История химии

Продолжатель Аркадия. Выпуск 3. История молекул: оксид урана IV

15 октября 2021

Мы продолжаем наш еженедельный цикл статей в память Аркадия Курамшина. Сегодня мы снова познакомимся с интересным веществом, которое, несмотря на простую формальную формулу, совсем не так просто, как кажется.

Для любого человека с высшим образованием, будь он физик, медик или биолог, существует страшное испытание, которое в народе называется «ты же специалист». Если ты, например, медик, то в глазах обывателя ты должен знать, как действует любое лекарство, любые побочные действия его – разумеется, на память. С принципом «тыжехимик» все точно так же. Меня регулярно спрашивают о каких-то веществах, и страшно обижаются, когда я чего-то не знаю. А ведь химиком быть жутко интересно – ты в любом случае не способен знать всё обо всех веществах (и даже о сотой доле всех известных), и потому у тебя всегда есть место для маленьких открытий. С нашим нынешним веществом тэг #cудивлениемузнал я мысленно проставлял не раз – и не раз меня удивляло, казалось бы, простое вещество, которое формально называется «оксид урана (IV)». Но обо всём по порядку.

Структура оксида урана (IV)

В 1789 году в астрономическом сообществе уже восьмой год шла острая дискуссия по поводу того, как назвать седьмую планету, открытую в 1781 году Уильямом Гершелем. Дело в том, что великий астроном (до Гершеля никому не удавалось открыть новую планету) решил назвать ее Звездой Георга в честь своего покровителя, короля Георга III, который наградил того пожизненную стипендию в 200 фунтов. Однако астрономическое сообщество воспротивилось названию – ведь остальные планеты носят имена античных богов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн..

Немецкий химик, аптекарь, первооткрыватель трёх химических элементов (к теме нашей статьи не относятся открытые им цирконий и титан) Мартин Генри Клапрот решил внести свою лепту в дискуссию и поддержать астрономов-классиков. Он только-только открыл еще один элемент, восстановив выделенную из саксонской смоляной руды «землю» (оксид, как тогда их называли) золотисто-желтого цвета до черного металлического вещества. Клапрот назвал открытый им «металл» ураном, в честь новооткрытой планеты.

Мартин Генри Клапрот


Прошло еще полвека и в дело вмешался мельхиор. А точнее, Мельхиор. Химик-аналитик, профессор Национального агрономического института (да, и агрономы знают толк в химии урана) Эжен-Мельхиор Пелиго, соавтор открытия метильной группы и термина «метиловый спирт». Он сумел показать, что не всё металл, что блестит и выделить настоящий уран из «урана» Клапрота. Оказалось, что Клапрот восстановил желтый оксид урана (VI) UO3 всего лишь до оксида урана (IV) – нашего героя.

UO3+H2=UO2+H2O

Так что UO2 был открыт на полвека раньше самого металлического урана. И вот это было для меня первым #cудивлениемузнал о нашем герое.

Впрочем, писать UO2– это тоже некоторое упрощение. Дело в том, что он – бертоллид. Великий Клод Луи Бертолле долгое время вел полемику с французским химиком Жозефом Луи Прустом о том, постоянен ли состав веществ. Всем понятно, что H2О – это H2О и только. Дискуссия завершилась смертью спорщиков, и только потом были открыты соединения переменного состава, или, как выражаются химики, нестехиометрические соединения. По предложению нашего соотечественника, физикохимика Николая Курнакова, такие вещества назвали бертоллидами. Так что если мы хотим назвать точную формулу нашего героя, мы должны написать UO1,6-UO2,5.

Клод Бертолле


Ну и самое интересное о нашем герое. Когда мы говорим «уран», мы подразумеваем, конечно же, либо атомную бомбу, либо атомную электростанцию. Так вот, до самого недавнего времени я считал, что ядерное топливо, которое загружают в реактор – это уран. Безусловно, бывает и так, но, как я #cудивлениемузнал, в большинстве случаев чистого урана в реакторе не найти. Дело в том, что любой ядерный реактор, это, по большому счёту, – кипятильник. Да-да. Ядерное топливо, распадаясь, выделяет тепло и нагревает воду. Образующийся водяной пар вращает турбину, которая вырабатывает электроэнергию. Так вот, уран плавится при 1135 градусах, а наш оксид – от 2840 до 2875 градусах, в зависимости от настроения состава. Так что в стержнях с UO2 можно допускать нагревание до большей температуры, а, значит, КПД реактора выше и сам реактор безопаснее. А то, в какой форме находится уран – оксида ли, чистого металла ли – для ядерной реакции не так важно.

Так что наш герой – прекрасный пример того, как самое простое вещество при его пристальном изучении может принести очень много сюрпризов. Это я тоже #cудивлениемузнал


Текст: Алексей Паевский