ইউরেনিয়াম (U): বৈশিষ্ট্য, বিক্রিয়া এবং ব্যবহার

ভূমিকা: ইউরেনিয়াম কেন গুরুত্বপূর্ণ

ইউরেনিয়াম (U) একটি প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত তেজস্ক্রিয় মৌল, যা প্রাথমিকভাবে পারমাণবিক শক্তি উৎপাদন এবং পারমাণবিক অস্ত্রের ভূমিকার জন্য পরিচিত। এর অনন্য পারমাণবিক বৈশিষ্ট্য, বিশেষ করে এর আইসোটোপ ইউরেনিয়াম-235-এর ফিশনযোগ্যতা, এটিকে আধুনিক শক্তি উৎপাদন এবং কৌশলগত প্রতিরক্ষায় একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পদে পরিণত করেছে। এর পারমাণবিক প্রয়োগের বাইরেও, একটি ভারী ধাতু এবং একটি অ্যাক্টিনাইড মৌল হিসাবে ইউরেনিয়ামের রাসায়নিক আচরণ আকর্ষণীয় রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য উপস্থাপন করে।

সিবিএসই/জেইই দ্রুত পুনর্বিবেচনা নোটস

• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 92
• পারমাণবিক ভর: প্রায় 238.0289 u (সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে প্রাপ্ত আইসোটোপ, ইউরেনিয়াম-238-এর জন্য)
• প্রতীক: U
• শ্রেণী: অ্যাক্টিনাইডস (f-ব্লক মৌলগুলির অংশ)
• পর্যায়: 7
• ব্লক: f-ব্লক
• প্রকৃতি: রূপালী-সাদা, উজ্জ্বল, ভারী ধাতু; অত্যন্ত তেজস্ক্রিয়; বাতাসে দ্রুত কলঙ্কিত হয়।
• সাধারণ জারণ অবস্থা: +3, +4, +5, +6। সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং সাধারণ জারণ অবস্থাগুলি হলো +4 (ইউরেনিয়াম(IV) বা ইউরেনাস) এবং +6 (ইউরেনিয়াম(VI) বা ইউরেনাইল)।
• প্রধান আইসোটোপ: ইউরেনিয়াম-235 (²³⁵U) হল ফিশনযোগ্য, যার অর্থ এটি একটি পারমাণবিক চেইন বিক্রিয়া বজায় রাখতে পারে। ইউরেনিয়াম-238 (²³⁸U) হল সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে প্রাপ্ত আইসোটোপ এবং এটি উর্বর, যার অর্থ এটি ফিশনযোগ্য প্লুটোনিয়াম-239 (²³⁹Pu) তে রূপান্তরিত হতে পারে।

ইলেকট্রন বিন্যাস এবং বন্ধন আচরণ

ইলেকট্রন বিন্যাস

ইউরেনিয়ামের ভূমি অবস্থার ইলেকট্রন বিন্যাস হল: [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²

• ব্যাখ্যা: 6d¹ ইলেকট্রন থাকা সত্ত্বেও, ইউরেনিয়ামকে একটি f-ব্লক মৌল (অ্যাক্টিনাইড) হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে কারণ 5f অরবিটালগুলি পূর্ণ হচ্ছে। 5f, 6d এবং 7s অরবিটালের শক্তি স্তরগুলি খুব কাছাকাছি, যা জটিল ইলেকট্রনিক কাঠামো এবং পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থার দিকে পরিচালিত করে।

বন্ধন আচরণ

• জারণ অবস্থা:
  • +3: 7s² এবং একটি 5f ইলেকট্রনের হারানোর ফলে উৎপন্ন হয়। ইউরেনিয়াম(III) যৌগগুলি (যেমন, UCl₃) সাধারণত বিজারক এবং সহজে জারিত হয়।
  • +4: 7s² এবং 6d¹ ইলেকট্রন, এবং একটি 5f ইলেকট্রন হারানোর ফলে উৎপন্ন হয়। ইউরেনিয়াম(IV) যৌগগুলি (যেমন, UO₂, UCl₄) অম্লীয় দ্রবণে তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল এবং প্রচলিত।
  • +5: কম প্রচলিত এবং প্রায়শই অসমঞ্জসতা দেখায়।
  • +6: সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং প্রচলিত জারণ অবস্থা। 7s², 6d¹ এবং সমস্ত 5f ইলেকট্রন হারানোর মাধ্যমে এটি অর্জিত হয়। ইউরেনিয়াম(VI) জলীয় দ্রবণে এবং অনেক যৌগে (যেমন, UO₃, UO₂(NO₃)₂) প্রধানত রৈখিক ইউরেনাইল আয়ন (UO₂²⁺) হিসাবে বিদ্যমান থাকে।
• বন্ধন প্রকার: ইউরেনিয়াম যৌগগুলিতে বন্ধন প্রধানত আয়নিক (নিম্ন জারণ অবস্থায় বা উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথে) থেকে উল্লেখযোগ্য সমযোজী বৈশিষ্ট্য (বিশেষ করে +6 অবস্থায়, যেমন ইউরেনাইল আয়নে দেখা যায়) পর্যন্ত হতে পারে। সন্নিবেশ যৌগগুলি সাধারণ।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া

1. বায়ু/অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া

ইউরেনিয়াম ধাতু বাতাসে দ্রুত কলঙ্কিত হয়, বিভিন্ন অক্সাইড তৈরি করে। 3U(s) + 4O₂(g) → U₃O₈(s) (ইউরেনিয়াম অক্টাওক্সাইড, সবচেয়ে স্থিতিশীল অক্সাইড) কম তাপমাত্রায়, UO₂ গঠিত হতে পারে: U(s) + O₂(g) → UO₂(s) (ইউরেনিয়াম ডাইঅক্সাইড)

2. জলের সাথে বিক্রিয়া

ইউরেনিয়াম ঠান্ডা জলের সাথে ধীরে ধীরে এবং গরম জল বা বাষ্পের সাথে দ্রুত বিক্রিয়া করে ইউরেনিয়াম ডাইঅক্সাইড এবং হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। U(s) + 2H₂O(l) → UO₂(s) + 2H₂(g)

3. অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া

• অ-জারক অ্যাসিড (যেমন, HCl): ইউরেনিয়াম অ-জারক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোজেন এবং ইউরেনিয়াম(IV) লবণ তৈরি করে, যদিও U(III) একটি মধ্যবর্তী হিসাবে থাকতে পারে। U(s) + 4HCl(aq) → UCl₄(aq) + 2H₂(g)
• জারক অ্যাসিড (যেমন, HNO₃): জারক অ্যাসিডের সাথে ইউরেনিয়াম উচ্চ জারণ অবস্থায় জারিত হয়, প্রায়শই ইউরেনাইল আয়ন (UO₂²⁺) ধারণকারী যৌগ তৈরি করে। U(s) + 8HNO₃(dilute) → UO₂(NO₃)₂(aq) + 4NO₂(g) + 4H₂O(l) (ইউরেনাইল নাইট্রেট গঠন)

4. হ্যালোজেনগুলির সাথে বিক্রিয়া

ইউরেনিয়াম সরাসরি হ্যালোজেনগুলির সাথে বিক্রিয়া করে হ্যালাইড তৈরি করে। ইউরেনিয়াম হেক্সাফ্লোরাইড (UF₆) আইসোটোপ সমৃদ্ধকরণের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।

• ফ্লোরিনের সাথে: U(s) + 3F₂(g) → UF₆(g) (ইউরেনিয়াম হেক্সাফ্লোরাইড)
• ক্লোরিনের সাথে: U(s) + 2Cl₂(g) → UCl₄(s) (ইউরেনিয়াম টেট্রাক্লোরাইড)

5. পারমাণবিক ফিশন (একটি পারমাণবিক প্রক্রিয়া)

যদিও এটি একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া নয়, পারমাণবিক ফিশন ইউরেনিয়ামকে জড়িত সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়া। যখন ইউরেনিয়াম-235 এর মতো একটি ফিশনযোগ্য আইসোটোপ একটি নিউট্রন শোষণ করে, তখন এর নিউক্লিয়াস ছোট নিউক্লিয়াসে বিভক্ত হয়ে যায়, প্রচুর পরিমাণে শক্তি এবং আরও নিউট্রন মুক্ত করে, যা একটি চেইন বিক্রিয়ার জন্ম দেয়। ¹n + ²³⁵U → fission products + 2-3¹n + energy

শিল্প ও জৈবিক গুরুত্ব

শিল্প গুরুত্ব

• পারমাণবিক জ্বালানি: ইউরেনিয়ামের প্রাথমিক শিল্প ব্যবহার হল পারমাণবিক বিদ্যুৎ চুল্লিতে জ্বালানি হিসাবে। সমৃদ্ধ ইউরেনিয়াম (যা ²³⁵U এর উচ্চ শতাংশ ধারণ করে) নিয়ন্ত্রিত পারমাণবিক ফিশনের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে ব্যবহৃত হয়।
• পারমাণবিক অস্ত্র: উচ্চ সমৃদ্ধ ইউরেনিয়াম (HEU) পারমাণবিক অস্ত্রের নকশার একটি মূল উপাদান, কারণ এটি একটি বিস্ফোরক চেইন বিক্রিয়া বজায় রাখার ক্ষমতা রাখে।
• ক্ষয়প্রাপ্ত ইউরেনিয়াম: ইউরেনিয়াম-238, যা ²³⁵U সমৃদ্ধকরণ প্রক্রিয়ার পর অবশিষ্ট থাকে, তাকে ক্ষয়প্রাপ্ত ইউরেনিয়াম বলা হয়। এর উচ্চ ঘনত্বের কারণে এটি বর্ম-ভেদী প্রজেক্টাইল, বিকিরণ ঢাল এবং বিমানের প্রতিভার হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
• রেডিওআইসোটোপ উৎপাদন: ইউরেনিয়াম ফিশন পণ্যগুলি চিকিৎসা, শিল্প এবং গবেষণায় ব্যবহৃত বিভিন্ন রেডিওআইসোটোপের উৎস।
• ঐতিহাসিক ব্যবহার: ঐতিহাসিকভাবে, ইউরেনিয়াম যৌগগুলি কাঁচ এবং সিরামিক্সে হলুদ-কমলা রঞ্জক হিসাবে ব্যবহৃত হত।

জৈবিক গুরুত্ব

• কোনো পরিচিত জৈবিক ভূমিকা নেই: ইউরেনিয়ামের কোনো জীবের মধ্যে কোনো পরিচিত অপরিহার্য জৈবিক ভূমিকা নেই।
• বিষাক্ততা: ইউরেনিয়াম রাসায়নিকভাবে বিষাক্ত এবং তেজস্ক্রিয়ভাবে বিপজ্জনক উভয়ই।
  • রাসায়নিক বিষাক্ততা: একটি ভারী ধাতু হিসাবে, এটি কিডনির ক্ষতি, হাড়ের ক্ষতি এবং স্নায়বিক প্রভাব ঘটাতে পারে। সাধারণত এক্সপোজার স্তরে এর তেজস্ক্রিয়তার চেয়ে রাসায়নিক বিষাক্ততা প্রায়শই আরও তাৎক্ষণিক উদ্বেগের কারণ।
  • তেজস্ক্রিয় বিপদ: এর তেজস্ক্রিয়তা দীর্ঘমেয়াদী স্বাস্থ্য ঝুঁকি তৈরি করে, আলফা কণা নির্গমনের কারণে ক্যান্সার এবং জেনেটিক ক্ষতির সম্ভাবনা বাড়ায়। এটি হাড় এবং নরম টিস্যুতে জমা হতে পারে।