يعد اليورانيوم أحد العناصر الكيميائية المعروفة بشكل كبير برمز U ورقم ذري يساوي 92 يقع في الجدول الدوري، ويصنف اليورانيوم كأحد الأكتينيدات، ويكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اكتشاف عنصر اليورانيوم
اسم عنصر اليورانيوم هو عبارة عن اسم مشتق من كوكب أورانوس؛ وهو الكوكب الذي كان في الأساطير الرومانية “أب السماء”، كما وقد اكتشف الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث هذا العنصر في عام 1789 ميلادي، وذلك بعد اكتشاف ويليام هيرشيل للكوكب في عام 1781 ميلادي، كما وقد تم عزل اليورانيوم المعدني لأول مرة من قبل الكيميائي الفرنسي أوجين ملكيور بيليجوت في عام 1841 ميلادي.
لقد اكتشف اليورانيوم الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث، في معدن البتشبلند (وهو عبارة عن خليط من أكاسيد اليورانيوم بشكل أساسي) في عام 1789 ميلادي، وعلى الرغم من اعتقاد كلابروث وكذلك بقية المجتمع العلمي أن المادة التي استخرجها من البتشبلند كانت اليورانيوم النقي، وكانت في الواقع ثاني أكسيد اليورانيوم (UO2).
بعد ملاحظة تفاعل اليورانيوم النقي بشكل غريب مع رابع كلوريد اليورانيوم (UCl4) تم عزل اليورانيوم النقي بواسطة الكيميائي الفرنسي يوجين-ميلشوار بيليغوت، وتمت عملية عزل العنصر عن طريق عملية تسخين ثاني أكسيد اليورانيوم مع البوتاسيوم في بوتقة بلاتينية.
لقد تم اكتشاف النشاط الإشعاعي لأول مرة في عام 1896 ميلادي، وذلك عندما اكتشفه الفيزيائي الفرنسي أنطوان هنري بيكريل من عينة من اليورانيوم، اليوم يتم الحصول على عنصر اليورانيوم من خامات اليورانيوم مثل البتشبلند ومعدن اليورانيت (UO2) ومعدن الكارنويت (K2 (UO2) 2VO4 · 1-3H2O) ومعدن autunite (Ca (UO2) 2 (PO4) 2 · 10H2O) وكذلك من صخور الفوسفات (Ca3 (PO4) 2) والليغنيت (الفحم البني) ورمل المونازيت ((Ce ، La ، Th ، Nd ، Y) PO4).
نظرًا لوجود طلب ضئيل على معدن اليورانيوم، فإنه يُباع اليورانيوم عادةً في صورة ديورانات الصوديوم (Na2U2O7 · 6H2O) والمعروف أيضًا باسم الكعكة الصفراء أو أكسيد ثلاثي اليورانيوم (U3O8).
يعود استخدام اليورانيوم في شكل أكسيده الطبيعي إلى عام 79 ميلادي، وذلك عندما تم استخدامه كعامل تلوين أصفر في طلاء السيراميك، وتم العثور على زجاج أصفر يحتوي على 1٪ من أكسيد اليورانيوم في فيلا رومانية قديمة بالقرب من نابولي بإيطاليا، في أواخر العصور الوسطى تم استخراج البيتشبلند من مناجم الفضة واستخدم كعامل تلوين في صناعة الزجاج.
في عام 1896 ميلادي اكتشف أنطوان هـ. بيكريل أن اليورانيوم يظهر ضوءً أو أشعة غير مرئية، حيث كان ذلك عبارة عن نشاط إشعاعي، وفي عام 1934 ميلادي، أدى البحث الذي أجراه إنريكو فيرمي وآخرون في النهاية إلى استخدام انشطار اليورانيوم في أول سلاح نووي استخدم في الحرب ثم في الاستخدام السلمي لليورانيوم كوقود في إنتاج الطاقة النووية.
في عام 1972 ميلادي اكتشف الفيزيائي الفرنسي فرانسيس بيرين مفاعلات الانشطار النووي الطبيعي القديمة، والتي لم تعد نشطة في عصور ما قبل التاريخ في رواسب خام اليورانيوم في منجم أوكلو في الجابون بغرب إفريقيا والمعروفة باسم مفاعلات أوكلو الأحفورية.
إذ يبلغ عمر الإيداع الخام 1.7 مليار سنة في ذلك الوقت، شكل نظير اليورانيوم 235 ما يقارب نسبة 3٪ من إجمالي وجود اليورانيوم على سطح الأرض (اليوم النسبة تساوي 0.72٪)، وهذا مرتفع بما يكفي ليتم السماح بحدوث تفاعل سلسلة الانشطار النووي المستمر بشرط وجود ظروف جيولوجية داعمة أخرى.
معلومات عامة عن اليورانيوم
- معدن اليورانيوم النقي هو عبارة عن معدن ذو لون أبيض فضي، يمتلك نشاط إشعاعي ضعيف، وهو أصلب من معظم العناصر، كما أنه مرن ومطيل ومغناطيسي قليلاً، وموجب للكهرباء بقوة، وهو موصل كهربائي ضعيف أيضا، يتميز معدن اليورانيوم بكثافة عالية جدًا، حيث يكون حوالي نسبة 70٪ أكثر كثافة من معدن الرصاص، ولكنه أقل كثافة بقليل من معدن الذهب.
- يعرض معدن اليورانيوم في ثلاثة تعديلات بلورية: ألفا> (688 درجة مئوية)> بيتا> (776 درجة مئوية)> جاما، ومعدن اليورانيوم قابل للاشتعال عند تقسيمه بدقة، كما أنه أخف قليلاً من الفولاذ ويهاجمه الماء البارد في حالة انقسام دقيق وفي الهواء يصبح معدن اليورانيوم مغطى بطبقة من الأكسيد.
- تعمل الأحماض على إذابة المعدن وتشكل حالة الأكسدة +3 التي تتأكسد بسرعة بالماء والهواء لتشكيل حالات أكسدة أعلى، لا يتأثر معدن اليورانيوم بالقلويات، ومن الممكن أن يتم تحضير فلز اليورانيوم عن طريق عملية اختزال هاليدات اليورانيوم بفلزات قلوية أو قلوية ترابية أو عن طريق عملية اختزال أكاسيد اليورانيوم بالكالسيوم أو الألومنيوم أو الكربون عند درجات حرارة عالية، ويمكن أيضًا إنتاج المعدن بواسطة التحليل الكهربائي لمركب (KUF5) أو مركب (UF4)، مذابًا في خليط ملح مصهور من كلا من كلوريد الكالسيوم (CaCl2) وكلوريد الصوديوم (NaCl)، ويمكن تحضير اليورانيوم عالي النقاوة عن طريق عملية التحلل الحراري لهاليدات اليورانيوم على خيوط ساخنة.
- يتفاعل معدن اليورانيوم مع جميع العناصر غير المعدنية تقريبًا ومركباتها مع زيادة التفاعل مع درجة الحرارة، كما تعمل أحماض الهيدروكلوريك والنتريك على إذابة اليورانيوم، ولكن الأحماض غير المؤكسدة بخلاف حمض الهيدروكلوريك تهاجم العنصر ببطء شديد، وعندما تنقسم بشكل جيد يمكن أن تتفاعل مع الماء البارد.
- في الهواء يتأكسد معدن اليورانيوم ويصبح مغطى بطبقة داكنة من أكسيد اليورانيوم، ويشكل اليورانيوم مجموعة متنوعة من السبائك والمركبات مع أهم حالات الأكسدة اليورانيوم (IV) واليورانيوم (VI)، وأكاسيدهما المقابلة هما على التوالي ثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد اليورانيوم وثلاثي أكسيد اليورانيوم UO3.
- وإلى جانب الأكاسيد تشتمل مركبات اليورانيوم المهمة الأخرى على الفلوريدات والكلوريدات والبروميدات واليود والكربونات والهيدرات والكربيدات والنتريد والفوسفات وما إلى ذلك، هيدرات اليورانيوم والنتريد والكربيدات هي مركبات خامدة نسبيًا قابلة للذوبان في الأحماض إلى الحد الأدنى، وقد تم استخدامها ككرات وقود ثابتة في تكنولوجيا مفاعلات الطاقة النووية.
- يوجد اليورانيوم في المحاليل المائية في حالات الأكسدة +3 و +4 و +5 و +6، حالة الأكسدة +6 حيث أن أيون (+UO22) (وهو أصفر اللون) يكون هو الحالة الأكثر استقرارًا في المحلول، واليورانيوم في حالة +5 يكون أيون (+UO2) عديم اللون وغير مستقر وغير متناسب (يتفاعل مع نفسه) ليشكل حالتي +6 و +4.
- الحالة +4 (خضراء) مستقرة بشكل معقول في المحلول، ولكن الحالة +3 (أخضر داكن أو أحمر غامق اعتمادًا على مصدر الإضاءة – ضوء النهار مقابل ضوء الفلورسنت) غير مستقرة وتتأكسد بسهولة إلى +4، وتتحلل الحالة +4 في محاليل الأس الهيدروجيني شبه المحايدة بسهولة لتكوين رواسب أوكسي هيدروكسيد سوداء.
- نظرًا لكون اليورانيوم مادة إشعاعية بشكل طبيعي، فإنه يعتمد عادة على شكل ثاني أكسيد اليورانيوم (UO2)، وهو الأكثر استخدامًا في صناعة الطاقة النووية لتوليد الكهرباء، ويتكون اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة نظائر وهي: اليورانيوم 234 واليورانيوم 235 واليورانيوم 238، وعلى الرغم من أن النظائر الثلاثة مشعة إلا أن اليورانيوم 235 فقط هو مادة قابلة للانشطار ويمكن استخدامه للطاقة النووية.
