Хімічні професії урану

Ядерна професія урану надовго затьмарила його хімічні професії. А тим часом вони заслуговують на увагу: уран володіє багатьма дуже цінними хімічними властивостями. Цей елемент не може поскаржитися на неувагу до себе, зараз його вивченням зайнято, мабуть, більше дослідників і установ, ніж вивченням хімії будь-якого іншого елемента (виключаючи вуглець).

Стан досліджень з будь-якого елементу можна орієнтовно оцінити за кількістю відомих його з’єднань. За останні 15 років хіміки отримали понад половини сполук урану, синтезованих у всіх лабораторіях світу більш ніж за півтора століття. Таких успіхів нам вдалося досягти завдяки тому, що ми твердо вірили: майбутнє урану за його мирним застосуванням, за його широким використанням в самих різних галузях.

Що дозволяє оптимістично дивитися на майбутнє урану? Перш за все, широка поширеність і потужна, добре налагоджена уранова промисловість. Середній вміст урану в земній корі – його кларк – близько до 3.10 4%. Це навіть перевищує кларк елементів, які вважаються аж ніяк не рідкісними: олова, ртуті, кадмію, сурми, вісмуту, срібла. А рівень виробництва урану вже давно вище, ніж багатьох кольорових металів. Досить сказати, що в усьому світі зараз виробляється урану близько 40 тисяч тонн на рік.

Тут необхідно зазначити одну надзвичайно цікаву особливість урану, що відрізняє його від всіх інших рідкісних і кольорових металів. Незважаючи на те, що уран поки ще споживається практично цілком ядерною промисловістю, фактичні витрати його в порівнянні з виробництвом невеликі. Ймовірно, не більше 3-5% урану (принаймні, в енергетичних ядерних реакторах на природному урані) згоряє в процесі роботи, а решта 91-95%, так званий «відвальний уран» (містить менше 0,4% ізотопу, що ділиться), скупчуються по складах. Ядерній енергетиці він не потрібен.

Однак це зовсім не означає, що його треба скидати з рахунків. Уран не втратив свого значення для неядерного використання; зміна в ізотопному складі металу ніяк не відбивається на його хімічній властивості.

Разом з тим для мирного застосування урану не менш важлива велика різноманітність складу і властивостей його з’єднань. Ця різноманітність пов’язана з його хімічною природою. Уран – типовий комплексоутворювач, здатний виступати в своїх з’єднаннях в чотирьох різних валентних станах: уран може бути шестивалентний, п’ятивалентний, чотирьохвалентний і тривалентний. Сполуки урану різних валентностей відрізняються один від одного і за будовою і по фізичних і хімічних властивостях настільки, що можна говорити як би про хімію чотирьох різних елементів.

Найкраще вивчені сполуки шестивалентного урану, з нього ми і почнемо. Нині відомо близько 700 з’єднань шестивалентного урану. Два-три десятка з цього числа можна умовно віднести до так званих «простих» з’єднань. Це гідриди, карбіди, нітриди, силіциди та деякі інші сполуки урану. Решта, а їх переважна більшість, є комплексними.

Всього ж число можливих комплексних з’єднань урану може бути оцінена числами воістину астрономічними. У цьому океані з’єднань, безсумнівно, є безліч речовин, які можна використовувати для потреб господарства. Ось про ці-то хімічні речовини і піде мова.

Ми розповімо про деякі мирні професії уранових сполук. Ми не будемо торкатися енергетичних атомних реакторів, радіоактивних ізотопів, що вже знайшли широке застосування, ядерної вибухівки, яка може бути успішно застосована, наприклад, для будівництва великих іригаційних споруд або для видобутку корисних копалин, так як ці питання досить докладно висвітлені.

Чи можна використовувати наш знаменитий елемент в біології? Виявляється, можна. Уран необхідний для нормального розвитку рослин і засвоюється ними протягом усього вегетаційного періоду. А найбільше – під час цвітіння. Уран збільшує вміст цукру в коренях моркви і буряка і в плодах багатьох інших культур. Якщо ж цього елемента бракує, то рослина важко хворіє.

Вченим вдалося встановити важливу обставину: якщо внести в грунт невеликі кількості урану, то він допомагає розвиватися ґрунтовим мікроорганізмам, а бульбочкові бактерії краще фіксують атмосферний азот. Значить, малі кількості урану, абсолютно нешкідливі для рослин і тварин, здатні стати надійною підмогою для агронома.

Найбільш чуйні на внесення урану буряк, конюшина, люцерна, бавовна, льон. Поки ще не до кінця зрозуміло, яку роль відіграє елемент у житті людини і тварин. Але вже зараз не секрет, що уран і тут необхідний. Цікаві результати дали дослідження токсичності уранових сполук. В організмах тварин, протягом року отримували солі урану (до двох відсотків від ваги їжі), вміст цього елементу залишився практично незмінним і ніяких шкідливих явищ не спостерігалося. Зате вага тварин збільшилася майже в два рази.

Значить, деякі солі урану проявляють біологічну активність. Найбільш ймовірно, що біологічна дія елемента в цьому випадку пояснюється в першу чергу його хімічною природою, а вже потім його слабкою радіоактивністю.

Сам уран засвоюється живими організмами в дуже незначній мірі, проте він дуже сильно, сприяє засвоєнню інших необхідних для життєдіяльності елементів: фосфору, азоту, калію.

«Забута» професія урану – використання його в медицині як лікарського препарату. Уран в формі азотнокислої солі досить успішно застосовувався при лікуванні діабету. Вводили уран у великих дозах – від 0,011 до 3,9 грама, вводили протягом року, але ніяких шкідливих наслідків не було помічено.

Азотнокислі солі уранілу використовувалися при лікуванні місцевих шкірних захворювань, сифілісу, псоріазу, екземи, тріхофітоза і старечої атрофії. Деякі лікарі використовували, і досить успішно, уран і урано-торієві препарати для лікування пухлин. Проводилися експерименти по лікуванню хворих на рак; їм внутрішньовенно вливали колоїдальні ураноторієві препарати. Мабуть, дослідження в цьому напрямку дуже перспективні.

Свого часу проводилися цікаві досліди із застосування урану у виробництві сталей. Наприклад, ферроуран додавався в сталь для видалення кисню та азоту. За допомогою ферроурана отримували сталі, що витримують дуже низькі температури. В майбутньому, ймовірно, присадки урану будуть використовуватися для підвищення міцності сталі. Сплави урану з нікелем відрізняються великою стійкістю до корозії. На них не діє навіть «царська горілка».

Уран – каталізатор різних хімічних реакцій. Наприклад, уран і карбід урану каталізують синтез аміаку з азоту і водню. Найширше застосування знайдуть оксиди урану. Їх можна використовувати для каталітичного окислення метану киснем, отримання метилового і вищих спиртів з окису вуглецю і водню, окислення аміаку до оксидів азоту, окислення ацетальдегіду до оцтової кислоти, отримання синильної кислоти з окису вуглецю та аміаку.

За допомогою ванадату урану ведуть в деяких випадках крекінг нафти, а молібдат урану використовується іноді при окисленні ароматичних вуглеводнів.

Уранові з’єднання – різноманітні за кольором і дуже міцні барвники для кераміки, скла і емалей, для тканини, шкіри та фотознімків. У скло вводяться зазвичай чотиривалентний уран і його різні оксосполуки – уранати. Уранове скло – темно-зеленого кольору – може бути використано як світлофільтр. Якщо в нього доданий ще окис свинцю, скло виходить цегляно-помаранчевим. Можна підібрати такі сполуки урану, які надавали б склу жовте, сильно флюоресцируюче забарвлення.

У фотографії солі уранілу служили і служать для віріровання – створення коричневого кольору при друкуванні. Цей ефект пояснюється утворенням на фотопапері коричневого осаду ферроцианіда ураніла.

Уран – хімічно високоактивний елемент. Його порошок застосовується для очищення інертних газів – аргону і гелію від кисню, вуглекислого газу та азоту; він може бути використаний також для видалення газоподібних домішок з вакуумних трубок, газорозподільних пристроїв і аналогічних їм приладів.

До сих пір мова йшла про дуже «поважні» за віком професії урану. Але у нього є хімічна професія, яка народилася зовсім недавно. Новітні дослідження показали, що такі уранові сполуки, як оксиди, халькогеніди та деякі комплексні солі, знайдуть широке застосування при виготовленні електронної апаратури на напівпровідниках. Ці апарати зможуть працювати не тільки при звичайних температурах, а й – що особливо цінно – при високих. Цілком ймовірно, комплексні сполуки урану вдасться використовувати в лазерах і мазерах. Особливу надію вчені покладають тут на тривалентний уран.

Закінчуючи розгляд деяких мирних професій урану, не можна не відзначити, що широкому використанню цього елемента заважає досить поширена думка про його нібито надзвичайно сильну токсичність. Ця думка сильно перебільшена. Перш за все, токсичність урану пов’язана не з радіоактивністю, а з його хімічними властивостями. Отже, небезпека роботи з сполуками урану залежить, перш за все, від їх складу і будови. Сам по собі уран не більше токсичний, ніж такі необхідні для всього живого елементи, як калій, вуглець і азот. Однак же, поєднуючись в молекулі KCN (ціаністий калій), ці три нешкідливих елемента стають сильною отрутою. Так само і сполуки урану: все залежить від того, з чим уран хімічно пов’язаний.

Звичайно, якщо ввести в організм велику кількість добре розчинних солей урану і якщо він ще при цьому в катіонній формі, можна отруїтися. Але, з іншого боку, важко розчинний окис урану, якщо додавати його протягом року в їжу по 20% від ваги їжі, не тільки не погіршує здоров’я, але, навпаки, стимулює ріст організму.

Однак зі сказаного, звичайно, не варто робити висновок, що при роботі з сполуками урану слід взагалі знехтувати всякими правилами техніки безпеки. Ті шляхи використання урану, про які ми розповіли, далеко не вичерпують всі можливі області його мирного застосування, однак навіть і цього достатньо, щоб назвати уран корисним матеріалом для багатьох галузей господарства.

Автор: Г. Еллерт.