Urán (chemický prvok)

Urán (lat. "uranium") je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku U a protónové číslo 92. Prvok objavil v roku 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čistej forme bol izolovaný v roku 1841 Eugène-Melchior Péligotom. Meno dostal podľa vtedy novoobjavenej planéty Urán, ktorá bola pomenovaná podľa boha Uranos v gréckej mytológii (otec Titanov a prvý boh nebies, manžel všeplodnej bytosti Gaia).
Základné údaje.
Urán je v čistom stave striebrobiely lesklý kov, ktorý na vzduchu postupne tmavne – pokrýva sa vrstvou oxidov. Rozomletý na prášok je samozápalný. Nie je príliš tvrdý a dá sa pri normálnej teplote kovať alebo valcovať. Pri zahrievaní sa stáva najskôr krehkým, pri ešte väčšej teplote je však plastický.
Hustota (špecifická hmotnosť) uránu pri 20 °C je cca  · m−3 (rôzne zdroje uvádzajú údaje v rozmedzí 19 050 –  · m−3; pri teplote varu je hustota uránu cca  · m−3), urán tak patrí k najťažším prvkom vôbec, je o cca 70 % ťažší ako olovo.
Z prvkov vo všeobecnosti je ťažšie napr. osmium ( · m−3), irídium ( · m−3), platina ( · m−3) či rénium ( · m−3); iba o málo menšiu hustotu má volfrám ( · m−3). Vysoká hustota uránu je dôvodom pre mnohé jeho nejadrové využitie (pozri nižšie).
Elektrónová konfigurácia atómu: K: 2, L: 8, M: 18, N: 32, O: 5s-2, 5p-6, 5d-10, 5f-3 P: 6s-2, 6p-6, 6d-1 Q: 7s-2; 
Celková konfigurácia: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 4f14 5d10 6s2 6p6 5f3 6d1 7s2.
História.
Urán sa už v roku 79 pred Kr. používal na zafarbenie glazúr (nálezy blízko Neapola s 1% výskytom oxidu uránu).
Urán ako prvok bol objavený v roku 1789 lekárnikom a profesorem chémie Martinom Heinrichom Klaprothom (17431817), ktorý objavil alebo spoluobjavil aj niekoľko ďalších prvkov (zirkónium, titán, cér a telúr). Objav oznámil počas prejavu pred Pruskou akadémiou vied 24. septembra 1789. Pomenovaný bol podľa planéty Urán objavenej krátko predtým (1781), pôvodný názov uranit bol v roku 1790 zmenený na uranium. Klaproth analyzoval rudu z bane George Wagsfort vo Wittingshale pri Johanngeorgstadte v Sasku. Vystavil ju pôsobeniu kyseliny a prudko zohrial a získal čierny prášok, urán, ako sa domnieval. V skutočnosti išlo ale iba o jeho oxid, čistý urán sa podarilo získať až v roku 1841 Francúzovi Eugène-Melchior Péligotovi.
Urán sa potom používal na farbenie skla a glazúr (v Jáchymove od roku 1826), ťažil sa v českom Jáchymove a v britskom Cornwalle. Toto využitie podstatne kleslo v 2. polovici 20. storočia.
V roku 1896 zistil Henri Becquerel, že urán je rádioaktívny a – ak nerátame objav röntgenových lúčov krátko predtým – vlastne tým rádioaktivitu objavil. Maria Curieová-Skłodowská so svojim manželom Pierrom Curiem potom z uránovej rudy (jáchymovského smolinca) izolovali 2 nové prvky: najskôr polónium, o niečo neskôr aj rádium. Uránové rudy boli až do 30. rokov (objav umelých izotopov) používané na výrobu rádia v nich obsiahnutého (rádium sa veľmi skoro po objave začalo v malých množstvách používať na lekárske účely). Podľa Františka Běhounka bolo však za celú túto dobu izolovaných iba okolo rádia.
Pre účely jadrového priemyslu sa začal urán využívať až počas (resp. po) druhej svetovej vojny.
Prvá umelá jadrová reťazová reakcia (tzv. Fermiho reakcia) bola spustená 2. decembra 1942 talianskym fyzikom E. Fermim na ihrisku Chicagskej univerzity. Prostredníctvom jadrového reaktora (FBR1) bol po prvýkrát vyrobený elektrický prúd 20. decembra 1951, prvá jadrová elektráreň bola sprevádzkovaná v roku 1954 v ZSSR.
Výskyt a využitie.
V prírode sa urán vyskytuje vo forme zmesi izotopov označovaných ako 238U (99,276 %) a 235U (0,718 %) a iba vo veľmi malom množstve 234U (0,004 %). V prírode je urán v najrôznejších rudách relatívne častý, ale iba v malých koncentráciách 0,43 %.
Najstaršou, najznámejšou a asi najdôležitejšou rudou je uraninit (prípadne uranin, smolinec) alebo nasturan UO2 s prímesami (kubický minerál), zrejme druhou najdôležitejšou je carnotit K2(UO2)2[VO4]2.3H2O. Urán sa nachádza aj v ďalších rudách ako napr. v bröggerite, cleveite, nivenite (Nórsko) alebo v zipperite a johannite. V menšom množstve sa vyskytuje aj v uránových sľudách, vznikajúcich zvetrávaním pôvodných uránových rúd ako podvojné arzeničnany, sírany, fosforečnany a uhličitany. Na milión častíc v zemskej kôre pripadá 2,5 častice uránu (0,025 %). Pripravuje sa aluminotermicky z oxidov, alebo čistý do jadrových reaktorov redukciou fluoridu uraničitého kovovým vápnikom. Urán je čierny kovový prášok, ktorý sa taví na biely lesklý kov s jasnomodrým nádychom. Je hlavnou surovinou na získavanie atómovej energie a ďalšieho jadrového paliva plutónia. Urán sa stal najhľadanejším kovom na svete, pre využitie ako energetický zdroj budúcnosti. Urán je taktiež najpoužívanejšia rádioaktívna látka.
Využitie v jadrovom priemysle.
Dnes sa po tzv. obohatení uránu (zvýšení koncentrácie izotopov 235U) používa ako palivo v jadrových reaktoroch alebo ako náplň atómových bômb. Pre využitie uránu ako jadrového paliva je potrebné zvýšiť koncentráciu izotopu 235U z 0,72 % väčšinou na 68 %. Pre použitie v atómovej bombe je potrebné zvýšiť koncentráciu na hodnotu okolo 90 %.
Ako jadrové palivo sa dá v tzv. ťažkovodných reaktoroch využiť aj 238U, je to však omnoho náročnejšie, preto sa táto možnosť zatiaľ v praxi príliš nevyužíva. Nadkriticky štiepiteľný je aj 234U. Z 1 gramu 235U vznikne úplným štiepením až 75 600 MJ tepelnej energie.
Z izotopu 238U sa v rýchlych množivých reaktoroch dá vyrábať plutónium, ktoré tiež môže slúžiť ako jadrové palivo alebo náplň atómových bômb, tento postup sa však zatiaľ príliš nepoužíva kvôli vysokým investičným nákladom a technologickej náročnosti.
Nejadrové využitie.
Ako odpad po obohacovaní uránu zostane tzv. ochudobnený urán – ochudobnený preto, že bol zbavený podstatnej časti izotopu 235U) využiteľného ako palivo pre jadrové reaktory. V angličtine sa často označuje skratkou "DU (depleted uranium)" alebo zriedkavejšie "tuballoy".
Ochudobnený urán je pre svoju vysokú hustotu využívaný všade tam, kde je potrebná vysoká hmotnosť (vyváženie, nutnosť dosiahnuť vysokú kinetickú energiu pri malom objeme). Tá je potrebná napr. pre výrobu protipancierových projektilov (tzv. šípovej, presnejšie podkalibernej strely – priemer strely je menší ako priemer hlavne, z ktorej je vystrelená). Pôsobí tu síce najmä vysoká kinetická energia strely, účinok však zosilňuje aj to, že po prieniku projektilu za pancier sa tlakom a trením rozžeravené častice uránu vznietia, čo zvyšuje ničivý účinok vo vnútri obrneného priestoru. Na dosiahnutie tohto efektu sa strela musí pohybovať rýchlosťou zvuku. Je potrebné upozorniť na to, že toto použitie ako také nemá absolútne žiadnu súvislosť s jadrovým využívaním uránu, jeho dôvodom je iba vysoká hustota uránu, ľahká vznietlivosť a relatívna lacnosť. Vedľajším účinkom však napriek tomu môže byť rádioaktívne zamorenie, miera jeho neškodnosti alebo škodlivosti nie je dosiaľ doriešená. Veľkú úlohu pritom zohráva síce nízka rádioaktivita ochudobneného uránu, ale jeho veľké rozptýlenie v prostredí a možnosť dostať sa priamo do tela živých organizmov (potravou, pitím alebo vdýchnutím). Takéto strely boli použité spojencami v Iraku v roku 1992, v Srbsku a Čiernej Hore, v Kosove v roku 1999 a pravdepodobne aj v Afganistane v roku 2002.
V staršom, ale ešte používanom Boeingu 747 sa urán používa ako vyrovnávacie závažie. Uvádza sa, že bolo vyrobených okolo 600 exemplárov tohto modelu obsahujúceho ochudobnený urán, pričom jednotlivé exempláre obsahujú 400 ochudobneného uránu (iný prameň uvádza dokonca 400). Podobným spôsobom sa využíva aj v amerických lietadlách McDonnell Douglas DC-10. Ako záťaž sa využíva aj v plachetniciach, rotoroch gyroskopov, ropných vrtných súpravách, údajne dokonca aj vo vozoch Formuly 1. V niektorých amerických tankoch (napr. M1 Abrams) sa používa ako súčasť panciera. Ochudobnený urán môže byť použitý ako tienenie pred rádioaktivitou.
V zlúčenine dvojuránan sodný (Na2U2O7.6H2O) dodnes slúži pod názvom uránová žlť na farbenie skla a glazúr (farbí na žlto až žltozeleno). Asi sa ňou však dá farbiť aj na oranžovo až červeno. Miera tohto použitia sa však oproti minulosti výrazne znížila.
Vo fotografovaní sa zlúčeniny uránu (napr. UO2(NO3)2 – dusičnan uranylu) používajú na zosilnenie negatívov, do tónovacích kúpeľov a ako zosilňovačov svetlotlače. Kvôli chemickej toxicite sa dusičnan uranylu používa na experimentálne vyvolanie patologického stavu obličiek na pokusných zvieratách.
Urán obsahujúci svoj karbid je vhodným katalyzátorom pre syntézu amoniaku Haberovým spôsobom.