يورانيوم U

الاكتشاف

في عام 1789 حلّل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروت البتشبلند، وهو معدن أسود ثقيل يُستخرج في أوروبا الوسطى، وأعلن أنه يحتوي على عنصر جديد. وما عزله فعلًا كان أكسيدًا. أما الفلز نفسه فحصل عليه لأول مرة عام 1841 الكيميائي الفرنسي أوجين ملكيور بيليغو، باختزال رابع كلوريد اليورانيوم بالبوتاسيوم.

ظل اليورانيوم عقودًا يُقدَّر أساسًا مادةً ملونة للزجاج والطلاءات الخزفية. وتغيّر ذلك عام 1896، حين وجد هنري بيكريل أن أملاح اليورانيوم تسوّد الألواح الفوتوغرافية حتى في الظلام، وهي الملاحظة التي أطلقت دراسة النشاط الإشعاعي.

وفي عام 1938 رصد أوتو هان وفريتز شتراسمان الباريوم بين نواتج اليورانيوم المقذوف بالنيوترونات، وفسّرت ليزه مايتنر وأوتو فريش النتيجة بالانشطار النووي: انقسام النواة إلى قسمين. وفي ديسمبر 1942 حقق فريق إنريكو فيرمي في شيكاغو أول تفاعل متسلسل ذاتي الاستدامة في كومة من اليورانيوم والغرافيت.

أصل التسمية

سمّى كلابروت العنصر نسبة إلى أورانوس، الكوكب الذي اكتشفه ويليام هيرشل قبل ذلك بثماني سنوات فقط، عام 1781. والكوكب نفسه يكرّم أورانوس، إله السماء عند اليونان. والرمز U هو الحرف الأول. وواصل العنصران التاليان، النبتونيوم والبلوتونيوم، التسلسل الكوكبي.

أهم الاستخدامات

• الطاقة النووية: تحرق معظم المفاعلات التجارية يورانيوم مخصّبًا إلى نحو 3–5 في المئة من اليورانيوم-235. والانشطار الكامل لكيلوغرام واحد يطلق حرارة تضاهي حرق عدة آلاف من أطنان الفحم.
• الدفع البحري: تعمل الغواصات وحاملات الطائرات بمفاعلات مدمجة وقودها اليورانيوم.
• اليورانيوم المستنفد: ما يتبقى بعد التخصيب معظمه يورانيوم-238. وتجعله كثافته العالية جدًا مفيدًا لأثقال موازنة الطائرات والتدريع الإشعاعي والدروع والذخيرة الخارقة للدروع.
• علم تأريخ الأرض: التأريخ باليورانيوم-رصاص هو الطريقة المعيارية لتحديد أعمار أقدم المعادن على الأرض والنيازك.
• ملوّن تاريخي: في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين أنتجت مركبات اليورانيوم زجاجًا أصفر مخضرًا وطلاءات خزفية زاهية.

النظائر

يتكون اليورانيوم الطبيعي من نحو 99.3 في المئة يورانيوم-238 و0.72 في المئة يورانيوم-235 وأثر من اليورانيوم-234. وعمر النصف لليورانيوم-238 نحو 4.47 مليار سنة، قريب من عمر الأرض، بينما لليورانيوم-235 نحو 704 ملايين سنة. ولا ينشطر بسهولة بالنيوترونات البطيئة إلا اليورانيوم-235، ولهذا يجب تخصيب وقود المفاعلات. وقبل نحو 1.7 مليار سنة، حين كانت نسبة اليورانيوم-235 أعلى، عملت رواسب في أوكلو بالغابون الحالية مفاعلاتِ انشطار طبيعية. وحين يمتص اليورانيوم-238 نيوترونًا يصبح في النهاية بلوتونيوم-239.

في الحياة اليومية

اليورانيوم موجود في كل مكان بكميات صغيرة: فالتربة المعتادة تحتوي على بضعة مليغرامات لكل كيلوغرام، والغرانيت أكثر قليلًا، ومياه البحر بضعة ميكروغرامات لكل لتر. وتنتج سلسلة اضمحلاله الرادون، وهو غاز مشع قد يتراكم في الأقبية السيئة التهوية ويُعد خطرًا معترفًا به على هواء الأماكن المغلقة. وبالنسبة إلى اليورانيوم الطبيعي نفسه، تكون سميته الكيميائية للكلى عادة مصدر قلق أكبر من نشاطه الإشعاعي. ويتوهج «زجاج اليورانيوم» العتيق بلون أخضر زاهٍ تحت الأشعة فوق البنفسجية.