Co by nie mówić, starożytnym Grekom udało się na dobre zawładnąć naszą wyobraźnią. Sami nie do końca świadomi wciąż napotykamy w naszym życiu trwałe ślady greckiej spuścizny, począwszy od języka, który roi się od starogreckich słów (na przykład wszystkie „logie”: psychologie, filologie itp.) czy frazeologizmy, jak syzyfowa praca.
Szczególne grecka mitologia cały czas daje o sobie znać, gdyż nieraz widać na naszych ulicach reklamy klubu sportowego „Olimp”, zakładu pogrzebowego „Hades”, czy biura podróży „Atena”. Greckie nazwy (lub ich łacińskie odpowiedniki) przeniknęły również do nauk ścisłych.
Trochę astronomii
Nazwy ciał niebeskich z planetami na czele były odpowiednikami mitologicznych postaci. Kiedy w czasach nowożytnych zaczęto stosować do obserwacji nieba lunety i teleskopy i liczba nowoodkrytych obiektów na niebie rosła zachowano tradycję nadawania im imion greckich bogów, bogiń i herosów. Dotyczyło to głównie planetoid i księżyców planet, ale samych planet również i na nich się teraz skupimy.
Gołym okiem można zaobserwować jedynie pięć planet – Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna, którym nazwy zostały nadane już w starożytności. Odkrycie w 1781 r. Urana przez Williama Herschela było dużą sensacją. Początkowo sam odkrywca zaproponował nazwę „Gwiazda Jerzego”, na cześć swego władcy, angielskiego króla Jerzego III (co tu dużo mówić, trochę lizusowskie zagranie), jednak nazwa się nie przyjęła, szczególnie poza Brytyjskim Imperium.
Niemiecki astronom Johann Bode wysnuł logiczny wniosek, że skoro mitologiczny Jowisz był synem Saturna, a Saturn synem Urana (Uranosa) to pod tą właśnie nazwą powinna być znana nowa planeta. Pomysł ten niezmiernie spodobał się koledze Bodego, chemikowi Martinowi Klaprothowi, który tak samo nazwał z kolei odkryty przez siebie w 1789 r. nowy pierwiastek.
[NASA, ESA and M. Showalter (SETI Institute), Public domain, via Wikimedia Commons]
„Bombowa” kariera uranu
Teraz wchodzimy już w nasze chemiczne klimaty. Uran jest najcięższym (biorąc pod uwagę masę jego atomu) naturalnie występującym pierwiastkiem na Ziemi. Pierwiastki o cięższych jądrach atomowych są otrzymywane w warunkach laboratoryjnych, choć, wracając na chwilę do astronomii, niektóre mogą w znikomych ilościach powstawać w czasie wybuchów gwiazd supernowych. Uran posiada gęstość większą od ołowiu, lecz mniejszą od złota. To srebrzysty i w dodatku bardzo twardy metal, a to z kolei spowodowało zainteresowanie nim wojska.
Już w czasie II Wojny Światowej pojawiły się pociski z rdzeniem uranowym stosowane do dzisiaj, a także pancerze czołgów z dodatkiem uranu. Ponadto tlenki uranu były kiedyś stosowane do barwienia szkła i ceramiki nadając im żółty kolor. Ale to wszystko przyćmiła kariera uranu jako materiału radioaktywnego i rozszczepialnego. Uran znany jest obecnie przede wszystkim jako paliwo reaktorów atomowych oraz składnik do produkcji bomb atomowych.
Krótka powtórka z fizyki jądrowej
Nie wnikając na razie zbyt głęboko w fizykę atomową, trzeba nam wiedzieć, że łączenie się jąder pierwiastków lekkich powoduje się wydzielanie energii (jak np. w czasie fuzji jądrowej wodoru we wnętrzu gwiazd), a w przypadku atomów ciężkich to właśnie rozpad ich jąder skutkuje emisją energii. Pierwiastkiem rozgraniczającym atomy lekkie i ciężkie jest, co ciekawe, zwyczajne i poczciwe żelazo.
Uran będący, jak wspomniałem, pierwiastkiem bardzo ciężkim, w czasie rozpadu wydziela bardzo dużo energii, a jeśli w jednym miejscu zbierze się go odpowiednio dużo (mowa tu o tzw. masie krytycznej) to dochodzi do niekontrolowanej reakcji łańcuchowej i bardzo, bardzo, bardzo dużego bum. Do tematu rozpadu promieniotwórczego jeszcze na pewno niedługo wrócę, na razie jednak polecam bardzo interesujące opowiadanie Stanisława Lema „Uranowe uszy” (z genialnego zbioru „Bajki robotów”), w którym właściwości uranu pełnią kluczową rolę.
W czasie reakcji łańcuchowej rozpadu jądra atomowego wydzielane są olbrzymie ilości energii. Olbrzymie, ponieważ dla przykładu spalenie 1 kg węgla wydziela ok. 8 kWh energii a rozszczepienie 1 kg uranu 24 000 000 kWh (!). Jednak to jaki uran stosujemy, będzie silnie rzutowało na efektywność uwalniania energii.
[Wikimedia Commons]
Wzbogacenie uranu
Z punktu widzenia energetyki atomowej (oraz produkcji bomb) najefektywniejsze jest stosowanie jednego konkretnego izotopu uranu o masie atomowej 235, a nie najpowszechniej występującego izotopu 238. Tego pierwszego izotopu jest w rudach uranu mniej niż jeden procent, stąd konieczne jest przeprowadzenie procesu zwanego wzbogacaniem uranu, a dokładniej wzbogacaniem go w izotop 235. Jak się można domyślić to zadanie godne bajkowego Kopciuszka, ale znaleziono na to sprytny sposób.
Pod wpływem grawitacji cięższe atomy uranu 238 szybciej opadają na dno naczynia niż te lżejsze o masie 235. Zjawisko to można zintensyfikować poprzez wirowanie, gdzie siła odśrodkowa jest dużo większa od siły grawitacji, a efekt jest ten sam. Instalacje zawierające wiele wirówek pozwalają na odseparowanie izotopów uranu aż do zawartości tego lżejszego sięgającej prawie 90%.
W praktyce nie wykorzystuje się czystego metalu (który wymagałby stopienia), a jego związki z fluorem (o wzorze chemicznym UF6, czyli prawie UFO, a więc znowu mamy nawiązania „kosmiczne”) O instalacjach i wirówkach do wzbogacania uranu robi się od czasu do czasu głośno w mediach w kontekście prac różnych krajów, np. Korei Północnej czy Iranu nad własną bronią atomową.
Na dziś już kończę, o planetarno-chemicznych kolegach uranu będę kontynuował za tydzień;)
Wojciech Smułek