Некогаш се користел за боење стакло и порцелан. Денес еден од неговите изотопи е основа на нуклеарната енергија, но и на најголемите стравови на современиот свет.
Приказната за ураниумот е приказна за еден од најзначајните пресврти во историјата на науката.
Ураниумот долго време бил само уште еден хемиски елемент.
Неговите соединенија биле познати многу пред да биде препознаен самиот елемент, а со векови се користеле за боење стакло и керамика. Сè ќе останело на тоа доколку ураниумот немал една особина што засекогаш ќе ја промени неговата историја – радиоактивноста.
А уште поважно, еден негов изотоп е фисионен.
Токму тоа од обичен метал го претворило ураниумот во еден од најважните, но и најконтроверзните елементи во историјата на човештвото.
Стар учебник и заборавено богатство
Една од најинтересните приказни за ураниумот започнува не во лабораторија, туку во една мала антикварница во стариот Загреб.
На една од прошетките низ градот, авторот на оваа рубрика наишол на мал излог со натпис „Антиквати“.
Влегол и, гледајќи ги скромните полици со книги, му рекол на сопственикот:
„Каков антиквар е тоа кога немате повеќе од двесте книги?“
Наместо да се налути, сопственикот започнал разговор. Кога дознал дека посетителот е хемичар, му ги покажал книгите што ги чувал.
И тогаш следело изненадувањето.
Старите книги биле вистинско богатство за историчар на хемијата.
Меѓу нив имало и универзитетски учебник по неорганска хемија од 1873 година, со прекрасни илустрации и описи на тогаш познатите елементи.
Меѓу нив – и ураниумот.
Ураниумот пред ерата на радиоактивноста
Особено интересно е што книгата била објавена во време кога науката сè уште немала поим за радиоактивноста.
Периодниот систем на Менделеев бил предложен во 1869 година, а радиоактивноста ќе биде откриена дури во 1896 година.
Во учебникот ураниумот е претставен како тежок метал, со боја и сјај слични на оние на никелот или железото. Во воздухот, неговата површина брзо потемнува.
Неговата точка на топење е околу 1.132 °C, што е пониско од онаа на железото.
И толку.
Од денешна перспектива речиси неверојатно звучи фактот дека применетата хемија на ураниумот во тоа време главно се сведувала на неговите соединенија.
Неговиот оксид се користел за создавање обоени глазури и за боење порцелан и стакло.
Никој тогаш не можел да претпостави дека истиот елемент еден ден ќе стане гориво за нуклеарни реактори.
Клапрот го открива ураниумот
Соединенијата на ураниумот биле познати многу одамна. Нивната употреба за боење стакло е позната уште од античкиот период.
Но, ураниумот како нов хемиски елемент бил идентификуван во 1789 година од германскиот хемичар Мартин Хајнрих Клапрот.
Клапрот го истражувал минералот уранит, односно уранинит (пехбленда), донесен од рудниците во Јоахимстал во Бохемија.
Тој добил жолт ураниумов оксид и заклучил дека станува збор за нов елемент.
Важно е да се нагласи: Клапрот не успеал да го изолира металниот ураниум. Тоа ќе го направи дури францускиот хемичар Ежен-Мелкиор Пелиго, во 1841 година, со редукција на ураниум тетрахлорид.
Името „ураниум“ било дадено во чест на планетата Уран, откриена од Вилијам Хершел во 1781 година.
Така, еден метал добил име по небесно тело – и со текот на времето навистина ќе се покаже дека неговата приказна е тесно поврзана со „ѕвездите“ и космичките процеси.
Зошто старите хемичари ја грешеле атомската маса?
Во старите учебници можеме да видиме нешто што денес изгледа неверојатно.
Релативната атомска маса на ураниумот била наведувана како околу 120, додека денешната вредност е 238,03.
Причината не била невнимание.
Хемичарите во XIX век немале современи методи со кои можеле прецизно да ја одредат атомската и молекуларната структура на материјата. Тие морале да ја реконструираат формулата на соединенијата врз основа на нивниот состав и хемиското однесување.
А хемијата на ураниумот е особено сложена.
Елементот може да се појави во повеќе оксидациски состојби и создава различни оксиди и сложени јони.
Еден од најпознатите е уранилниот јон – UO₂²⁺, кој формира голем број соединенија и минерали.
Токму комплексноста на неговата хемија била една од причините поради кои раните хемичари тешко ја определувале неговата вистинска атомска маса.
Тогаш се случува пресвртот – Бекерел ја открива радиоактивноста
Вистинската револуција во приказната за ураниумот започнува во 1896 година.
Францускиот физичар Анри Бекерел истражувал флуоресцентни ураниумови соли и нивната поврзаност со фотографските плочи.
Тој очекувал сончевата светлина да предизвика флуоресценција, која потоа би оставила трага на фотографската плоча.
Но, се случило нешто сосема неочекувано.
Ураниумовата сол оставила трага на фотографската плоча дури и кога не била изложена на сончева светлина.
Бекерел сфатил дека ураниумот испушта невидливо зрачење сам од себе.
Така била откриена радиоактивноста.
Ова откритие ќе ја промени физиката, хемијата и целата слика што човештвото ја имало за материјата.
Кири: од ураниумот до радиумот и полониумот
На истражувањето на Бекерел се надоврзале Пјер и Марија Кири.
Тие започнале детално да ги испитуваат радиоактивните минерали, особено уранинитот.
И тогаш следувало ново изненадување.
Радиоактивноста на уранинитот била многу поголема од онаа што би се очекувала само врз основа на количеството ураниум во него.
Тоа значело дека минералот мора да содржи и други, дотогаш непознати радиоактивни елементи.
Кири откриле два такви елементи:
полониум и радиум.
Нивната работа била исклучително тешка. За изолирање на радиумот биле потребни огромни количества руда и илјадници повторувања на хемиски процеси.
Марија Кири користела фракциона кристализација, постепено збогатувајќи го радиумот во соединенијата.
Ова било едно од највпечатливите достигнувања во раната историја на радиохемијата.
Но, вистинската приказна допрва започнува
Радиоактивноста го направила ураниумот научна сензација.
Но, во XX век се открила уште една негова особина – способноста на одредени негови јадра да подлежат на нуклеарна фисија.
Најважен е изотопот ураниум-235.
Во природниот ураниум тој е застапен со само околу 0,72 проценти, додека најголемиот дел – околу 99,27 проценти – е ураниум-238.
Тука се појавува еден од најголемите технички предизвици во нуклеарната технологија:
Како да се одделат два изотопа на истиот елемент, кога нивните хемиски својства се речиси идентични?
Разликата е минимална – но последиците се огромни
За индустриското збогатување, ураниумот се претвора во гасовитото соединение ураниум хексафлуорид (UF₆).
Соодветните молекули што содржат ураниум-235 и ураниум-238 имаат малку различни маси.
Разликата е минимална.
Но, токму таа мала разлика може да се искористи за постепено збогатување на ураниумот со посакуваниот изотоп.
Историски биле користени методи како гасна дифузија, додека современата индустрија главно се потпира на гасни центрифуги.
Процесот е технички исклучително сложен бидејќи станува збор за раздвојување на изотопи со речиси идентични хемиски својства и многу мала разлика во масата.
Од боја за стакло до енергија што го промени светот
Историјата на ураниумот е необична.
Во античко време неговите соединенија служеле за боење стакло.
Во XVIII век бил препознаен како нов хемиски елемент.
Во XIX век бил само еден од металите во периодниот систем.
Во 1896 година токму тој помогнал да се открие радиоактивноста.
А во XX век неговата способност за нуклеарна фисија ќе доведе до развој на нуклеарните реактори и нуклеарното оружје.
Од елемент што некогаш служел за создавање необични бои на стакло и порцелан, ураниумот станал материјал со огромно значење за енергетиката, науката и геополитиката.
Можеби токму затоа приказната за ураниумот е една од најдобрите приказни за тоа како науката може целосно да го промени значењето на еден обичен камен – и начинот на кој човештвото го гледа светот.
