Номер 2, страница 262 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 63. Деление и синтез ядер. Темы докладов - номер 2, страница 262.

Условие.

2. Элемент уран.

Решение.

Общая характеристика

Уран (лат. Uranium) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом U. Он относится к семейству актиноидов. Атомная масса природного урана составляет 238,02891 а.е.м. Уран — тяжёлый, очень плотный, ковкий, пластичный, радиоактивный металл серебристо-белого цвета. Электронная конфигурация атома урана: [Rn] $5f^3 6d^1 7s^2$. Элемент был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в смоляной руде, а в чистом виде выделен французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго в 1841 году.

Ответ: Уран (U) — это 92-й элемент периодической таблицы, тяжёлый радиоактивный металл из группы актиноидов, являющийся основой ядерной энергетики.

Физические свойства

Уран — очень плотный металл, его плотность при нормальных условиях составляет около 19,1 г/см³, что примерно в 1,7 раза больше плотности свинца. Он обладает парамагнитными свойствами. Уран имеет три аллотропные модификации: α-уран (ромбическая решётка, устойчив до 667,7 °C), β-уран (тетрагональная решётка, существует в диапазоне 667,7–774,8 °C) и γ-уран (объёмно-центрированная кубическая решётка, от 774,8 °C до точки плавления). Температура плавления урана составляет 1132,2 °C, а температура кипения — 4131 °C.

Ответ: Уран — очень плотный (19,1 г/см³), парамагнитный металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 1132,2 °C, существующий в трёх аллотропных модификациях.

Химические свойства

Уран — химически активный элемент. На воздухе он медленно окисляется, покрываясь радужной оксидной плёнкой. В мелкодисперсном состоянии он пирофорен, то есть способен к самовоспламенению на воздухе при комнатной температуре. Уран легко реагирует с кипящей водой и кислотами (соляной, азотной, серной), вытесняя водород. При нагревании он взаимодействует почти со всеми неметаллами, включая галогены, серу, азот и углерод. Наиболее характерные и устойчивые степени окисления урана в соединениях — +4 и +6. Ионы уранила ($UO_2^{2+}$), в которых уран имеет степень окисления +6, образуют множество устойчивых солей. Важнейшими соединениями являются оксиды ($UO_2, U_3O_8, UO_3$) и гексафторид урана ($UF_6$), который используется в процессе обогащения урана.

Ответ: Уран является химически активным металлом, который легко вступает в реакции с кислотами, водой и неметаллами, образуя соединения преимущественно со степенями окисления +4 и +6.

Изотопы

Все изотопы урана радиоактивны. В природе встречаются три изотопа урана:

1. Уран-238 ($_{92}^{238}U$) — самый распространённый изотоп, его содержание в природном уране составляет около 99,2745%. Период его полураспада огромен — $T_{1/2} = 4,468 \times 10^9$ лет.

2. Уран-235 ($_{92}^{235}U$) — его содержание составляет около 0,7200%. Период полураспада — $T_{1/2} = 7,038 \times 10^8$ лет. Этот изотоп уникален тем, что его ядра способны к цепной реакции деления под действием тепловых нейтронов. Это свойство делает его основным топливом для ядерных реакторов и сырьём для ядерного оружия.

3. Уран-234 ($_{92}^{234}U$) — встречается в следовых количествах (около 0,0055%). Является продуктом распада урана-238. Период полураспада — $T_{1/2} = 2,455 \times 10^5$ лет.

Кроме природных, известно более двух десятков искусственно полученных изотопов урана.

Ответ: Природный уран состоит из трёх радиоактивных изотопов, среди которых $_{92}^{238}U$ является доминирующим, а $_{92}^{235}U$ — ключевым для ядерной энергетики и оружия благодаря его способности к цепной реакции деления.

Применение

Основная сфера применения урана связана с его ядерными свойствами.

1. Ядерная энергетика: Уран, обогащённый изотопом $_{92}^{235}U$ (обычно до 3-5%), используется в качестве топлива на атомных электростанциях (АЭС) для выработки электроэнергии. Изотоп $_{92}^{238}U$ также играет важную роль: поглощая нейтроны, он превращается в плутоний-239 ($_{94}^{239}Pu$), который сам является эффективным ядерным топливом.

2. Ядерное оружие: Высокообогащённый уран (с содержанием $_{92}^{235}U$ свыше 20%, а для оружейных целей — более 85%) является одним из основных материалов для создания ядерных боезарядов.

3. Обеднённый уран: Уран с пониженным содержанием изотопа $_{92}^{235}U$ (побочный продукт обогащения) находит применение в военной промышленности благодаря своей чрезвычайно высокой плотности. Его используют для изготовления сердечников бронебойных снарядов и для усиления брони танков и другой военной техники.

4. Другие области: В прошлом соединения урана использовались для окрашивания стекла и керамики (урановое стекло имеет характерный жёлто-зелёный цвет и флуоресцирует в ультрафиолете). Уран-свинцовый метод, основанный на распаде изотопов урана, является одним из самых надёжных методов определения возраста горных пород и Земли.

Ответ: Главным образом уран используется как топливо для АЭС и как сырьё для ядерного оружия; обеднённый уран применяется в военных технологиях благодаря своей высокой плотности.