхүүн нь ²⁰⁶Рb, ²⁰⁷Рb болон гелийн тогтвортой изотопууд. Задралын завсарын бүтээгдэхүүнүүдээс практик ач холбогдолтой нь  ради (²²⁶Ra) болон радон (²²²Rn) юм.

Хагас задралын арван үетэй тэнцэх хугацаа өнгөрсний дараа ураны цацраг идэвхижлийн эгнээнд нэгж хугацаанд задарч буй элементүүдийн атомын тоо  ижил болдог цацраг идэвхижлийн тэнцвэрийн тогтвортой байдал бий болно.

Ураны геохими. Дэлхийн царцдас дахь ураны дэвсгэр агуулга 0.0004 % байгаа нь мөнгөн ус, сурьма, висмут, мөнгө, алт, гянт болдынхоос  хавьгүй их юм. Оросын судлаач А.А.Смысловын тооцоолсноор ураны агуулга (nx10ˉ⁴%):  чулуун мандлын тунамал чулуулагт дунджаар 2.8, боржин-метаморô (ногоон занар, эпидот-амôиболитын ôаци) чулуулагт 4.2, диорит-трахиандезитын чулуулагт 2.0, хүрмэн чулуулагт 2.1, дээд мантид 0.014 байдаг байна.  Тунамал чулуулагт уран хаа саагүй тархдаг ба  харьцангуй өндөр агуулгатайгаар хамгийн их талбайн тархалттайд ôосôорит, хар занарын сав газрууд ордог байна. Маагмын чулуулагт уран хэдэн хувь хүртэл хэмжээгээр агуулагдаж байдаг онцогтой. Тэдгээрээс хамгийн их уран агуулж байдаг нь хүчиллэг маагмын чулуулаг юм. 

Далайн  усанд  ураны  дэвсгэр агуулга 3х10 ˉ⁶  г/л,  гол мөрний усанд (0,01-30)х10 ˉ⁶  г/л байдаг байна. Ураныг усанд хуримтлагдахад шийдвэрлэх хүчин зүйл нь цаг агаарын нөлөөлөл байдаг ажээ. Хуурай цаг агаартай орчинд ураны усанд дахь агуулга 10 ˉ⁶  г/л-аас бага, чийглэг цаг ууртай орчны усан дахь ураны агуулга 10-30х10 ˉ⁶  г/л хүрдэг байна. Усан дахь ураны агуулга нь усаар угаагдаж байгаа чулуулаг дахь ураны найрлага болон орчны  нөхцлөөс (усанд хялбар уусах хэлбэр, орчны рН, органик болон нүүрс хүчлийн хэмжээ г.м.) хамаардаг байна. Тунамал гаралтай ордуудын хувьд ус нь ураныг тээвэрлэж хуримтлуулахад хамгийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.Уран усанд уусахад ураны эрдэс бүхий чулуулагт исэлдлийн процесс гол үүрэгтэй.  Ийм процесс голдуу газрын гадаргад ойр хүчилтөрөгчөөр баян орчинд явагдана. Харин уран уусгасан ус харьцангуй гүн рүү буюу хүчитөрөгчөөр ядуу орчинд шилжихэд зохих геохимийн нөхцөлд уран нь ангижран тундасжих процесс явагддаг байна. Энэ нь тунамал ураны орд үүсэх үндсэн нөхцөл болдог. 

Биомандал дахь ураны агуулга маш бага буюу 10 ˉ⁵-10 ˉ⁹  хувь байдаг ажээ. Биомасс үй олноор мөхөж ялзран исэлдэх нь ангижрах нөхцлийг бүрдүүлдэг учраас уран нь органик нүүрстөрөгчөөр баяжсан энэхүү биомасст сорбцлогдон хуримтлагдах нь  элбэг байдаг байна.

Ураны минералоги. Байгаль дээр уран агуулагч 249 орчим эрдэс байдгаас цөөн тооны эрдэс (хавсралт 1) үйлдвэрлэлийн ач холбогдол бүхий хуримтлал үүсгэдэг ба зарим ордод тохиолдох ураны гол эрдсүүдийг хүснэгт 4, туслах эрдсүүдийг хүснэгт 5-д -т үзүүлэв. Зарим ураны ордод ураныг агуулагч гол эрдэс нь кальцийг уран изоморфоор түрсэн урантай фторапатит байдаг.  

Хүснэгт 4. Ураны гол эрдсүүд

Эрдсүүд	Химийн найрлага буюу томъёо	Уран агуулга,% (торийн агуулга, %)
Уранинит (Пичбленд)	(U,Th)O2х	62–85 ( 10 хүртэл)
Настуран (Пичбленд)	U 02х	52–76
Ураны хөө	U 02х	11–53
Браннерит	(U, Th )Тi2Об	35–50 (4 хүртэл)
Коффинит	U (SiО4) 1–х (OH)4x	60–70
Давидит	(Fe,Ce,U)(Ti,Fe,V,Cr)3(O,OH)7	1–7
Нингиоит	CaU(P04)2 ∙2H2O	20–30
Карнотит	K2(UO2)2(VO4)2 ∙3H2 O	52–66
Торбернит	Cu (UO2)2(P04)2 ∙12H2 O	48
Отенит	Ca(UO2)2(P04)2 ∙10H2 O	48–54
Уранофан	Ca[UO2(SiO3OH)] 2∙5H2 O	55–58
Цейнерит	Cu (UO2)2(As04)2 ∙12H2 O	55
Тюямунит	Ca (UO2)2(V04)2 ∙8H2 O	57–65
Казалит	Pb[UO2SiO4]∙H2 O	42–50

Ураны геологийн судлагаанд АНУ, ХБНГУ, ОХУ-ын эрдэмтэд, судлаачид чухал хувь нэмэр оруулсан байна.

Ураны ордуудын анхны ангилалыг ЗХУ-ын эрдэмтэд: Д.ß.Суражский 1956), И.Г.Магакъян (1956), В.Г.Мельников, Л.Ч.Пухальский (1957), А.Г.Бетехтин (1959), В.С.Домарев (1956),   В.Н.Котляр (1960), АНУ-ын судлаачид: Эверхард (1958), Э.Хейнрих (1962), Ж.Жеффруй, Ж.Сарсиа (1954) М.Рубо (1958) нар  гаргажээ. Тэдгээрийн ангилалыг удаа дараа шинэчлэн сайжруулж ирсэн ба одоо Олон улсын атомын эрчим хүчний агентлагаас (ОУАЭХА) ураны ордуудын ангилалыг олон улсын эрдэмтэд судлаачдын саналын үндсэн дээр нэгтгэн  жил бүр шинэчлэн гаргаж байна.  ОУАЭХА-аас жил бүр хэвлүүлэн гаргадаг “Улаан ном”-д дэлхийн улсууудын ураны ордуудын талаархи болон уран олборлолтын мэдээлэлийг нэгтгэн эмхэтгэн өгдөг.

Дэлхий дээрхи ураны ордууд нь янз бүрийн  найрлагатай агуулагч чулуулаг бүхий геологи структурын нөхцөлд тохиолддог. Эндоген, экзоген болон метаморф процесст дэх ураны геохимийн маш идэвхитэй шинж чанар нь түүний ордуудын төрлүүдийг тодорхойлж байдаг.  Ураны ордуудыг эндоген, экзоген, метаморф гэж үндсэн 3 бүлэгт  хувааж үзэхийг дэлхий даяар үндсэндээ хүлээн зөвшөөрч байна.

Олон улсын Цөмийн эрчим хүчний агентлагийн 2013 оны “Ураны ордууд, нөөцийн ангилал”-ын дагуу ураны ордуудыг 15 ангилалд хуваан авч үзэж байна.

Цахим холбоос

Wiktionary

Wiktionary: Уран – Энэ үгийг тайлбар толиос харна уу

 Commons: Уран – Викимедиа дуу дүрсний сан

• Промышленные типы рудных месторождений. П.Д.Яковлев Москва 1986
• webmineral.com
• монгол хэл дээрх блог сайт uranium.blogmn.net

Эшлэл

1О.Г.Жамсрандорж, Г.Дэжидмаа, Г.Ухнаа. Уран. Геологи, дэлхийн улсуудын ураны нөөц, олборлолтын тойм. Улаанбаатар хот, 2015 он