אורניום
אוּרַנְיוּם (Uranium) הוא יסוד כימי רדיואקטיבי מסדרת האקטינידים, שסמלו הכימי U ומספרו האטומי 92.
| נפטוניום - אורניום - פרוטקטיניום | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| נתונים בסיסיים | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| מספר אטומי | 92 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| סמל כימי | U | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| סדרה כימית | אקטינידים | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מראה | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| אפור כסוף מתכתי | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| תכונות אטומיות | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| משקל אטומי | 238.0289 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| רדיוס ואן דר ואלס | 186 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה | 2,8,18,32,21,9,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| תכונות פיזיקליות | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| צפיפות | 19,050 kg/m3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מצב צבירה בטמפ' החדר | מוצק | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| נקודת רתיחה | 4,404K (4,131°C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| נקודת התכה | 1,405.15K (1,132°C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מהירות הקול | 3,155 מטר לשנייה ב-293.15K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| שונות | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| אלקטרושליליות |
1.38  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| קיבול חום סגולי | 120 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מוליכות חשמלית | 3.8 106/m·Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מוליכות חום | 27.6 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| אנרגיית יינון ראשונה | 597.6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| אנרגיית יינון שנייה | 1,420 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| היסטוריה | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| מגלה |
Eugène-Melchior Péligot | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| תאריך גילוי |
1789 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| נקרא על שם |
אורנוס | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
בסלעים בקרום כדור הארץ אורניום נמצא בריכוז של בין 2 ל-4 חלקים למיליון, ריכוז דומה לזה של בדיל או טונגסטן. כ-99.3% מהאורניום הטבעי הוא אורניום-238, וכ-0.7% הוא אורניום-235. אורניום נמצא גם במי האוקיינוסים.
איזוטופ אורניום-235 הוא חומר בקיע, שבריכוז רב מספיק יכול לקיים תגובת שרשרת גרעינית. משום כך, ברוב הכורים הגרעיניים וכן בנשק גרעיני משתמשים באורניום מועשר, כלומר אורניום שריכוז האורניום-235 שבו הוגדל בדרכים מלאכותיות (למשל בעזרת צנטריפוגה). שאריות העשרת האורניום שנותרו לאחר תהליך ההעשרה, ולעיתים חלק מן הפסולת הנוצרת בכורים גרעיניים נקראים אורניום מדולדל. האיזוטופ המלאכותי אורניום-233, המתקבל מתוריום, הוא חומר בקיע, ומשמש לעיתים בנשק גרעיני. גם אורניום-238 משמש כדלק לכורים גרעיניים, בתהליך שבו הוא הופך לאיזוטופ הבקיע של פלוטוניום - פלוטוניום-239.
האורניום נוצר ככל הנראה מהתפוצצות קילונובה לפני 6.6 מיליארד שנים. אף שאיננו יסוד שכיח במערכת השמש, הדעיכה הרדיואקטיבית האיטית שלו היא המקור העיקרי לחום במעמקי כדור הארץ, וגורמת להולכת חום ותזוזת יבשות.
מידע כלליעריכה
אורניום טהור הוא מתכת רדיואקטיבית בצבע לבן-כסוף ורקיעה. האורניום נחשב ליסוד הכבד ביותר המצוי באופן טבעי בכדור הארץ, אך למעשה כמויות מזעריות של נפטוניום ופלוטוניום נמצאות בטבע בעפרות אורניום. צפיפותו גדולה ב-65% מצפיפות העופרת.
למתכת האורניום שלוש צורות אלוטרופיות:
- אלפא - יציב עד 667.7°C
- בטא - יציב מ-667.7°C עד ל-774.8°C
- גמא - מ-774.8°C
גילוי האורניוםעריכה
האורניום זוהה על ידי הכימאי הגרמני מרטין היינריך קלפרוט (Martin Heinrich Klaproth) בשנת 1789, שכינה אותו על שם כוכב הלכת אורנוס. היסוד בודד לראשונה רק ב-1841. תכונותיו הרדיואקטיביות הודגמו לראשונה על ידי אנטואן אנרי בקרל ב-1896. האורניום נדיר בקרום כדור הארץ, ולא נמצא כחומר טהור אלא כתרכובת בעפרות כגון אורניט וקרנוטיט. מקורותיו פזורים בכל העולם: ארצות הברית, קנדה, אוסטרליה ודרום-אפריקה.
זמן רב בטרם זוהה, השתמשו עושי הזכוכית באירופה בתרכובותיו בצביעת כלי הזכוכית והחרס שלהם. שבטים אינדיאנים עשו מאבן חול צהובה בהירה צבע בו משחו את פניהם בצאתם למלחמה; הצבע הבהיר הופק מתרכובת האורניום שבתוך אבן החול. כשהיסוד זוהה, הוא עורר עניין מדעי. כעבור 160 שנה נתגלה כי ניתן לבקע אטומי אורניום כדי להפיק אנרגיה.
מבנה אטומיעריכה
לפני שזוהה האורניום, סברו מדענים כי לא ניתן להתמיר יסוד מסוים ליסוד אחר. מאז, התברר כי אטומים רבים דועכים ליסודות אחרים או לאיזוטופים אחרים, בשל חוסר יציבות אנרגטית של גרעינם. אחד מהם הוא אורניום, הדועך, בהדרגה, לעופרת (ראה סדרה רדיואקטיבית). בתהליך ההתפרקות נפלטים מגרעין האטום חלקיקים (אלפא או בטא) וקרינה (גמא), והם הופכים יציבים יותר. חומרים הפעילים רדיואקטיבית, ופולטים חלקיקים וקרינה, קרויים חומרים רדיואקטיביים.
איזוטופיםעריכה
ידועים כ-30 איזוטופים שונים ליסוד. עם זאת, רובם המוחלט סינתטי כלומר, אינו מופיע בטבע. לחלק גדול מהם זמן מחצית חיים קצר ביותר (קטן מכמה אלפיות השנייה ולעיתים רק כמה מיליארדיות השנייה).
איזוטופים שונים של אותו יסוד נבדלים זה מזה במספר הנייטרונים שבגרעיניהם, ולכן תכונותיהם הכימיות (כגון: צבע, ברק, מוליכות חשמלית) זהות כמעט לחלוטין. עם זאת, האיזוטופים נבדלים זה מזה בתכונותיהם הגרעיניות. כשמדובר באיזוטופי אורניום, ההבדל העיקרי בין האיזוטופים הוא ביכולתם להתבקע: רק שניים מהם, האיזוטופים 235 ו-233, הם חומרים בקיעים היכולים לחולל תגובת שרשרת גרעינית. הבדל פיזיקלי נוסף ביניהם הוא זמן מחצית חייהם.
אורניום-238 סייע למדענים להעריך ולחשב את גיל כדור הארץ. מאחר שזמן מחצית החיים שלו מספיק גדול, הרי שנמצאים עדיין ריכוזים גבוהים דיים כדי לשמש לתיארוך אירועים גאולוגיים קדומים מאוד.
לאורניום שישה איזוטופים עיקריים:
| איזוטופ | הערות | זמן מחצית חיים |
|---|---|---|
| 232U | סינתטי (אינו קיים בטבע). תוצר לוואי של ייצור ה-233U. | 68.9 שנים |
| 233U | סינתטי. תוצר דעיכה של 232Th (לאחר הפגזה בנייטרונים). יכול לשמש כדלק ונשק גרעיניים. | 159,200 שנים |
| 234U | נמצא בטבע בשכיחות של כ-0.0054%. | 245,500 שנים |
| 235U | נמצא בטבע בשכיחות של כ-0.72%. משמש בייצור אורניום מועשר לנשק ולכורים גרעיניים. | 7.038×108 שנים |
| 236U | תוצר לוואי של אורניום ששימש כדלק לכור גרעיני. | 2.342×107 שנים |
| 238U | נמצא בטבע בשכיחות של כ-99.28%. האיזוטופ השכיח ביותר. | 4.468×109 שנים |
ראו גםעריכה
קישורים חיצונייםעריכה
- אורניום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
- אורניום, דף שער בספרייה הלאומית