Уран — очень странная планета. Объясняем, почему астрономы хотят отправить к ней зонд

Елизавета Приставка Новостной редактор

В НАСА заявили, что собираются отправить миссию на Уран, чтобы лучше исследовать его. Астрономы поддержали это решение, так как Уран до сих пор плохо изучен и часто его называют «странной планетой». «Хайтек» разбирается, в чем странность Урана и ответов на какие вопросы мы до сих пор не знаем.

Читайте «Хайтек» в

Самый холодный в Солнечной системе, лежит на боку, а лето на нем длится 42 года — это все про Уран, самую необычную планету, о которой ученые все еще знают очень мало. 

Уран находится далеко от Солнца — 2,9 млрд км от звезды: из-за этого астрономы изучили его хуже. В отличие от Юпитера и Сатурна, около Урана пролетал только один аппарат — «Вояджер-2» в 1986 году, заявила Эми Саймон, одна из ученых НАСА, которая поддерживает запуск миссии на планету.

«Это одна из самых странных планет в Солнечной системе, и ее до сих пор подробно не изучили. Так что сейчас подходящее время исследовать всю систему вместе с планетой и лунами», — считает доктор Саймон.

Самый холодный во всей Солнечной системе 

Уран очень холодный. Температура на нем достигает -224 °C. Планету называют самым холодным местом в Солнечной системе. 

«Он холоднее Нептуна, мы знаем, что он выделяет меньше тепла, чем ожидалось. Есть ли внутри Урана слой, который не дает теплу выходить из него?» — говорит доктор Мейнард-Кейсли.

Уран или все-таки Джордж?

После открытия Урану не могли дать имя в течение 70 лет. Его даже хотели назвать Джорджем. Все остальные планеты внутри Солнечной системы были известны еще давно, потому что их легко обнаружить в ночном небе. Но Уран был первой планетой, которую открыли, и даже после этого астрономы еще сомневались и думали, что это звезда или комета. Впервые Уран зафиксировал Джон Флемстид, который наблюдал его в 1690 году по крайней мере шесть раз и принял за звезду.  

Если бы Уильям Гершель, который наблюдал Уран и впервые назвал его планетой, добился своего в 1781 году, то объект назвали бы Георгианским Сидусом, или Звездой Георга, в честь его покровителя короля Георга III. 70 лет спустя астрономы остановились на названии Уран. Его выбрали в честь греческого бога неба Урана, отца Сатурна и деда Юпитера.

Уран не «стоит», а лежит

В отличие от других планет, Уран наклонен на бок под углом 97,77°. Это означает, что он катится по своей орбите, а не вращается. Из-за этого необычного наклона получается, что полюса планеты непрерывно обращены к Солнцу в течение 42 земных лет.

В среднем в течение года полюса получают больше солнечного света и больше энергии, чем экватор. Другие планеты устроены иначе. Ученые до сих пор не знают, почему планета, а также ее луны и кольца, которые окружают экватор, — находятся под углом. Одна из гипотез состоит в том, что в Уран врезалось неизвестное огромное тело с сопоставимыми размерами, — это, возможно, произошло еще в ранней Солнечной системе. Но это не объясняет, как Уран получил свои спутники.

Когда появились спутники Урана

В отличие от других планет, чьи спутники названы в честь персонажей греческой мифологии, 27 спутников Урана названы в честь произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Эти маленькие луны находятся на той же орбите, и они должны были образоваться примерно в то же время, что и планета.

Это отличает Уран от своего соседа, ледяного гиганта Нептуна. В случае с Нептуном его спутники образовались не одновременно вместе с планетой, а стали вращаться вокруг нее, так как были захвачены притяжением. 

Астрономы предполагают, что некоторые из лун Урана могут быть покрыты водой. Это значит, что они потенциально пригодны для развития жизни. Миранда — пятая по величине луна — покрыта трещинами и разломами. Долгое время считалось, что она разрушилась, а потом восстановилась из больших кусков. Но в последнее время ученые заявили, что это могут быть свидетельства криовулканизма. Это предлагают изучить во время потенциальной миссии.

Пока что ученые не знают, связаны ли эти повреждения с вулканической активностью. Также может быть, что на поверхности Миранды действительно есть радиационные повреждения. Радиационное повреждение от Солнца, самого Урана или откуда-то за пределами нашей Солнечной системы может изменить структуру воды и привести ее в стекловидное состояние — аморфный лед.

Экстремальная погода и лето в течение 42 лет

Благодаря необычному наклону на планете есть экстремальная погода. Но это нельзя было определить по снимкам «Вояджера-2». Отчасти причина была в самих камерах, которые делали изображения Урана. Когда зонд пролетал мимо, то одна сторона была освещена, а вторую было совсем не видно. По словам профессора Хорнера, если говорить о других планетах, таких как Юпитер или Нептун, то у них погодные условия более выражены на экваторе. Он отметил, что когда «Вояджер-2» пролетал мимо Урана, погода была «очень скучной».

За 36 лет, прошедших с пролета «Вояджера-2», астрономы частично изучили эту погоду через линзы телескопа «Кека» и космического телескопа «Хаббл». Благодаря им ученые узнали, что на Уране могут быть мощные штормы, происходящие из-за того, что поверхность планеты, которая не нагревалась в течение 42 лет, начинает теплеть во время смены сезонов.

Но все существующие телескопы, включая новый космический телескоп «Джеймс Уэбб», по-прежнему недостаточно хорошо изучают Уран.

Уран покрыт оболочками воды и газов

Сейчас ученые считают, что Уран примерно в четыре раза больше Земли и представляет собой гигантский шар из плотной замерзшей жидкости — воды, метана и аммиака — они покрывают небольшое каменистое ядро. 

Его атмосфера состоит из водорода и гелия, которые смешаны с аммиаком и метаном. Это придает Урану голубой цвет, также он появился благодаря воде и другим газам. Но ученые точно не знают, как выглядят эти слои. Если астрономы выяснят это, они приблизятся к ответу на вопрос, почему на Уране так холодно.  

Странное магнитное поле

То, что происходит в оболочках газа, может помочь объяснить, почему у планеты очень странное магнитное поле. Оно, похоже, возникает не прямо в центре Урана, как у Земли и других планет, а исходит из мантии — она находится вокруг ядра. 

Одна из гипотез заключается в том, что вода и аммиак, которые образуют оболочки вокруг планеты, находятся под высоким давлением, поэтому внутри них изменяются субатомные частицы. Если вывести космический корабль на орбиту Урана, то можно узнать гораздо больше о том, как меняется плотность оболочек, а также состав и их количество. 

Когда запустят миссию на Уран?

Уран находится далеко и ему нужно 84 года, чтобы совершить оборот вокруг Солнца. Поэтому подобная миссия будет рассчитана на следующее поколение ученых. По словам доктора Саймона, если НАСА сможет уложиться в установленный срок в 2031 или 2032 году, миссии потребуется 12 лет, чтобы достичь места назначения.

НАСА собирается не только отправить орбитальный аппарат, который будет летать вокруг планеты, но также запустит зонд в атмосферу планеты.

Читать далее

Посмотрите на «бесшумный» дрон с ионным двигателем нового поколения

Ученые придумали, как найти темную материю, используя обычный завод

Астрономы изучили 4 скопления звезд в Млечном Пути: одно из них ведет себя странно

почему Уран для NASA является главной целью для полета

Исследование Урана может предоставить больше информации не только о формировании Солнечной системы, но и в целом о нашей галактике.

Related video

Последний раз к Урану приближался космический аппарат NASA в далеком 1986 году. Это был «Вояджер-2», благодаря которому астрономы увидели более подробно массивный бледно-голубой ледяной гигант с атмосферой из водорода, гелия и метана, который имеет много спутников и сильное магнитное поле. Но до сих пор ученые знают о седьмой планете Солнечной системы слишком мало.

Исследование Урана может пролить свет на то, почему в Млечном Пути часто встречаются именно такие планеты и что еще скрывает от ученых этот ледяной гигант, сосед Нептуна. Национальная академия наук США поставила перед NASA задачу отправить в ближайшее время космический аппарат к Урану, чтобы это выяснить, пишет The Guardian.

Уран был открыт в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем. За прошедшие столетия ученые выяснили, что это очень странная планета.

Уран был открыт в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем

Фото: Guardian

Уран не такой как остальные планеты

В отличие от остальных планет Солнечной системы Уран вращается вокруг Солнца как бы лежа на боку. Поэтому всегда в одном полушарии темно и холодно на протяжении 42 лет, а в другом все наоборот. Также ученые выяснили, что это самая холодная планета Солнечной системы несмотря на то, что ближайший ее сосед Нептун находится дальше от Солнца. Уран — это единственная планета, которую назвали в честь древнегреческого, а не древнеримского бога.

В отличие от остальных планет Солнечной системы Уран вращается вокруг Солнца как бы лежа на боку

Фото: NASA

На старт, внимание, NASA

Учитывая то, что этот ледяной мир, который находится на расстоянии в 2,8 млрд км от Солнца, в последний раз посещал космический аппарат 36 лет назад, Национальная академия наук США поставила перед NASA задачу отправить в ближайшее время новый космический аппарат к Урану, чтобы тщательно его изучить.

«Это очень хорошая новость. В Солнечной системе есть много мест, о которых мы знаем намного больше, чем про Уран. Особым вниманием пользуются Юпитер и Сатурн, но данные с Урана помогут нам лучше понять процесс формирования нашей Солнечной системы», — говорит Ли Флетчер из Лестерского университета, Великобритания.

За последние десятилетия, когда ученые начали обнаруживать планеты за пределами Солнечной системы, оказалось, что в нашей галактике вокруг других звезд очень часто вращаются такие же массивные ледяные гиганты, как Уран и Нептун.

«Пока не ясно, почему таких планет так много. Я считают, что эти планеты имеют какое-то важное значение. В них есть что-то особенное. А значит, изучив Уран мы сможем получить больше информации о самой галактике. И конечно же пора узнать, что происходит на Уране на самом деле и каков его точный состав», — говорит Флетчер.

За последние десятилетия, когда ученые начали обнаруживать планеты за пределами Солнечной системы, оказалось, что в нашей галактике вокруг других звезд очень часто вращаются такие же массивные ледяные гиганты, как Уран и Нептун

Фото: wikipedia

Полет длительностью в 13 лет

Чтобы добраться до Урана космическому аппарату нужно будет несколько раз облететь Юпитер, чтобы набрать нужную скорость. Но ученые говорят, что нужно торопиться с реализацией полета к Урану. Лучшие условия для быстрого достижения планеты будут в 2031 или в 2032 году. Именно тогда нужно запустить в космос новый аппарат. Сам полет займет целых 13 лет. Но перед этим NASA нужно создать космический аппарат для изучения Урана, а для этого нужно 4 млрд долларов.

Согласно предварительному плану, космический аппарат будет вращаться вокруг Урана и иногда пролетать рядом с его спутниками. Также аппарат отправит в атмосферу Урана небольшой зонд для более тщательного исследования планеты.

Тайны Урана

По словам ученых, с помощью новой космической миссии можно ответить на несколько важных вопросов и разгадать тайны Урана:

  • Почему такие ледяные гиганты так часто встречаются в Млечном Пути?
  • Почему Уран самая холодная планета в Солнечной системе?
  • Почему ось Урана наклонена таким образом, что почти совпадает с плоскостью орбиты вокруг Солнца и его полюса находятся там, где у других планет находится экватор?

По поводу «лежачего положения» Урана есть основная теория, которая гласит, что огромный астероид столкнулся с планетой и таким образом она «легла на бок».

«Может быть поэтому у Урана почти не осталось внутреннего тепла и там так холодно. Только космический аппарат ответит на эти вопросы», — говорит Патрик Ирвин из Оксфордского университета.

Но не только Уран может стать целью номер один для нового полета аппарата NASA. Вторым кандидатом является спутник Сатурна Энцелад, на котором можно обнаружить признаки микробной жизни, которая там может существовать, как показывают предварительные данные. Национальная академия наук США предлагает космическому агентству отправить космический аппарат и туда.

Кстати, первооткрыватель Урана, Уильям Гершель изначально хотел назвать планету в честь британского короля Георга III. Таким образом планета могла бы называться Георгиум Сидус, или Звезда Георга. Но научное сообщество в конце концов согласовало название Уран.

Первооткрыватель Урана, Уильям Гершель изначально хотел назвать планету в честь британского короля Георга III. Таким образом планета могла бы называться Георгиум Сидус, или Звезда Георга

Фото: The Guardian

Уран: подробности

  • Уран имеет 27 спутников;
  • Считается, что он состоит из трех частей: каменного ядра, ледяной оболочки и атмосферы из водорода и гелия;
  • У Урана есть кольца, которые не так хорошо выражены, как у Сатурна;
  • Один год на Уране длится 84 земных года;
  • Минимальная температура на Уране может составлять -224 градуса Цельсия.

Фокус уже писал о том, что ученым удалось выяснить, почему ледяные гиганты Уран и Нептун имеют разный цвет верхних слоев атмосферы.

Также Фокус уже писал про особенности температурного режима на Уране, а также о других самых холодных местах в Солнечной системе.

О том какими особенностями обладает сосед Урана, также ледяной гигант Нептун, Фокус также уже писал.

Уран — планета вращающаяся на боку

Планета Уран обязана своим открытием Гершелю, изучавшему небосвод в сконструированный им телескоп.

Содержание:

  • 1 История открытия
  • 2 Местонахождение
  • 3 Особенности планеты
  • 4 Особенности строения и атмосферы
  • 5 Кольца Урана
  • 6 Спутники
  • 7 Основные параметры планеты

История открытия

До своего открытия, планета Уран была неоднократно замечена и ошибочно причислена к звездам. Среди неподвижных небесных тел английский астроном заметил одно, движущееся по траектории и отличающееся от остальных по цвету. Так, в конце XVIII века была обнаружена новая планета. В выбранном названии первооткрыватель хотел прославить короля Георга III, но его идея не имела успеха. Спустя несколько лет немец Боне, продолживший изучение неизвестного тела, предложил имя греческого бога – Уран, которое было признано общественностью.

Местонахождение

Уран в телескоп Хаббл

Урану так долго удавалось оставаться незамеченным из-за его исключительной отдаленности от светила. Расстояние от Солнца до далекого гиганта составляет 2,8 млрд. км. Это седьмая планета в нашей системе. Астрономы определяют ее в группу газовых гигантов. Колоссальное расстояние от источника тепла и энергии сделало Уран самой холодной планетой среди всех изученных. На поверхности гиганта зафиксированы рекордно низкие данные температуры, она опускается до -220 градусов по Цельсию.

Особенности планеты

Инфракрасный снимок Урана ESO

Уран уникален по своему расположению, его ось находится под наклоном в 98 градусов, что заставляет оригинальную планету совершать движение по орбите, лежа на боку. В таком положении на области полюсов направлен основной поток солнечной энергии, но, в разрез с логическими выводами, температура на участке экватора имеет более высокие показатели. Направление вращения ледяного гиганта обратное, по отношению к движению по орбите. Один оборот Уран делает за 84 земных года, а сутки проходят за 17 часов, этот срок вычисляется приблизительно по причине неравномерного перемещения газообразной поверхности.

Особенности строения и атмосферы

Атмосфера Урана

Масса небесного тела составляет 8,68х10 в 25 кг, она меньше, чем вес газовых гигантов, расположенных поблизости. Это обусловлено минимальной плотностью планеты – 1,27 г/см3, имеющей в основе легкие компоненты. Ее строение включает ядро из железа и камня; мантию – ледяной корпус, составляющий большую часть гиганта, и атмосферу. Эта модель разработана теоретически, ее основанием стало изучение гравитационного воздействия Урана на спутники. Эффектное голубое сияние планете придает наличие в верхних слоях частиц метана, его массовая доля составляет 2%. Основой газовой оболочки является водород – 82% и гелий – 15%. Оставшуюся часть делят аммиак и ацетилен. Мантия не является ледяной оболочкой в физическом понимании – это модифицированная смесь воды и аммиака. На планете нет твердой поверхности, этот уровень вычисляется условно исходя из показателей давления.

Нижняя область атмосферы динамична и подвержена ураганным ветрам. Над ней расположена тропопауза с облаками аммиака и сероводорода. Сезоны на Уране длятся несколько лет, в этот период одно полушарие лишено солнечного света. Магнитное поле планеты мощное и сложное, его ось смещена от оси вращения на 60 градусов.

Кольца Урана

Внутренние кольца Урана

Планета окружена собственной системой колец, состоящих из частиц различного диаметра. Имея темный цвет, они не выделяются и плохо заметны. Их рассмотрели только в 1977 году. Насчитывается 13 колец – 11 внутренних и 2 внешних, имеющих окрашенный спектр.

Спутники

Уран, кольца и спутники, снимок телескопа Кек

Уран не одинок в космических просторах, его компанию разделяют 27 крупных и мелких спутников. Два из них обнаружил в 1787 году Уильям Гершель, спустя 80 лет открыли следующую пару. Последний из пяти крупных спутников заметили почти через столетие. Эти космические объекты имеют форму шара, их тела созданы изо льда и камня. Каждый из них имеет свои особенности: Миранда – ближайшая к Урану луна, Умбриэль – имеет очень темную поверхность, Ариэль – самый молодой и светлый, Оберон – изрезан кратерами, следами прошлой вулканической деятельности. Титания похожа размерами и внешним видом на Оберон – это два крупнейших спутника. Остальные 22 объекта были открыты позднее, при помощи мощных телескопов и аппарата «Вояджер – 2». Для названий принято использовать имена персонажей произведений Шекспира и Поупа.

Основные параметры планеты

Масса: 86,832 x 10*24 кг
Объем: 6833 х 10*10 км3
Средний радиус: 25362 км
Средний диаметр: 50724 км
Средняя плотность 1,270 г/см 3
Первая космическая скорость: 21,3 км/с
Ускорение свободного падения: 8.87 м/с 2
Естественных спутников: 27
Наличие колец — да
Большая полуось: 2872460000 км
Орбитальный период: 30685.4 дней
Перигелий: 2741300000 км
Афелий: 3003620000 км
Средняя орбитальная скорость: 6.81 км/с
Наклонение орбиты: 0,772 °
Эксцентриситет орбиты: 0,0457
Звездный период вращения: 17.24 часов
Продолжительность дня: 17.24 часов
Осевой наклон: 97,77 °
Дата открытия: 13 марта 1781
Минимальное расстояние от Земли: 2581900000 км
Максимальное расстояние от Земли: 3157300000 км
Максимальный видимый диаметр с Земли: 4. 1 угловых секунды
Минимальный видимый диаметр с Земли: 3.3 угловых секунды
Максимальная звездная величина: 5.32

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 33926

Запись опубликована: 21.12.2012
Автор: Максим Заболоцкий

Элемент недели: уран | видео | Наука

Элемент этой недели — уран, который имеет символ U и атомный номер 92 . Уран был назван в честь планеты Уран, которая была открыта за восемь лет до открытия урана. Уран был назван в честь греческого бога неба.

Уран встречается в большем количестве и распространеннее, чем думает большинство людей — он встречается в небольших количествах во всех камнях, почве и воде, и, например, его больше, чем серебра. Это самый крупный элемент, обнаруженный на Земле в значительных количествах. В дикой природе почти весь уран представляет собой уран-238 (99,27%) изотопа, хотя имеются следовые количества встречающегося в природе урана-235 и даже меньшего количества урана-234. Уран радиоактивен и распадается, испуская альфа-частицы (два протона и два нейтрона, связанные вместе). Период полураспада урана-238 составляет около 4,47 миллиарда лет, а урана-235 — 704 миллиона лет.

Чистый уран — ковкий металл серебристо-белого цвета, тверже большинства элементов. Он очень плотный — примерно на 70% плотнее свинца, но немного менее плотный, чем золото или вольфрам. Эта плотность делает его полезным в качестве противовеса в самолетах.

До того, как было обнаружено, что уран является радиоактивным, его широко использовали для окрашивания стекла, керамики и глазури. Благодаря урану столовая посуда Fiesta (ref), популярная в США, а также плитка для ванных комнат и кухонь была произведена в наборе интенсивных цветов, таких как зеленый, желтый, лиловый, черный, синий и (особенно радиоактивный) красный. .

Несмотря на то, что радиоактивный распад урана (наряду с торием и калием-40) сохраняет тепло на Земле, уран не является непосредственно необходимым для жизни. Хотя должен отметить, что его соли ядовиты, вызывают почечную недостаточность. Основной интерес урана для биологов связан с особой способностью некоторых видов бактерий (doi:10.1126/science.149).6397), некоторые лишайники (doi:10.1080/0144398) и даже растения активно поглощают его из окружающей среды и концентрируют в своих тканях.

Природный уран состоит более чем на 99% из U-238. Один из его изотопов, уран-235, является единственным природным изотопом, который оказался делящимся, то есть способным поддерживать ядерное деление. Делящиеся материалы используются для производства энергии или являются основным компонентом ядерного оружия. Но уран можно обогащать, чтобы увеличить количество U-235: обогащенный реакторный уран содержит 3-4% U-235, тогда как обогащенный оружейный уран содержит 90% U-235.

Атомная бомба под названием «Малыш», сброшенная на Хиросиму в Японии в 1945 году, содержала 64 кг (140 фунтов) высокообогащенного урана-235. Эта бомба имела взрывную энергию 16 килотонн в тротиловом эквиваленте, она убила примерно 90 000–166 000 человек и разрушила около 50 000 зданий.

После обогащения остается едва радиоактивный U-238. Известный как обедненный уран, он используется в качестве защиты от радиоактивных материалов или в качестве «пенетраторов с высокой плотностью» — так военные говорят о плотных остроконечных снарядах, которые пробивают дыры в непроницаемых объектах.

Вот один из наших любимых химиков, рассказывающий нам больше об уране, который, вероятно, является его любимым элементом, поскольку он находится в центре его исследований:

[ссылка на видео]

В 2001 году астрономы впервые обнаружили уран-238 в спектр звезды. Эта звезда, обозначенная как CS31082-001 и названная звездой Кайрела, находится на краю Млечного Пути. Судя по соотношению урана-238 и тория-232, звезда Кайрела, по оценкам, возникла примерно 12,5 миллиардов лет назад, что делает ее одной из старейших известных звезд.

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Видеожурналист Брейди Харан — человек с камерой, а Ноттингемский университет — это место с химиками. Вы можете следить за Брейди в твиттере @periodicvideos и за Университетом Ноттингема в твиттере @UniofNottingham

Вы уже встречались с этими элементами:

Протактиний: Pa , атомный номер 91
Торий: 49003, , , , номер 90
Актиний: Ac , atomic number 89
Radium: Ra , atomic number 88
Francium: Fr , atomic number 87
Radon: Rn , atomic number 86
Astatine: As , атомный номер 85
Polonium: PO , атомный номер 84
Бисмут: BI , Atomic Number 83
Свинец: PB , Atomic Number 82
THALLIUD: , Atomic Number 9000 9004
THALLIUD: , атомное число 82
THALLIUD: , атомное число 82
Thallium: , атомное число 82
THALLIUD0003 Tl , atomic number 81
Mercury: Hg , atomic number 80
Gold: Au , atomic number 79
Platinum: Pt , atomic number 78
Iridium: Ir , атомный номер 77
Осмий: OS , Atomic Number 76
Rhenium: Re , Atomic number 75
Tungsten: W , Atomic Number 74 9004
TANTAL: W , Atomic Number 74 141 TANTAL: , , ATOMIC 74
41 TANTEN: W , ATOMIC 74
41 TANTEN: W , ATOMIC 74
0003 TA , Atomic Number 73
Hafnium: HF , Atomic Number 72
Lutetium: Lu , Atomic Number 71
YTTERBIUD: YB , ATOMIC 7004
YTTERBIUD: Th , атомный номер 69
Erbium: ER , Атомный номер 68
Холмий: HO , Атомный номер 67
Dysprosium: Dy , Atomic Number 66 9000 4 9004 9 9004 9 9004 9 9004 9 9004 9

: Dy , Atomic Number 66 9004 9 9004 9
: Dy , Atomic Number 66 9004 9 9000 9. 0041 Terbium: Tb , atomic number 65
Gadolinium: Gd , atomic number 64
Europium: Eu , atomic number 63
Samarium: Sm , atomic number 62
Promethium : PM , Atomic Number 61
Neodymium: ND , Atomic Number 60
Praseodymium: PR , атомный номер 59
CERIM: CE , Атомный номер
: CE , Атомный номер
: CE , Atomic Number
.0003 58
Lanthanum: LA , Atomic Number 57
Barium: BA , Atomic Number 56
Cæsium: CS , ATOMIC NUMPLAY 55
: XE xom43.
йод: I , атомный номер 53
Tellurium: TE , Atomic № 52
Artimony: SB , Atomic Number 51
TIN: SN , Atomic Номер 51
TIN: SN , Atomic № 51
TIN: SN , Atomic № 51
:0003 50
Indium: In , atomic number 49
Cadmium: Cd , atomic number 48
Silver: Ag , atomic number 47
Palladium: Pd , atomic number 46
Rhodium: RH , атомный номер 45
Рутениум: RU , атомный номер 44
Техний: TC , Atomic Number 43
Molybdenum: Mo, № 43
: Mo, № 43
: MO , № 43
: MO , № 43
: , номер
:0003 42
Niobium: Ni , Atomic number 41
Цирконий: ZR , Atomic Number 40
YTTrium: Y , Atomic Number 39
: S. , Atomic Number 39
: SRAM43 SRAM43.
Rubidium: Rr , atomic number 37
Krypton: Kr , atomic number 36
Bromine: Br , atomic number 35
Selenium: Se , atomic number 34
Arsenic: AS , Atomic Number 33
Германия: GE , Atomic Number 32
Gallium: GA , Atomic Number 31
Zinc: Zn , Atomic Number 31
Zinc: , Atomic 31
Zinc: , Atomic 31
: Zn , Atomic № 31
: , Atomic Number 31
: , Atomic Number 31
: .
Copper: Cu , atomic number 29
Nickel: Ni , atomic number 28
Cobalt: Co , atomic number 27
Iron: Fe , atomic number 26
Марганец: млн. , атомный номер 25
Хром: CR , Атомный номер 24
Vanadium: V , Atomic Number 23
Titanium: TI , № 23
Titanium: TI , номер 23
: TI .
Scandium: SC , Atomic Number 21
Кальций: CA , Atomic Number 20
Калий: K , атомный номер 19
Аргин: AR , Atomic № 1
: AR , атомный номер
: AR , атомный номер
: AR , атомный номер 0003 18
Chlorine: Cl , atomic number 17
Sulfur: S , atomic number 16
Phosphorus: P , atomic number 15
Silicon: Si , atomic number 14
Алюминий: AL , атомный номер 13
Магний: мг , атомный номер 12
натрий: NA , Atomic № 11
Neon: Ne , Atomic № 110004
Neon: Ne , Atomic № 110004
: NE , Atomic № 110004
: NE , Atomic Number
: NE , atomic № 0003 10
Фторин: F , атомный номер
кислород: O , атомный номер 8
Азот: N , Atomic № 7
Углерог: C , Atomic Number 7
Углег: C , Atomic Number 7
: C 9000, Atomic Number 7
: C 9000, Atomic Number 7
: C 9000, Atomic Number 7
: C 9000, Atomic № 7
: C 9000, Atomic № 7
.
Boron: B , atomic number 5
Beryllium: Be , atomic number 4
Lithium: Li , atomic number 3
Helium: He , atomic number 2
Водород: H , атомный номер 1

Вот интерактивная Периодическая таблица элементов Королевского химического общества, с которой действительно весело играть!

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Grrlscientist также можно найти здесь: Maniraptora и в социальных сетях: facebook, Google +, LinkedIn, Pinterest и конечно, твиттер: @GrrlScientist

урана | Определение, свойства, использование и факты

уран

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:
Фрэнк Гарольд Спеддинг Анри Беккерель Уиллард Фрэнк Либби Сирил Стэнли Смит Отто Роберт Фриш
Похожие темы:
урановая серия уран-233 уран-239 уран-238 уран-235

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

уран (U) , радиоактивный химический элемент актиноидного ряда периодической таблицы, атомный номер 92. Является важным ядерным топливом.

Уран составляет около двух частей на миллион земной коры. Некоторыми важными урановыми минералами являются настуран (нечистый U 3 O 8 ), уранинит (UO 2 ), карнотит (ванадат калия и урана), аутунит (фосфат кальция и урана) и торбернит (фосфат меди и урана). . Эти и другие извлекаемые урановые руды как источники ядерного топлива содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. Один фунт урана дает столько же энергии, сколько 1,4 миллиона килограммов (3 миллиона фунтов) угля.

Викторина «Британника»

Так много химии, так мало времени Викторина

Какой французский химик первым выделил кодеин? Кому приписывают открытие урана? Проверьте свои знания. Пройди тест.

Для получения дополнительной информации о месторождениях урановой руды, а также о методах добычи, переработки и извлечения см. переработка урана. Сравнительные статистические данные по добыче урана см. в табл. .

Уран
страна добыча на шахте в 2013 г. (метрические тонны) % мировой добычи полезных ископаемых
*Оценивать.
Источник: Всемирная ядерная ассоциация, Добыча урана в мире (2014 г.).
Казахстан 22 574 37,9
Канада 9332 15,6
Австралия 6350 10,6
Нигер* 4528 7. 6
Намибия 4315 7.2
Россия 3135 5.3
Узбекистан* 2400 4.0
Соединенные Штаты 1835 3.1
Китай* 1450 2,4
Малави 1132 1,9
Украина 1075 1,9
Южная Африка 540 0,9
Индия* 400 0,7
Чешская Республика 225 0,4
Бразилия 198 0,3
Румыния* 80 0,1
Пакистан* 41 0,1
Германия 27 0,0
мировой итог 59 637 100

Уран — это плотный твердый металлический элемент серебристо-белого цвета. Он пластичен, податлив и способен хорошо полироваться. На воздухе металл тускнеет, а в мелкодисперсном виде воспламеняется. Это относительно плохой проводник электричества. Хотя металл был открыт (1789 г.) немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был впервые выделен (1841 г.) французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго восстановлением тетрахлорида урана (UCl 9).0529 4 ) с калием.

Формулировка периодической системы русским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году привлекла внимание к урану как к самому тяжелому химическому элементу, и эта позиция оставалась до открытия первого трансуранового элемента нептуния в 1940 году. В 1896 году французский физик Анри Беккерель открыл в уране явление радиоактивности — термин, впервые использованный в 1898 году французскими физиками Марией и Пьером Кюри. Позднее это свойство было обнаружено во многих других элементах. В настоящее время известно, что уран, радиоактивный во всех своих изотопах, состоит, естественно, из смеси урана-238 (99,27 процента, период полураспада 4 510 000 000 лет), уран-235 (0,72 процента, период полураспада 713 000 000 лет) и уран-234 (0,006 процента, период полураспада 247 000 лет). Эти длительные периоды полураспада делают возможным определение возраста Земли путем измерения количества свинца, конечного продукта распада урана, в некоторых урансодержащих породах. Уран-238 является материнским, а уран-234 — одной из дочерних в ряду радиоактивного распада урана; уран-235 является родоначальником ряда распада актиния. См. также актиноидный элемент.

Элемент уран стал предметом интенсивного изучения и широкого интереса после того, как немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли в конце 1938 года явление ядерного деления урана при бомбардировке медленными нейтронами. Американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил (в начале 1939 г.), что нейтроны могут быть среди продуктов деления и, таким образом, могут продолжать деление как цепную реакцию. Американский физик венгерского происхождения Лео Силард, американский физик Герберт Л. Андерсон, французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили (1939) это предсказание; более поздние исследования показали, что при делении выделяется в среднем 2 1 / 2 нейтронов на атом. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (2 декабря 1942 г.), первому испытанию атомной бомбы (16 июля 1945 г.), первой атомной бомбе, сброшенной во время войны (6 августа 1945 г.), первому атомному двигателю. подводная лодка (1955 г.) и первый полномасштабный атомный электрогенератор (1957 г.).

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Деление происходит с помощью медленных нейтронов в относительно редком изотопе урана-235 (единственном встречающемся в природе делящемся материале), который необходимо отделить от имеющегося в изобилии изотопа урана-238 для его различных применений. Однако уран-238 после поглощения нейтронов и отрицательного бета-распада превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется медленными нейтронами. Следовательно, природный уран можно использовать в реакторах-конвертерах и реакторах-размножителях, в которых деление поддерживается редким ураном-235, а плутоний производится одновременно путем трансмутации урана-238. Делящийся уран-233 можно синтезировать для использования в качестве ядерного топлива из неделящегося изотопа тория-232, которого много в природе. Уран также важен как первичный материал, из которого синтетические трансурановые элементы были получены в результате реакций трансмутации.

Уран, который является сильно электроположительным, реагирует с водой; он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными степенями окисления являются +4 (как в оксиде UO 2 , тетрагалогенидах, таких как UCl 4 , и зеленый водный ион U 4 + ) и +6 (как в оксиде UO 3 ). , гексафторид UF 6 и желтый ион уранила UO 2 2+ ). В водном растворе уран наиболее стабилен в виде уранил-иона, который имеет линейную структуру [O=U=O] 2+ . Уран также находится в состоянии +3 и +5, но соответствующие ионы нестабильны. Красный ион U 3+ медленно окисляется даже в воде, не содержащей растворенного кислорода. Цвет иона UO 2 + неизвестен, т.к. он подвергается диспропорционированию (UO 2 + одновременно восстанавливается до U 4 + и окисляется до UO 4 + четно в очень разбавленных растворах.

Соединения урана использовались в качестве красителей для керамики. Гексафторид урана (UF 6 ) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением паров (115 торр = 0,15 атм = 15 300 Па) при 25 ° C (77 ° F). UF 6 химически очень реакционноспособен, но, несмотря на свою коррозионную природу в парообразном состоянии, UF 6 нашел широкое применение в газодиффузионном и газоцентрифужном методах отделения урана-235 от урана-238.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых металл-углеродные связи соединяют металл с органическими группами. Ураноцен представляет собой уранорганическое соединение U(C 8 H 8 ) 2 , в котором атом урана расположен между двумя органическими кольцевыми слоями, относящимися к циклооктатетраену C 8 H 8 . Его открытие в 1968 году открыло новую область металлоорганической химии.

9565
Element Properties
atomic number 92
atomic weight 238.03
melting point 1,132.3 °C (2,070.1 °F)
кипящая точка 3818 ° C (6904 ° F)
Специфический вес 9,05
Окидания
. atomic state [Rn]5 f 3 6 d 1 7 s 2

Lester Morss

Wyoming State Geological Survey

UraniumWhat is UraniumUranium GeologyUranium DepositsUranium РесурсыДобыча уранаUranium Logs


Уран образовался в результате взрыва сверхновых миллиарды лет назад, до формирования нашей Солнечной системы. Сегодня его медленный радиоактивный распад является основным источником тепла внутри. земная кора. Уран — это тяжелый металл, который можно использовать в качестве богатого источника концентрированной энергии. Обычно это происходит в виде оксида; пример урана минерал – уранинит (UO 2 ). Металлический уран примерно на 60 процентов плотнее свинца и почти так же плотен, как золото. Он встречается в следовых количествах практически везде на планете, даже в морской воде.

Уран был обнаружен в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом в руде, известной как урановая смолка. Он был назван в честь планеты Уран, открытой восемью годами ранее.


Изотопы урана

Встречающийся в природе уран состоит в основном из трех изотопов (атомов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов). Самый распространенный изотоп урана — 238 U. (который имеет 146 нейтронов и 92 протона в ядре), за которым следуют 235 U (который имеет 143 нейтрона и 92 протона в ядре) и следовые количества 234 U (который имеет 142 нейтрона и 92 протона в ядре). Другие изотопы урана известны, но очень редки и обычно недолговечны. Некоторые из них могут быть изготовлены искусственно, например, 239 U, который производится в процессе преобразования 238 U по 239 Плутоний, а 232 Торий может быть преобразован в 233 U.

Все изотопы урана радиоактивны, то есть их ядра нестабильны и со временем распадаются. Скорость распада известна как радиоактивный период полураспада. 238 U имеет самый длинный период полураспада — 4,47 миллиарда лет, и считается самым стабильным. 235 U имеет период полураспада 703 миллиона лет, а 234 U имеет еще более короткий период полураспада 245 300 лет. Потому что 234 U и 235 U имеют относительно короткие периоды полураспада, относительное содержание этих изотопов уменьшилось по сравнению с 238 U с момента образования Земли.

Uranium Decay Series

Когда ядро ​​урана распадается, оно испускает излучение (в виде энергии или частиц), и количество частиц в ядре изменяется. Изменение числа протонов превращает атомы урана в другие элементы, которые мы называем продуктами распада или дочерними продуктами. Изотопы урана должны пройти несколько процессов распада, прежде чем достигнут стабильной формы в процессе, известном как серия распадов.

Серия распада 238 U дает нестабильный 234 U в качестве промежуточного дочернего продукта во время этого процесса и в конечном итоге заканчивается образованием стабильного 206 Свинца. Серия распадов 235 U заканчивается, когда образуется стабильный изотоп свинца 207 .

Атомы урана медленно распадаются, испуская альфа-частицы. Альфа-частица, испускаемая ядром урана, заряжена положительно и состоит из двух протонов и двух нейтронов, что физически и химически идентично ядро гелия. Дочерние продукты, созданные в течение 9Серии распада 0737 238 U и 235 U также могут испускать бета-частицы и гамма-излучение.

Основываясь на скорости распада, ученые-геологи могут использовать различные серии распада урана для определения возраста горных пород и геологических событий.

Источник чистой энергии

Ядерная энергия, производимая из урана, признана практичным, недорогим и чистым источником энергии. Типичная 1000-мегаваттная реактор может обеспечить электроэнергией современный город с населением до 1 млн человек. Атомная энергетика надежна, а электростанции не выбрасывают углекислый газ. Выбросы, исходящие от массивных башен атомной электростанции, на самом деле представляют собой водяной пар. Атомная энергетика может похвастаться лучшим коэффициентом мощности среди всех форм производства электроэнергии. Коэффициент мощности, процент времени, в течение которого точка питания находится в сети и активно вырабатывает электроэнергию, является мерой надежности. Атомная электростанция может работать при температуре выше 90 процентов емкости. Угольная электростанция работает примерно на 64 процента, электростанция, работающая на природном газе, — на 43 процента, а гидроэлектростанция — на 40 процентов.

На атомной электростанции вода превращается в пар, который приводит в действие турбогенераторы для производства электроэнергии. Основное отличие атомной электростанции от угольной или Источником тепла является электростанция, работающая на природном газе. На атомной электростанции тепло для производства пара создается, когда атомы урана расщепляются в процессе, называемом делением. Здесь нет сжигание в ядерном реакторе, в отличие от электростанций, работающих на ископаемом топливе.

Ядерное деление

235 U — единственный изотоп урана, считающийся делящимся. Когда ядро ​​атома 235 U сталкивается с движущимся нейтроном, оно распадается на две части. Это расщепление, известное как реакция деления, высвобождает энергия в виде тепла и излучения плюс еще два-три нейтрона выбрасываются из ядра. Если достаточное количество этих испущенных нейтронов поразит ядра других 235 атомов U рядом и заставляет их расщепляться, высвобождая еще больше энергии и нейтронов, может быть достигнута «цепная реакция» деления. Когда это происходит неоднократно, много миллионов раз, очень большое количество тепла производится из относительно небольшого количества урана. Это процесс, используемый на атомных электростанциях для производства электроэнергии.

Топливо

Топливо, используемое на атомной электростанции, должно содержать достаточное количество расщепляющегося материала, чтобы вызвать цепную реакцию. Все атомные электростанции в США требуют уранового топлива с более высокой концентрацией 235 U. изотопа, чем встречается в природе. Эти заводы используют низкообогащенное урановое топливо, которое содержит 3-5 процентов 235 U (по сравнению с 0,7 процента 235 U, обнаруженными в природном уране).

Усовершенствованные ядерные реакторы, такие как натриевый реактор, который планируется построить на электростанции Нотон недалеко от Кеммерера, штат Вайоминг, требуют топлива с концентрацией 5-20 процентов 235 U. Топливо с этим диапазоном с содержанием 235 U известен как низкообогащенный уран с высоким содержанием проб (HALEU).

Прежде чем урановую руду можно будет обогащать и превращать в топливо, необходимо пройти несколько этапов. После того, как руда добыта и перемолота в желтый кек (оксид урана, обычно U 3 O 8 ), транспортируется на переоборудование завод, где он перерабатывается в газ гексафторид урана (UF 6 ). Затем этот газ транспортируется на установку по обогащению топлива, где он обогащается до 235 U.