Лит.: Мороз В. И., Физика планет, М., 1967; Мартынов Д. Я.. Планеты. Решенные и нерешенные проблемы, М., 1970.

  Д. Я. Мартынов.

Уран (хим. элемент)

Ура'н (лат. Uranium), U, радиоактивный химический элемент III группы периодической системы Менделеева, относится к семейству актиноидов , атомный номер 92, атомная масса 238,029; металл. Природный У. состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸ U – 99,2739% с периодом полураспада T¹ /₂ = 4,51·10⁹ лет, ²³⁵ U – 0,7024% (T¹ /₂ = 7,13·10⁸ лет) и ²³⁴ U – 0,0057% (T¹ /₂ = 2,48·10⁵ лет). Из 11 искусственных радиоактивных изотопов с массовыми числами от 227 до 240 долгоживущий – ²³³ U (T¹ /₂ = 1,62·10⁵ лет); он получается при нейтронном облучении тория. ²³⁸ U и ²³⁵ U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов.

  Историческая справка. У. открыт в 1789 нем. химиком М. Г. Клапротом и назван им в честь планеты Уран, открытой В. Гершелем в 1781. В металлическом состоянии У. получен в 1841 франц. химиком Э. Пелиго при восстановлении UCl₄ металлическим калием. Первоначально У. приписывали атомную массу 120, и только в 1871 Д. И. Менделеев пришёл к выводу, что эту величину надо удвоить.

  Длительное время уран представлял интерес только для узкого круга химиков и находил ограниченное применение для производства красок и стекла. С открытием явления радиоактивности У. в 1896 и радия в 1898 началась промышленная переработка урановых руд с целью извлечения и использования радия в научных исследованиях и медицине. С 1942, после открытия в 1939 явления деления ядер (см. Ядра атомного деление ), У. стал основным ядерным топливом.

  Распространение в природе. У. – характерный элемент для гранитного слоя и осадочной оболочки земной коры. Среднее содержание У. в земной коре (кларк) 2,5·10^-4 % по массе, в кислых изверженных породах 3,5·10^-4 %, в глинах и сланцах 3,2·10^-4 %, в основных породах 5·10^-5 %, в ультраосновных породах мантии 3·10^-7 %. У. энергично мигрирует в холодных и горячих, нейтральных и щелочных водах в форме простых и комплексных ионов, особенно в форме карбонатных комплексов. Важную роль в геохимии У. играют окислительно-восстановительные реакции, поскольку соединения У., как правило, хорошо растворимы в водах с окислительной средой и плохо растворимы в водах с восстановительной средой (например, сероводородных).

  Известно около 100 минералов У.; промышленное значение имеют 12 из них (см. Урановые руды ). В ходе геологической истории содержание У. в земной коре уменьшилось за счёт радиоактивного распада; с этим процессом связано накопление в земной коре атомов РЬ, Не. Радиоактивный распад У. играет важную роль в энергетике земной коры, являясь существенным источником глубинного тепла.

  Физические свойства. У. по цвету похож на сталь, легко поддаётся обработке. Имеет три аллотропические модификации – a, b и g с температурами фазовых превращений: a®b 668,8±0,4°C, b® g 772,2 ± 0,4 °С; a-форма имеет ромбическую решётку a = 2.8538

, b = 5,8662, с = 4,9557), b-форма – тетрагональую решётку (при 720 °С а = 10,759, b = 5,656 ), g-форма – объёмноцентрированную кубическую решётку (при 850°C а = 3,538). Плотность У. в a-форме (25°C) 19,05 ± 0,2 г/см ³ , t _пл 1132 ± 1°С; t _kип 3818 °С; теплопроводность (100–200°C), 28,05 вт/ (м ·К ) [0,067 кал/ (см ·сек ·°С)], (200–400 °C) 29,72 вт/ (м ·К ) [0,071 кал/ (см ·сек ·°С)]; удельная теплоёмкость (25°C) 27,67 кдж/(кг ·К ) [6,612 кал/(г·°С)]; удельное электросопротивление при комнатной температуре около 3·10^-7 ом ·см, при 600°C 5,5·10^-7 ом ·см; обладает сверхпроводимостью при 0,68 ± 0,02К; слабый парамагнетик, удельная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 1,72·10^-6 .

  Механические свойства У. зависят от его чистоты, от режимов механической и термической обработки. Среднее значение модуля упругости для литого У. 20,5·10^-2 Мн/м ² [20,9·10^-3 кгс/мм ² ] предел прочности при растяжении при комнатной температуре 372–470 Мн/м ² [38–48 кгс/мм ² ], прочность повышается после закалки из b- и g-фаз; средняя твёрдость по Бринеллю 19,6–21,6·10² Мн/м ² [200–220 кгс/мм ² ].

  Облучение потоком нейтронов (которое имеет место в ядерном реакторе ) изменяет физико-механические свойства У.: развивается ползучесть и повышается хрупкость, наблюдается деформация изделий, что заставляет использовать У. в ядерных реакторах в виде различных урановых сплавов.

  У. – радиоактивный элемент . Ядра ²³⁵ U и ²³³ U делятся спонтанно, а также при захвате как медленных (тепловых), так и быстрых нейтронов с эффективным сечением деления 508·10^-24 см ² (508 барн ) и 533·10^-24 см ² (533 барн ) соответственно. Ядра ²³⁸ U делятся при захвате только быстрых нейтронов с энергией не менее 1 Мэв; при захвате медленных нейтронов ²³⁸ U превращается в ²³⁹ Pu, ядерные свойства которого близки к ²³⁵ U. Критич. масса У. (93,5% ²³⁵ U) в водных растворах составляет менее 1 кг, для открытого шара – около 50 кг, для шара с отражателем – 15 – 23 кг; критическая масса ²³³ U – примерно ¹ /₃ критической массы ²³⁵ U.

  Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома У. 7s ² 6d ¹ 5f ³ . У. относится к реакционноспособным металлам, в соединениях проявляет степени окисления + 3, + 4, + 5, + 6, иногда + 2; наиболее устойчивы соединения U (IV) и U (VI). На воздухе медленно окисляется с образованием на поверхности плёнки двуокиси, которая не предохраняет металл от дальнейшего окисления. В порошкообразном состоянии У. пирофорен и горит ярким пламенем. С кислородом образует двуокись UO₂ , трёхокись UO₃ и большое число промежуточных окислов, важнейший из которых U₃ O₈ . Эти промежуточные окислы по свойствам близки к UO₂ и UO₃ . При высоких температурах UO₂ имеет широкую область гомогенности от UO_1,60 до UO_2,27 . С фтором при 500–600°C образует тетрафторидирд (зелёные игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде и кислотах) и гексафторид UF₆ (белое кристаллическое вещество, возгоняющееся без плавления при 56,4°C); с серой – ряд соединений, из которых наибольшее значение имеет US (ядерное горючее). При взаимодействии У. с водородом при 220 °С получается гидрид UH₃ ; с азотом при температуре от 450 до 700 °С и атмосферном давлении – нитрид U₄ N₇ , при более высоком давлении азота и той же температуре можно получить UN, U₂ N₃ и UN₂ ; с углеродом при 750–800°C – монокарбид UC, дикарбид UC₂ , а также U₂ C₃ ; с металлами образует сплавы различных типов (см. Урановые сплавы ). У. медленно реагирует с кипящей водой с образованием UO₂ и H₂ , с водяным паром – в интервале температур 150–250 °С; растворяется в соляной и азотной кислотах, слабо – в концентрированной плавиковой кислоте. Для U (VI) характерно образование иона уранила UO₂ ^{2 +} ; соли уранила окрашены в жёлтый цвет и хорошо растворимы в воде и минеральных кислотах; соли U (IV) окрашены в зелёный цвет и менее растворимы; ион уранила чрезвычайно способен к комплексообразованию в водных растворах как с неорганическими, так и с органическими веществами; наиболее важны для технологии карбонатные, сульфатные, фторидные, фосфатные и др. комплексы. Известно большое число уранатов (солей не выделенной в чистом виде урановой кислоты), состав которых меняется в зависимости от условий получения; все уранаты имеют низкую растворимость в воде.