Радиогеоэкологические особенности урана и его изотопов - Реферат

В остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-желтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Клапрот назвал новый металл ураном (Uranium) в ознаменование того, что исследование этого металла почти совпало по времени с открытием планеты Уран (1781). После 1896 г., когда Беккерель открыл явление радиоактивности, уран вызвал глубочайший интерес и химиков и физиков. Крукс открыл первый изотоп урана - уран-Х, затем были открыты другие изотопы, названные уран-I и уран-II. Фаянс и Геринг показали, что в результате beta-излучения, уран-Х1 превращается в новый элемент (изотоп), названный ими бревием; позже его стали именовать ураном-Х2.Уран широко распространен в природе; в значительных концентрациях он обнаружен во многих горных породах, в океанах, а также в лунных породах и метеоритах. В земной коре его больше, чем серебра, висмута, кадмия или ртути (по распространенности он занимает 38-е место), но он находится главным образом в рассеянном состоянии. Он входит в состав всех пород, слагающих земную кору, а также присутствует в природных водах и живых организмах. В океанах содержится 1010 т урана. В гидротермальном процессе уран активно мигрирует в виде уран-карбонатных комплексов.Уран имеет порядковый номер 92 в периодической системе Д.И. Уран в природных соединениях в подавляющем большинстве случаев является четырех или шестивалентным, и очень редко в оксидах и фосфатах (нингиоите) часть урана находится в пятивалентном состоянии. Такие ионы обладают сродством к кислороду, что объясняет тесное геохимическое родство урана и кислорода. Несмотря на то, что уран имеет большой порядковый номер и радиоактивно распадается, за счет симметрии четного ядра он достаточно распространен в земной коре. В магматических расплавах уран образует легкоплавкие соединения и при кристаллизации вместе с летучими компонентами накапливается в остаточном расплаве.Много минералов урана открыто в последние десятилетия в связи с новыми методами исследований минералов на уровне электронной микроскопии и электронных микроанализаторов. Уран отличается большой химической активностью и легко вступает в реакцию с другими элементами, образуя много минералов. Минералы урана можно разделить на две группы: - Собственные минералы урана, в которых уран входит закономерно в кристаллическую решетку и является постоянным элементом молекулы химичского соединения: А) минералы четырехвалентного урана; Все минералы урана можно разделить на классы химических соединений: оксиды, титанаты, силикаты, сульфаты, карбонаты, арсенаты, фосфаты и молибдаты, в которых уран входит в виде простого иона четырехвалентного урана или комплексного иона - уранила. В связи с тем, что уран легко подвергается окислению или восстанвлению, которые сменяют друг друга при миграции растворов в земной коре, в одном и том же минерале часто присутствуют одновременно четырех-и шестивалентные ионы.Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO2), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра , а сопутствующими элементами становятся уран и торий. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники , богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике еще более богаты ураном. В месторождениях России содержится почти 550 тысяч тонн запасов урана, или немногим менее 10 % его мировых запасов; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия).Кларк урана 2,5*10-4%, причем содержание его в земной коре равно 4*10-4% (в гранитном слое) и 1*10-4% (в базальтовом), в мантии его содержание мало - 0,012*10-4%, в ядре - 0,003*10-4%. Уран входит в состав всех природных образований земной коры: магматические, метаморфические и осадочные породы, природные воды (гидросфера), растительные и животные организмы (биосфера). В земной коре заключена огромная масса урана: его общее содержание в литосфере определяется цифрой 1016 т. В микроколичествах (10-5-10-8 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10-7 г\г.Токсическое действие урана обусловлено его химическими свойствами и зависит от растворимости: более токсичны уранил и др. растворимые соединения урана.При захвате нейтронов ядра некоторых изотопов урана способны к делению, при этом выделяется громадное количество энергии. Но эта энергия оказалась управляемой и используется в мирных целях. Для получения энергии в ядерных реакторах применяются изотопы урана: 235U и 233U.Исследование радиоактивности геологических формаций базируется на использовании гамма-спектрометрии как метода их выявления в полевых условиях. Аппаратура, установленная на самолет

Содержание

Введение

Глава 1. Распространенность урана и его изотопов в окружающей среде

Глава 2. Геохимические свойства урана и его изотопов

Глава 3. Основные минералы урана

Глава 4. Месторождения урана

Глава 5. Кларк урана, его изотопов и его ПДК

Глава 6. Токсичность и радиотоксичность урана

Глава 7. Использование урана и его изотопов в медицине и технике

Глава 8. Методы радиологического исследования геологических формаций

Глава 9. Полевые радиометрические методы

Список использованной литературы

В Богемии (Чехословакия) с давних пор производилась добыча полиметаллических руд. Среди руд и минералов горняки часто обнаруживали черный тяжелый минерал, так называемую смоляную обманку (Pechblende). В XVIII в. полагали, что этот минерал содержит цинк и железо, однако точных данных о его составе не было. Первым исследованием смоляной обманки занялся в 1789 г. немецкий химик-аналитик Клапрот. Он начал со сплавления минерала с едким калием в серебряном тигле. Однако продукт сплавления минерала растворялся не полностью. Отсюда Клапрот пришел к выводу, что в минерале нет ни молибдена, ни вольфрама, есть какая-то неизвестная субстанция, содержащая новый металл. Клапрот попробовал растворить минерал в азотной кислоте и царской водке. В остатке от растворения он обнаружил кремниевую кислоту и немного серы, а из раствора через некоторое время выпали красивые светлые зеленовато-желтые кристаллы в виде шестигранных пластинок. Под действием желтой кровяной соли из раствора этих кристаллов выпадал коричнево-красный осадок, легко отличимый от подобных осадков меди и молибдена. Клапроту пришлось много потрудиться, прежде чем ему удалось выделить чистый металл. Он восстанавливал окисел бурой, углем и льняным маслом, но во всех случаях при нагревании смеси образовывался черный порошок. Только в результате вторичной обработки этого порошка (нагревание в смеси с бурой и углем) получилась спекшаяся масса с вкрапленными в нее маленькими зернами металла. Клапрот назвал новый металл ураном (Uranium) в ознаменование того, что исследование этого металла почти совпало по времени с открытием планеты Уран (1781). Слово уран происходит от греч.- небо и, таким образом, может означать "небесный металл". Смоляную обманку Клапрот переименовал в "урановую смолку". Чистый металлический уран получил впервые Пелиго в 1840 г. Долгое время химики располагали солями урана в очень небольших количествах; их использовали для получения красок и в фотографии. Исследования урана хотя и велись, но мало что прибавляли к тому, что установил Клапрот. Атомный вес урана принимали равным 120 до тех пор, пока Менделеев предложил удвоить эту величину. После 1896 г., когда Беккерель открыл явление радиоактивности, уран вызвал глубочайший интерес и химиков и физиков. Беккерель обнаружил, что двойная соль калийуранилсульфат оказывает действие на фотографическую пластинку, завернутую в черную бумагу, т. е. испускает какие-то лучи. Супруги Кюри, а затем и другие ученые продолжили исследования Беккереля, в результате чего были открыты радиоактивные элементы (радий, полоний и актиний) и множество радиоактивных изотопов тяжелых элементов. В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана - уран-Х, затем были открыты другие изотопы, названные уран-I и уран-II. В 1913 г. Фаянс и Геринг показали, что в результате beta-излучения, уран-Х1 превращается в новый элемент (изотоп), названный ими бревием; позже его стали именовать ураном-Х2. К нашему времени открыты все члены ураново-радиевого ряда радиоактивного распада [1].

Уран - очень тяжелый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три аллотропные формы: альфа (призматическая, стабильна до 667,7 C), бета (четырехугольная, стабильна от 667,7°C до 774,8 C), гамма (с объемно центрированной кубической структурой, существующей от 774,8°C до точки плавления).

На данный момент известны 26 изотопов урана и еще 6 возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе встречаются три изотопа урана: 234U (изотопная распространенность 0,0055 %), 235U (0,7200 %), 238U (99,2745 %).

Уран может проявлять степени окисления от III до VI. Соединения урана(III) образуют неустойчивые растворы красного цвета и являются сильными восстановителями:

4UCL3 2H2O > 3UCL4 UO2 H2^

Соединения урана(IV) являются наиболее устойчивыми и образуют водные растворы зеленого цвета.

Соединения урана(V) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе: 2UO2Cl > UO2Cl2 UO2

Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175°C, образуя U3O8. При 1000 C уран соединяется с азотом, образуя желтый нитрид урана. Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана. Уран растворяется в соляной, азотной и других кислотах, образуя четырехвалентные соли, зато не взаимодействует с щелочами. Уран вытесняет водород из неорганических кислот и солевых растворов таких металлов, как ртуть, серебро, медь, олово, платина и золото. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться. Уран имеет четыре степени окисления - III-VI. Шестивалентные соединения включают в себя триокись урана (окись уранила) UO3 и хлорид уранила(уранилхлорид) UO2Cl2.Тетрахлорид урана UCL4 и диоксид урана UO2 - примеры четырехвалентного урана. Вещества, содержащие четырехвалентный уран, обычно нестабильны и обращаются в шестивалентные при длительном пребывании на воздухе. Ураниловые соли, такие как уранилхлорид, распадаются в присутствии яркого света или органики [3].