யுரேனியம் (U): பண்புகள், வினைகள் மற்றும் பயன்கள்

அறிமுகம்: யுரேனியம் ஏன் முக்கியமானது

யுரேனியம் (U) இயற்கையாகக் கிடைக்கும் ஒரு கதிரியக்க தனிமம். இது அணுசக்தி உற்பத்தி மற்றும் அணு ஆயுதங்களில் முக்கியப் பங்கு வகிப்பதன் மூலம் அறியப்படுகிறது. யுரேனியம்-235 என்ற அதன் ஐசோடோப்பின் பிளவுபடும் தனித்துவமான அணுப் பண்புகள், நவீன ஆற்றல் உற்பத்தி மற்றும் தற்காப்பு உத்திகளில் இதை ஒரு முக்கியமான வளமாக ஆக்குகின்றன. அணுசக்தி பயன்பாடுகளைத் தாண்டி, கன உலோகமாகவும் ஆக்டினைடு தனிமமாகவும் யுரேனியத்தின் வேதியியல் நடத்தை சுவாரஸ்யமான வேதியியல் குணாதிசயங்களை வழங்குகிறது.

CBSE/JEE விரைவு மறுபார்வை குறிப்புகள்

அணு எண் (Z): 92
அணு நிறை: தோராயமாக 238.0289 u (அதிகமாக காணப்படும் ஐசோடோப்பான யுரேனியம்-238க்கு)
குறியீடு: U
தொகுதி: ஆக்டினைடுகள் (f-தனிமங்களின் ஒரு பகுதி)
வரிசை: 7
பிளாக்: f-பிளாக்
இயல்பு: வெள்ளி-வெள்ளை நிறமுடைய, பளபளப்பான, கன உலோகம்; அதிக கதிரியக்கம் கொண்டது; காற்றில் விரைவாக மங்குகிறது.
பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள்: +3, +4, +5, +6. மிகவும் நிலையான மற்றும் பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள் +4 (யுரேனியம்(IV) அல்லது யுரேனஸ்) மற்றும் +6 (யுரேனியம்(VI) அல்லது யுரேனைல்) ஆகும்.
முக்கிய ஐசோடோப்: யுரேனியம்-235 (²³⁵U) பிளவுபடும் தன்மை கொண்டது, அதாவது இது ஒரு அணு சங்கிலி வினையைத் தக்கவைக்க முடியும். யுரேனியம்-238 (²³⁸U) மிகவும் அதிகமாக காணப்படும் ஐசோடோப் மற்றும் இது வளமானது, அதாவது இது பிளவுபடும் புளூட்டோனியம்-239 (²³⁹Pu) ஆக மாற்றப்படலாம்.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

எலக்ட்ரான் அமைப்பு

யுரேனியத்தின் அடிப்படை நிலை எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²

விளக்கம்: 6d¹ எலக்ட்ரான் இருந்தபோதிலும், யுரேனியம் ஒரு f-பிளாக் தனிமமாக (ஆக்டினைடு) வகைப்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் 5f ஆர்பிட்டால்கள் நிரப்பப்படுகின்றன. 5f, 6d மற்றும் 7s ஆர்பிட்டால்களின் ஆற்றல் நிலைகள் மிக நெருக்கமாக இருப்பதால், சிக்கலான எலக்ட்ரான் கட்டமைப்புகள் மற்றும் மாறுபட்ட ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள் ஏற்படுகின்றன.

பிணைப்பு நடத்தை

ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகள்:
- +3: 7s² மற்றும் ஒரு 5f எலக்ட்ரானை இழப்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது. யுரேனியம்(III) சேர்மங்கள் (எ.கா., UCl₃) பொதுவாக ஒடுக்கும் தன்மையுடையவை மற்றும் எளிதில் ஆக்ஸிஜனேற்றப்படுகின்றன.
- +4: 7s² மற்றும் 6d¹ எலக்ட்ரானை இழப்பதன் மூலம், ஒரு 5f எலக்ட்ரானுடன் சேர்த்து பெறப்படுகிறது. யுரேனியம்(IV) சேர்மங்கள் (எ.கா., UO₂, UCl₄) அமிலக் கரைசல்களில் ஒப்பீட்டளவில் நிலையானவை மற்றும் பொதுவாகக் காணப்படுகின்றன.
- +5: குறைவாகக் காணப்படுகிறது மற்றும் பெரும்பாலும் விகிதச் சமமற்ற வினைகளை (disproportionates) மேற்கொள்கிறது.
- +6: மிகவும் நிலையான மற்றும் பொதுவான ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலை. 7s², 6d¹ மற்றும் அனைத்து 5f எலக்ட்ரான்களையும் இழப்பதன் மூலம் இது அடையப்படுகிறது. யுரேனியம்(VI) நீர்க்கரைசல்களில் மற்றும் பல சேர்மங்களில் (எ.கா., UO₃, UO₂(NO₃)₂) பெரும்பாலும் நேரியல் யுரேனைல் அயனியாக (UO₂²⁺) காணப்படுகிறது.
பிணைப்பு வகை: யுரேனியம் சேர்மங்களில் உள்ள பிணைப்பு பெரும்பாலும் அயனிப் பிணைப்பாக (குறைந்த ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகளில் அல்லது அதிக எலக்ட்ரான் கவர்தன்மை கொண்ட தனிமங்களுடன்) தொடங்கி, குறிப்பிடத்தக்க சகப்பிணைப்புத் தன்மை (குறிப்பாக +6 நிலையில், யுரேனைல் அயனியில் காணப்படுவது போல) வரை வேறுபடலாம். அணைவுச் சேர்மங்கள் பொதுவாகக் காணப்படுகின்றன.

முக்கியமான வேதியியல் வினைகள்

1. காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினை

யுரேனியம் உலோகம் காற்றில் விரைவாக மங்கி, பல்வேறு ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது. 3U(s) + 4O₂(g) → U₃O₈(s) (யுரேனியம் ஆக்டாக்சைடு, மிகவும் நிலையான ஆக்சைடு) குறைந்த வெப்பநிலையில், UO₂ உருவாகலாம்: U(s) + O₂(g) → UO₂(s) (யுரேனியம் டை ஆக்சைடு)

2. தண்ணீருடன் வினை

யுரேனியம் குளிர்ந்த நீருடன் மெதுவாகவும், சூடான நீர் அல்லது நீராவியுடன் விரைவாகவும் வினைபுரிந்து யுரேனியம் டை ஆக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. U(s) + 2H₂O(l) → UO₂(s) + 2H₂(g)

3. அமிலங்களுடன் வினை

ஆக்ஸிஜனேற்றாத அமிலங்கள் (எ.கா., HCl): யுரேனியம் ஆக்ஸிஜனேற்றாத அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் மற்றும் யுரேனியம்(IV) உப்புகளை உருவாக்குகிறது, இருப்பினும் U(III) ஒரு இடைநிலை சேர்மமாக இருக்கலாம். U(s) + 4HCl(aq) → UCl₄(aq) + 2H₂(g)
ஆக்ஸிஜனேற்றும் அமிலங்கள் (எ.கா., HNO₃): ஆக்ஸிஜனேற்றும் அமிலங்களுடன், யுரேனியம் அதிக ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலைகளுக்கு ஆக்ஸிஜனேற்றப்பட்டு, பெரும்பாலும் யுரேனைல் அயனி (UO₂²⁺) கொண்ட சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. U(s) + 8HNO₃(dilute) → UO₂(NO₃)₂(aq) + 4NO₂(g) + 4H₂O(l) (யுரேனைல் நைட்ரேட் உருவாக்கம்)

4. ஹாலோஜன்களுடன் வினை

யுரேனியம் ஹாலோஜன்களுடன் நேரடியாக வினைபுரிந்து ஹாலைடுகளை உருவாக்குகிறது. யுரேனியம் ஹெக்ஸாஃப்ளூரைடு (UF₆) ஐசோடோப் செறிவூட்டலுக்கு மிகவும் முக்கியமானது.

ஃப்ளூரின் உடன்: U(s) + 3F₂(g) → UF₆(g) (யுரேனியம் ஹெக்ஸாஃப்ளூரைடு)
குளோரின் உடன்: U(s) + 2Cl₂(g) → UCl₄(s) (யுரேனியம் டெட்ரா குளோரைடு)

5. அணுக்கரு பிளவு (ஒரு அணுக்கரு செயல்முறை)

இது ஒரு வேதியியல் வினை இல்லாவிட்டாலும், அணுக்கரு பிளவு என்பது யுரேனியம் சம்பந்தப்பட்ட மிக முக்கியமான செயல்முறையாகும். யுரேனியம்-235 போன்ற ஒரு பிளவுபடும் ஐசோடோப் ஒரு நியூட்ரானை உறிஞ்சும்போது, அதன் அணுக்கரு சிறிய அணுக்கருக்களாகப் பிளவுபடுகிறது, இதனால் ogromமான ஆற்றலையும் மேலும் நியூட்ரான்களையும் வெளியிடுகிறது, இது ஒரு சங்கிலி வினையை ஏற்படுத்துகிறது. ¹n + ²³⁵U → fission products + 2-3¹n + energy

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

அணு எரிபொருள்: யுரேனியத்தின் முக்கிய தொழில்துறை பயன்பாடு அணுமின் உலைகளில் எரிபொருளாகும். செறிவூட்டப்பட்ட யுரேனியம் (அதிக சதவிகிதம் ²³⁵U கொண்டது) கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அணுக்கரு பிளவு மூலம் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது.
அணு ஆயுதங்கள்: அதிக செறிவூட்டப்பட்ட யுரேனியம் (HEU) ஒரு வெடிக்கும் சங்கிலி வினையைத் தக்கவைக்கும் திறன் காரணமாக அணு ஆயுதங்களின் வடிவமைப்பில் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும்.
குறைக்கப்பட்ட யுரேனியம் (Depleted Uranium): ²³⁵U-க்கான செறிவூட்டும் செயல்முறைக்குப் பிறகு எஞ்சியிருக்கும் யுரேனியம்-238, குறைக்கப்பட்ட யுரேனியம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது அதிக அடர்த்தி காரணமாக கவசம் துளைக்கும் எறிபொருள்கள், கதிர்வீச்சு பாதுகாப்பு மற்றும் விமானங்களில் சமன் செய்யும் எடையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
கதிரியக்க ஐசோடோப் உற்பத்தி: யுரேனியம் பிளவு விளைபொருட்கள் மருத்துவம், தொழில் மற்றும் ஆராய்ச்சியில் பயன்படுத்தப்படும் பல்வேறு கதிரியக்க ஐசோடோப்களின் ஆதாரமாக உள்ளன.
வரலாற்றுப் பயன்பாடுகள்: வரலாற்று ரீதியாக, யுரேனியம் சேர்மங்கள் கண்ணாடி மற்றும் மட்பாண்டங்களில் மஞ்சள்-ஆரஞ்சு நிறமியாகப் பயன்படுத்தப்பட்டன.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

அறியப்பட்ட உயிரியல் பங்கு இல்லை: எந்தவொரு உயிரினத்திலும் யுரேனியத்திற்கு அத்தியாவசியமான உயிரியல் பங்கு இருப்பதாக அறியப்படவில்லை.
நச்சுத்தன்மை: யுரேனியம் வேதியியல் ரீதியாகவும் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தது மற்றும் கதிரியக்க ரீதியாகவும் ஆபத்தானது.
வேதியியல் நச்சுத்தன்மை: ஒரு கன உலோகமாக, இது சிறுநீரக பாதிப்பு, எலும்பு பாதிப்பு மற்றும் நரம்பியல் விளைவுகளை ஏற்படுத்தலாம். பொதுவான வெளிப்பாடு நிலைகளில் அதன் கதிரியக்கத்தை விட வேதியியல் நச்சுத்தன்மையே பெரும்பாலும் உடனடி கவலையாகும்.
கதிரியக்க ஆபத்து: அதன் கதிரியக்கம் நீண்டகால சுகாதார அபாயத்தை ஏற்படுத்துகிறது, ஆல்பா துகள் உமிழ்வு காரணமாக புற்றுநோய் மற்றும் மரபணு சேதத்தின் வாய்ப்பை அதிகரிக்கிறது. இது எலும்புகள் மற்றும் மென்மையான திசுக்களில் குவியலாம்.