Free Press

Uran (U), radioaktivt kemiskt grundämne i actinoidserien i det periodiska systemet, atomnummer 92. Det är ett viktigt kärnbränsle.

Britannica Quiz

118 Namn och symboler i det periodiska systemet Quiz

Det periodiska systemet består av 118 grundämnen. Hur väl känner du till deras symboler? I den här frågesporten får du se alla 118 kemiska symboler, och du måste välja namnet på det kemiska grundämne som varje symbol representerar.

Uran utgör ungefär två delar per miljon av jordskorpan. Några viktiga uranmineraler är beckblände (oren U3O8), uraninit (UO2), carnotit (en kaliumuranvanadat), autunit (en kalciumuranfosfat) och torbernit (en kopparuranfosfat). Dessa och andra återvinningsbara uranmalmer, som källor till kärnbränsle, innehåller många gånger mer energi än alla kända återvinningsbara fyndigheter av fossila bränslen. Ett pund uran ger lika mycket energi som 1,4 miljoner kilo kol.

För ytterligare information om uranmalmsfyndigheter och om gruvdrift, raffinering och återvinningsteknik, se uranbearbetning. För jämförande statistiska uppgifter om uranproduktion, se tabell.

Uran är ett tätt, hårt metalliskt grundämne som är silvervit till färgen. Det är duktilt, formbart och kan ta emot en hög polering. I luft anlöper metallen och när den är finfördelad bryter den ut i lågor. Den är en relativt dålig ledare för elektricitet. Även om den upptäcktes (1789) av den tyske kemisten Martin Heinrich Klaproth, som namngav den efter den då nyligen upptäckta planeten Uranus, isolerades själva metallen först (1841) av den franske kemisten Eugène-Melchior Péligot genom reducering av urantetraklorid (UCl4) med kalium.

Den ryska kemisten Dmitrij Mendelejevs formulering av det periodiska systemet 1869 riktade uppmärksamheten mot uran som det tyngsta kemiska grundämnet, en position som det behöll fram till upptäckten av det första transuranelementet neptunium 1940. År 1896 upptäckte den franske fysikern Henri Becquerel fenomenet radioaktivitet i uran, en term som först användes 1898 av de franska fysikerna Marie och Pierre Curie. Denna egenskap upptäcktes senare i många andra grundämnen. Man vet nu att uran, som är radioaktivt i alla sina isotoper, naturligt består av en blandning av uran-238 (99,27 procent, 4 510 000 000 års halveringstid), uran-235 (0,72 procent, 713 000 000 000 års halveringstid) och uran-234 (0,006 procent, 247 000 års halveringstid). Dessa långa halveringstider gör det möjligt att bestämma jordens ålder genom att mäta mängden bly, uranets sista sönderfallsprodukt, i vissa uranhaltiga bergarter. Uran-238 är den första och uran-234 en av döttrarna i den radioaktiva uranförfallsserien; uran-235 är den första i aktiniumförfallsserien. Se även aktinoidelement.

Elementet uran blev föremål för intensiva studier och ett brett intresse efter att de tyska kemisterna Otto Hahn och Fritz Strassmann i slutet av 1938 upptäckte fenomenet kärnklyvning i uran som bombarderats av långsamma neutroner. Den italienskfödde amerikanske fysikern Enrico Fermi föreslog (i början av 1939) att neutroner skulle kunna finnas bland klyvningsprodukterna och därmed kunna fortsätta klyvningen som en kedjereaktion. Den ungerskfödde amerikanske fysikern Leo Szilard, den amerikanske fysikern Herbert L. Anderson, den franske kemisten Frédéric Joliot-Curie och deras medarbetare bekräftade (1939) denna förutsägelse; senare undersökningar visade att i genomsnitt 21/2 neutroner per atom frigörs vid fission. Dessa upptäckter ledde till den första självunderhållande kärnkraftskedjereaktionen (2 december 1942), det första atombombstestet (16 juli 1945), den första atombomben som släpptes i krig (6 augusti 1945), den första atomdrivna ubåten (1955) och den första fullskaliga kärnkraftsdrivna elgeneratorn (1957).

Klyvning sker med långsamma neutroner i den relativt sällsynta isotopen uran-235 (det enda naturligt förekommande klyvbara materialet), som måste separeras från den rikliga isotopen uran-238 för dess olika användningsområden. Uran-238 transmuteras dock, efter att ha absorberat neutroner och genomgått negativt betasönderfall, till det syntetiska grundämnet plutonium, som är klyvbart med långsamma neutroner. Naturligt uran kan därför användas i konverter- och bridreaktorer, där klyvningen upprätthålls av det sällsynta uran-235 och plutonium tillverkas samtidigt genom transmutation av uran-238. Spaltbart uran-233 kan syntetiseras för användning som kärnbränsle från den icke-spaltbara toriumisotopen torium-232, som förekommer rikligt i naturen. Uran är också viktigt som primärmaterial från vilket de syntetiska transuranelementen har framställts genom transmutationsreaktioner.

Uran, som är starkt elektropositivt, reagerar med vatten; det löser sig i syror men inte i alkalier. De viktiga oxidationstillstånden är +4 (som i oxiden UO2, tetrahalider som UCl4 och den gröna vattenjonen U4+) och +6 (som i oxiden UO3, hexafluoriden UF6 och den gula uranyljonen UO22+). I en vattenlösning är uran mest stabilt som uranyljonen, som har en linjär struktur 2+. Uran uppvisar också ett +3- och ett +5-tillstånd, men respektive joner är instabila. Den röda U3+-jonen oxiderar långsamt även i vatten som inte innehåller något löst syre. Färgen hos UO2+-jonen är okänd eftersom den genomgår disproportionering (UO2+ reduceras samtidigt till U4+ och oxideras till UO22+) även i mycket utspädda lösningar.

Uranföreningar har använts som färgämnen för keramik. Uranhexafluorid (UF6) är ett fast ämne med ett ovanligt högt ångtryck (115 torr = 0,15 atm = 15 300 Pa) vid 25 °C (77 °F). UF6 är kemiskt mycket reaktivt, men trots att det är frätande i ångform har UF6 använts i stor utsträckning i gasdiffusions- och gascentrifugemetoderna för att separera uran-235 från uran-238.

Organometalliska föreningar är en intressant och viktig grupp av föreningar där det finns metall-kol-bindningar som binder en metall till organiska grupper. Uranocen är en organouranförening U(C8H8)2, där en uranatom är inlagd mellan två organiska ringskikt som är besläktade med cyklooktatetraen C8H8. Dess upptäckt 1968 öppnade ett nytt område för metallorganisk kemi.