uran

I en vis forstand kan uran regnes til oldtidsmetallerne, idet glas, der er farvet gulgrønt ved under fremstillingen at være tilsat ca. 1 % begblende (uranoxid), kendes fra romerske oldtidsfund. Man har omkring Kristi fødsel vidst, at mineralet begblende var noget særligt. Første nedskrevne beretning er fra ca. 1500 og omtaler en forekomst i Erzgebirge.

Den kemiske revolution i slutningen af 1700-t. medførte et nyt grundstofbegreb, og en af periodens pionerer, M.H. Klaproth, undersøgte i 1789 begblende fra Joachimstal og fandt, at malmen indeholdt et dengang ukendt grundstof. Han opløste begblende i salpetersyre, filtrerede og inddampede og fik et gult stof, formentlig urantrioxid eller uranylnitrat. Ved opvarmning med trækul fik han dannet et sort pulver, som han beskrev som et nyt grundstof, og som han gav navnet uranium efter planeten Uranus, der få år forinden var blevet opdaget af W. Herschel.

I 1841 viste E.M. Péligot, at Klaproths sorte pulver ikke var det rene metal, og samme år isolerede han uran. Det var strålingen fra et uransalt, der førte til H. Becquerels opdagelse af radioaktivitet i 1896. Fission af ²³⁵U, når kernen absorberer en neutron, blev opdaget i 1938 af de to tyske kemikere O. Hahn og F. Strassmann. Denne opdagelse var indledningen til atomalderen.

Uran er et lithofilt grundstof, dvs. at det er koncentreret i Jordens skorpe, som har et gennemsnitsindhold på 2,7 g uran/t. Uran optræder i to oxidationstrin i naturen, +4 og +6. U⁴⁺ oxideres i sur væske let til U⁶⁺ og danner uranylioner, UO₂²⁺, der er letopløselige i vand.

I magmabjergarter findes uran som U⁴⁺ i uraninit og som "forurening" i mineraler som allanit, apatit, zircon og monazit. Indholdet stiger fra mindre end 1 g/t i basalt over 2-15 g/t i granit til mere end 300 g/t i nefelinsyenitter som fx lujavrit i Ilímaussaq-komplekset i Sydgrønland (se Kvanefjeld). I sedimenter koncentreres uran, hvor overfladevandets indhold af opløste uranylioner reduceres til U⁴⁺ af organisk materiale; alunskifre kan fx have over 200 g/t uran, kul mere end 1000 g/t. Fosforit kan indeholde mere end 300 g/t uran, idet U⁴⁺ kan erstatte calcium i apatit, der er hovedbestanddelen af fosforit. Der findes mere end 100 mineraler med uran som en hovedbestanddel: oxider, carbonater, sulfater, arsenater, fosfater, vanadater, niobater og silikater. De vigtigste er oxiderne uraninit og begblende samt de gule, grønne og orange mineraler med uranylioner, de såkaldte uranglimmere, der er fosfater, vanadater og silikater som autunit, carnotit, torbenit og uranophan.

Uran udvindes af flere forskellige typer af forekomster. Den tidligste udvinding fandt sted i åreforekomster af begblende i Jáchymov i Tjekkiet, Shinkolobwe i Den Demokratiske Republik Congo, Great Bear Lake i Canada og Cornwall i England, hvor begblende findes sammen med sulfidmineraler af sølv, cobalt m.m. Den storstilede udvinding af uran til først atombomber og efter 2. Verdenskrig kernekraft fandt især sted i tre typer af forekomster: sandsten imprægneret med uranylmineraler som carnotit i Coloradoplateauet, USA; prækambriske konglomerater ved Blind River, Canada og Witwatersrand, Sydafrika, hvor uraninit er aflejret i sedimenter, fordi atmosfæren dengang havde et for lavt indhold af ilt til dannelse af uranylioner; åreforekomster knyttet til diskordanser mellem et grundfjeld og overlejrende dæklag i Saskatchewan, Canada og Alligator River, Australien.

Uran brydes i miner i 19 lande. De største producenter er Kasakhstan, Canada, Australien og Niger. I alt blev der i 2013 brudt ca. 59.000 tons. De kendte reserver er på ca. 5,3 mio. tons (2011).

Uran oprenses fra begblende og uraninit ad kemisk vej til uranoxid, UO₂, der anvendes som brændsel i kernereaktorer. Kun en mindre del oparbejdes til fluoridet UF₆ og beriges, dvs. at isotopen ²³⁵U opkoncentreres over det naturlige indhold på 0,7% (se berigning). Berigningen efterlader forarmet uranfluorid med ca. 0,2% ²³⁵U; med brint eller CFC reduceres det til UF₄ og derpå med calcium eller magnesium til metallisk uran. Både naturligt og beriget uran anvendes til reaktorbrændsel, oftest legeret med aluminium, molybdæn eller niobium.

Forarmet uran anvendes til afskærmning af kraftige røntgen-, gamma- og neutronstråler, hvor pladsen er trang, fx i udstyr til udtagning af brændselselementer fra reaktorer, samt ved stråleterapi og transport af højaktive isotoper. Urans store densitet begrunder også anvendelsen af forarmet uran i kampvognspanser og i panserbrydende projektiler.

Forarmet uran blev første gang anvendt i kamp af amerikanerne under Golfkrigen i 1991, og NATO anvendte det i Kosovo i 1999. I begge tilfælde er brugen af forarmet uran i projektiler under mistanke for at være sygdomsfremkaldende for soldater og civile, der har været i kontakt med stoffet. Det er først og fremmest urans skadelige kemiske virkninger som tungmetal, der er i søgelyset. Flere NATO-lande, bl.a. Danmark, har iværksat undersøgelser af soldater, som har været udstationeret i områder, hvor forarmet uran har været anvendt.

Uran optræder i forbindelser med oxidationstrin -3, som urantrihydrid, UH₃, og fra +3 til +6, samt i en række intermetalliske og lignende forbindelser uden veldefinerede oxidationstrin.

Oxider. I systemet uran-oxygen findes en række ikke-støkiometriske oxider som fx UO_2±x samt forbindelserne U₄O₉, U₃O₇, U₃O₈ og UO₃. Alle uranoxider er opløselige i konc. salpetersyre eller perklorsyre. Ved opvarmning af UO₃ med alkalihydroxider eller -carbonater dannes dobbeltoxider som fx M₂UO₄, M₂U₂O₇ og M₂U₆O₁₉, hvor M kan være lithium, natrium, kalium, rubidium eller cæsium. De betegnes under et som uranater. UO_2±x med x = 0 er et vigtigt reaktorbrændsel. Ved opløsning af UO₃ i stærk syre dannes uranylionen, UO₂²⁺, der danner en række salte, fx uranylnitrat, der er opløseligt i ether.

Halogenider. Forbindelser af typen UX_y, hvor X kan være fluor, klor, brom eller jod findes med y = 3-6 for fluor og klor, med y = 3-5 for brom samt med y = 3 og 4 for jod.