Uranyum

Periyodik tablonun III B grubundaki aktinitler serisinde yer alan radyoaktif kimyasal element. Yoğun, sert ve gümüş beyazı renginde, demir görünüşünde bir metal olan uranyum tabii elementler arasında atom ağırlığı en yüksek olanıdır. Kimyada “U” sembolüyle gösterilir. Atom ağırlığı 238,2 atom numarası 92 dir. 1800 derecede ergir, atomsal parçalanmada radyumu verir.

1789’da M. H. Klaproth tarafından keşfedilen uranyum E.M. Peligot tarafından 1841 yılında uranyum-4-oksitten (UO2) izole edildi. 1896’da Henri Bucquerel uranyumun radyoaktif bir element olduğunu keşfetti. 1934’te Fermi ve çalışma arkadaşları uranyumun ß-ışıması yaptığını buldular. 1938’de Hahn ve Strassmann uranyumu nötronla bombardıman ederek daha hafif elementler elde ettiler. 1939’da Fermi, uranyumun çekirdek reaksiyonlarının zincir reaksiyonları olduğunu söyledi. 1939 yılında araştırmacılar U235’in fisyon reaksiyonu verebileceğini gösterdiler. 1942’de nükleer zincir reaksiyon yapıldı. Uranyumdan yapılmış atom bombası 1945’te kullanıldı.

Bulunuşu

Diğer elementlere göre az bulunan uranyumun dünyadaki mevcut miktarının 1014 ton olduğu tahmin ediliyor. Yaklaşık ve ortalama olarak her bir gram kayada 4×10-6g uranyum vardır. Deniz suyu milyarda üç nispetinde uranyum ihtiva eder. Canlı maddelerin bünyesi ağırlıklarının % 10-4 ila % 10-9 arasında uranyum bulundururlar. Uranyum minerallerinden uraninit % 45-85, piçblend % 60, autinit % 45-56, karnotit % 50-55 uranyum ihtiva ederler.

Çok miktar cevher çıkarılmasına rağmen elde edilen uranyum miktarı oldukça azdır. Mesela ton başına 1 ile 2,5 kg U3O8 elde edilmektedir.

Özellikleri: Uranyum 3+, 4+, 5+ ve 6+ olmak üzere dört oksidasyon kademesine sahiptir.

Atom numarası 92, atom ağırlığı 238,03’tür. 1132°C’de erir, 3818°C’de kaynar. Yoğunluğu 19,06 g/cm3tür. Uranyum 0,68°K’de süper iletken olup oldukça aktif bir metaldir. Oda sıcaklığında hava teması ile hemen sarı, bir müddet sonra tamamen siyah renk alır. Azot, karbon monoksit, karbon dioksit ve diğer gazlarla reaksiyon verir. Bu sebepten uranyum laboratuvarda asal (soy) gazların saflaştırılmasında kullanılır.

Beş çeşit oksidi vardır. Bunlardan UO2 kahverengi, U3O8 yeşilimsi siyah ve UO3 sarıdır. Tabiatta üç izotopu vardır. Bunlar U-238 (% 99,27), U-235 (% 0,72) ve U-234 (% 0,006)tür.

Bu izotopların hepsi radyoaktif olup alfa ışıması yaparlar. İzotopların yarılanma müddetleri sıra ile 4,5×109 yıl, 7,1×108 yıl ve 2,48×105 yıldır. Uranyum izotoplarının yarı ömürleri çok uzun olduğundan, bazı uranyum ihtiva eden kayaçlarda uranyumun son bozunma ürünü olan kurşunun ölçülmesiyle dünyanın yaklaşık yaşı tayin edilir. Suni olarak elde edilen diğer izotopların yarılanma süreleri oldukça kısadır. Suni olarak elde edilen, kütle numaraları 227 ile 240 arasında olan uranyum izotopları genel olarak yine alfa ışıması yaparlar. Yalnız bunlardan U-237, U-239 ve U-240 izotopları ß ışıması yaparlar. U-238 tabii uranyum radyoaktif bozunma sırasının ana elementidir. U-235 den ise aktinyum bozunma sırası doğar.

Elde edilmesi

Minerallerinden başlayıp metalik uranyum elde edilmesi çeşitli basamaklardan geçer. Ancak uranyumun elde edilme metotlarının bir kısmı gizli tutulmaktadır. Ayrıca çok çeşitli minerallerden elde edildiği için çok ayrı metodlar da vardır. Genel olarak filiz önce konsantre (uranyumca zengin) hale getirilir, sonra kavurma ve yıkama yapılır. Kavurma ile filiz; gümüş, arsenik, karbonat, kükürt ve antimon uranyumdan ayrılacak şekle getirilir; sonra, mineraldeki uranyumu çözünen bir bileşik haline getirmek için ya asitle veya alkali ile yıkamaya tabi tutulur. Yıkama sonunda elde edilen uranyum tuzlarından metalik uranyum elde edilir. Bu iş oldukça zordur. Çünkü uranyumun reaksiyon verme kabiliyeti oldukça yüksektir.

Kullanılışı

Atom enerjisi üretiminde kullanılmadan önce uranyumun çok az bir pratik uygulaması vardır. Seramiklerde, fotoğrafçılıkta, kimyevi reaksiyonlarda katalizör olarak ve daha birkaç işlemde kullanılmasına rağmen, bütün bu uygulamalar uranyumun ayrı bir element olarak istihsalini gerektirmiyor ve uranyum radyum endüstrisinin bir yan ürünü olarak üretiliyordu. Nükleer enerjinin kullanımında uranyum uygulaması, durumu tamamen değiştirdi: Uranyum asıl mamul, radyum ise oldukça daha az önemli bir yan ürün durumuna geçti.

Bütün uranyum izotopları nükleer yakıt olarak kullanılabilir. Tam bir parçalanma sağlanırsa bir paund (yaklaşık 454 gr) yakıt 10.000 kilowatt-saat enerji verir. Bu büyük miktardaki enerjinin kontrollu şartlar altında kullanılması çalışmaları sürdürülmekte ve bir sonuca ulaşma konusunda ümitli bulunulmaktadır.

Normal izotopik kompozisyonu ile tabii uranyum, nükleer reaktörlerde kullanılabilir. Buralarda parçalanarak enerjiye dönüştürülür. Bu işlemde uranyumun bir kısmı plutonyuma dönüşür. Bu da zincirleme patlama reaksiyonlarında kullanılabilir. Tabii uranyumun kendisi patlayıcı olarak kullanılamaz. Fakat U-235 izotopu ondan ayrılarak, plutonyum gibi, patlamalı reaksiyonlar meydana getirmek üzere kullanılabilir. (Bkz. Nükleer Enerji)

Atom numarası: 92 Simge: U Kütle numarası: 238.03 Kaynama Noktası (C): 3818 Erime Noktası (C): 1132 Yoğunluk: 19.07 Buharlaşma Isısı: 110 Kaynaşma (Füzyon) Isısı: 2.7 Elektriksel iletkenlik: 0.034 Isıl iletkenlik: 0.064 Özgül Isı Kapasitesi: 0.028