L'articolo racconta di quando fu scoperto un elemento chimico come l'uranio e in quali industrie questa sostanza viene utilizzata ai nostri giorni.
L'uranio è un elemento chimico nell'industria energetica e militare
In ogni momento, le persone hanno cercato di trovare fonti di energia altamente efficienti e, idealmente, di creare una cosiddetta macchina a moto perpetuo. Sfortunatamente, l'impossibilità della sua esistenza è stata teoricamente provata e motivata già nel 19° secolo, ma gli scienziati non hanno mai perso la speranza di realizzare il sogno di una sorta di dispositivo in grado di produrre una grande quantità di energia "pulita" per un molto tempo.
In parte questo è stato realizzato con la scoperta di una sostanza come l'uranio. Un elemento chimico con questo nome ha costituito la base per lo sviluppo di reattori nucleari, che ai nostri giorni forniscono energia a intere città, sottomarini, navi polari e così via. È vero, la loro energia non può essere definita "pulita", ma negli ultimi anni molte aziende hanno sviluppato "batterie atomiche" compatte a base di trizio per un'ampia vendita: non hanno parti mobili e sono sicure per la salute.
Tuttavia, in questo articolo analizzeremo in dettaglio la storia della scoperta di un elemento chimicochiamato uranio e la reazione di fissione dei suoi nuclei.
Definizione
L'uranio è un elemento chimico che ha numero atomico 92 nella tavola periodica di Mendeleev. La sua massa atomica è 238.029 ed è designata dal simbolo U. In condizioni normali è un metallo argenteo denso e pesante. Se parliamo della sua radioattività, allora l'uranio stesso è un elemento con radioattività debole. Inoltre non contiene isotopi completamente stabili. E il più stabile degli isotopi esistenti è l'uranio-338.
Abbiamo scoperto cos'è questo elemento e ora diamo un'occhiata alla storia della sua scoperta.
Cronologia
Una sostanza come l'ossido di uranio naturale è nota alla gente fin dai tempi antichi e gli antichi artigiani la usavano per fare lo sm alto, che veniva usato per ricoprire varie ceramiche per l'impermeabilità di vasi e altri prodotti, così come il loro decorazioni.
L'anno 1789 fu una data importante nella storia della scoperta di questo elemento chimico. Fu allora che il chimico e tedesco Martin Klaproth riuscì a ottenere il primo uranio metallico. E il nuovo elemento ha preso il nome in onore del pianeta scoperto otto anni prima.
Per quasi 50 anni l'uranio ottenuto allora fu considerato un metallo puro, tuttavia, nel 1840, un chimico francese, Eugene-Melchior Peligot, poté provare che il materiale ottenuto da Klaproth, nonostante gli opportuni segni esterni, non era affatto un metallo, ma ossido di uranio. Poco dopo, lo stesso Peligo ha ricevutoil vero uranio è un metallo grigio molto pesante. Fu allora che fu determinato per la prima volta il peso atomico di una sostanza come l'uranio. L'elemento chimico nel 1874 fu inserito da Dmitri Mendeleev nella sua famosa tavola periodica degli elementi e Mendeleev raddoppiò due volte il peso atomico della sostanza. E solo 12 anni dopo, fu provato sperimentalmente che il grande chimico non si sbagliava nei suoi calcoli.
Radioattività
Ma l'interesse davvero diffuso per questo elemento nella comunità scientifica iniziò nel 1896, quando Becquerel scoprì il fatto che l'uranio emette raggi che prendono il nome dal ricercatore - raggi Becquerel. Più tardi, uno dei più famosi scienziati in questo campo, Marie Curie, chiamò questo fenomeno radioattività.
La prossima data importante nello studio dell'uranio è considerata il 1899: fu allora che Rutherford scoprì che la radiazione dell'uranio è disomogenea ed è divisa in due tipi: raggi alfa e beta. E un anno dopo, Paul Villar (Villard) scoprì il terzo, l'ultimo tipo di radiazione radioattiva a noi nota oggi: i cosiddetti raggi gamma.
Sette anni dopo, nel 1906, Rutherford, sulla base della sua teoria della radioattività, condusse i primi esperimenti, il cui scopo era determinare l'età di vari minerali. Questi studi hanno gettato le basi, tra l' altro, per la formazione della teoria e della pratica dell'analisi del radiocarbonio.
Fissione di nuclei di uranio
Ma, forse, la scoperta più importante, grazie alla quale ilL'estrazione diffusa e l'arricchimento dell'uranio per scopi sia pacifici che militari è il processo di fissione dei nuclei di uranio. Accadde nel 1938, la scoperta fu effettuata dai fisici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann. Successivamente, questa teoria ha ricevuto conferma scientifica nei lavori di molti altri fisici tedeschi.
L'essenza del meccanismo che hanno scoperto era la seguente: se irradi il nucleo dell'isotopo uranio-235 con un neutrone, allora, catturando un neutrone libero, inizia a dividersi. E, come ormai tutti sappiamo, questo processo è accompagnato dal rilascio di un'enorme quantità di energia. Ciò accade principalmente a causa dell'energia cinetica della radiazione stessa e dei frammenti del nucleo. Quindi ora sappiamo come avviene la fissione dell'uranio.
La scoperta di questo meccanismo e dei suoi risultati è il punto di partenza per l'uso dell'uranio sia per scopi pacifici che militari.
Se parliamo del suo uso per scopi militari, allora per la prima volta la teoria secondo cui è possibile creare le condizioni per un processo come una reazione di fissione continua del nucleo di uranio (poiché è necessaria un'enorme energia per far esplodere una bomba nucleare) è stato dimostrato dai fisici sovietici Zeldovich e Khariton. Ma per creare una tale reazione, l'uranio deve essere arricchito, poiché nel suo stato normale non ha le proprietà necessarie.
Abbiamo conosciuto la storia di questo elemento, ora scopriremo dove viene utilizzato.
Usi e tipi di isotopi di uranio
Dopo la scoperta di un processo come la reazione di fissione della catena dell'uranio, i fisici si sono trovati di fronte alla domanda su dove usarlo?
Attualmente, ci sono due aree principali in cui vengono utilizzati gli isotopi dell'uranio. Questa è un'industria pacifica (o energetica) e militare. Sia il primo che il secondo utilizzano la reazione di fissione nucleare dell'isotopo uranio-235, solo la potenza di uscita differisce. In poche parole, in un reattore nucleare non è necessario creare e mantenere questo processo con la stessa potenza necessaria per eseguire l'esplosione di una bomba nucleare.
Quindi, sono state elencate le principali industrie in cui viene utilizzata la reazione di fissione dell'uranio.
Ma ottenere l'isotopo dell'uranio-235 è un compito tecnologico estremamente complesso e costoso, e non tutti gli stati possono permettersi di costruire impianti di arricchimento. Ad esempio, per ottenere venti tonnellate di combustibile di uranio, in cui il contenuto dell'isotopo di uranio 235 sarà del 3-5%, sarà necessario arricchire più di 153 tonnellate di uranio naturale, "grezzo".
L'isotopo uranio-238 viene utilizzato principalmente nella progettazione di armi nucleari per aumentarne la potenza. Inoltre, quando cattura un neutrone, seguito da un processo di decadimento beta, questo isotopo può eventualmente trasformarsi in plutonio-239, un combustibile comune per la maggior parte dei moderni reattori nucleari.
Nonostante tutte le carenze di tali reattori (costo elevato, complessità della manutenzione, pericolo di incidenti), il loro funzionamento si ripaga molto rapidamente e producono incomparabilmente più energia rispetto alle classiche centrali termiche o idroelettriche.
Inoltre, la reazione di fissione del nucleo di uranio ha permesso di creare armi nucleari di distruzione di massa. Si distingue per la sua enorme forza, relativacompattezza e il fatto che è in grado di rendere inadatte all'insediamento umano vaste aree di terreno. È vero, le moderne armi atomiche usano il plutonio, non l'uranio.
Uranio impoverito
C'è anche una tale varietà di uranio impoverito. Ha un livello molto basso di radioattività, il che significa che non è pericoloso per l'uomo. Viene riutilizzato in ambito militare, ad esempio, viene aggiunto all'armatura del carro americano Abrams per conferirgli ulteriore forza. Inoltre, in quasi tutti gli eserciti high-tech puoi trovare vari proiettili con uranio impoverito. Oltre alla loro massa elevata, hanno un' altra proprietà molto interessante: dopo la distruzione del proiettile, i suoi frammenti e la polvere di metallo si accendono spontaneamente. E a proposito, per la prima volta un tale proiettile fu usato durante la seconda guerra mondiale. Come possiamo vedere, l'uranio è un elemento che è stato utilizzato in vari campi dell'attività umana.
Conclusione
Secondo le previsioni degli scienziati, intorno al 2030, tutti i grandi depositi di uranio saranno completamente esauriti, dopodiché inizierà lo sviluppo dei suoi strati difficili da raggiungere e il prezzo aumenterà. A proposito, lo stesso minerale di uranio è assolutamente innocuo per le persone: alcuni minatori hanno lavorato alla sua estrazione per generazioni. Ora abbiamo scoperto la storia della scoperta di questo elemento chimico e come viene utilizzata la reazione di fissione dei suoi nuclei.
A proposito, è noto un fatto interessante: i composti di uranio sono stati a lungo usati come vernici per porcellana evetro (il cosiddetto vetro all'uranio) fino agli anni '50.
