Uraan

Uraan (voorgestel in die periodieke tabel as “U”) is ‘n silwerkleurige, toksiese (giftige) en radioaktiewe element. ¹

Uraan kom natuurlikerwys in lae konsentrasies in die grond, rotse en water voor, en dit word kommersieel (deur industriële prosesse) uit minerale soos uraniniet onttrek. Hierdie minerale word uit oop of ondergrondse myne ontgin, en word dan vergruis en behandel, sodat die uraan uit die erts (die grond en stukke rots wat ontgin is) verkry kan word. Uraan kan ook direk uit die grond ontgin word deur dit op te los terwyl dit nog onder die aarde is en dit dan na die aarde se oppervlak te pomp. Uraan wat uit die aarde ontgin word, word in die vorm van uraanoksiedkonsentraat (U3O8) gebêre, gebruik en verhandel. ²

Uraan word hoofsaaklik as kernbrandstof in aanlegte soos kernkragstasies gebruik, en verskeie weermagte in die wêreld gebruik uraan in militêre toepassings, soos om kernduikbote aan te dryf. ¹

Wanneer en deur wie is dit ontdek?

Uraan en al sy eienskappe is eintlik deur verskillende wetenskaplikes ontdek.

Die mineraal pikblende (wat ook uraanpikried genoem word), ’n vorm van uraniniet, het al sedert die Middeleeue uit silwermyne gekom. In 1789 het die Duitse chemikus Martin Heinrich Klaproth monsters van hierdie metaal ondersoek om uit te vind waaruit dit alles bestaan. Hy het dit in salpetersuur opgelos en agtergekom dit maak ’n geel samestelling as dit geneutraliseer word. Hy het besef dit is die oksied van ’n nuwe element, maar hy kon nie die element self isoleer nie. ¹ Hy het wel die nuwe element “uran” genoem, na die planeet wat toe pas (in 1781) ontdek is: Uranus. ²

Eers in 1841 is uraan deur die Franse chemikus Eugène-Melchior Péligot geïsoleer, nadat hy uraantetrachloried (UCl₄) met kalium gereduseer het. ³

Toe die periodieke stelsel in 1869 deur die Russiese chemikus Dmitry Mendeleev opgestel is, het uraan weer baie aandag getrek, want dit was toe die swaarste chemiese element. In 1940, toe neptunium ontdek is, het dit eers verander. ³

Die feit dat uraan radioaktief is, is in 1896 deur Henri Becquerel, ’n Franse fisikus, vasgestel. ³

Waar kom dit voor?

Omtrent twee uit elke miljoen deeltjies van die aarde se kors bevat uraan. ⁴ Die element kom dus wydverspreid oor die aarde voor, en die meeste mense neem daagliks baie klein hoeveelhede uraan in. Die hoeveelheid uraan wat ’n mens inneem, hou verband met hoeveel uraan daar in die grond is en hoeveel daarvan in mense se drinkwater beland. ⁵

Tog is daar, soos met enige ander mineraal, streke waar daar groot neerslae (lae in die aardkors) van minerale is waaruit uraan ontgin kan word. Lande ontgin uraan soos wat hulle enige ander waardevolle mineraal, gas of olie uit die aarde ontgin.

Die tabel hier onder, wat aandui watter lande die wêreld se grootste uraanprodusente is, is opgestel met data vir 2022: ⁶

Land	Metrieke ton uraan per jaar
Kazakstan	21 227
Kanada	7 351
Namibië	5 613
Australië	4 553
Oesbekistan	3 300

Rusland produseer die sesde meeste (5,3%), en Suid-Afrika is in die 12de plek met 0,9%.

Waarvoor word dit gebruik?

Uraan is baie jare lank – voordat wetenskaplikes besef het dit is radioaktief – hoofsaaklik gebruik as ’n kleurmiddel in keramiekglaseersel (die blink buitenste laag op pottebakkerswerk) en om die eerste foto’s in te kleur. ² Deesdae is uraan se belangrikste funksie dat dit die brandstof is waarmee ons kernkrag opwek. ¹

Opwekking van krag

Alle materie in die heelal bestaan uit atome. Atome se kerne bestaan uit protone en neutrone, en die protone en neutrone bly bymekaar as gevolg van energie. Hierdie energie in die kern van ’n atoom noem ons kernenergie. Die kerne van atome het geweldig baie energie, maar dit is nie so maklik om die energie vry te stel, sodat ons dit vir ander goed kan gebruik nie. Om hierdie energie vry te stel, moet die atoom se kern eers verdeel word. Hierdie verdeling van atoomkerne staan in die wetenskap as kernsplyting bekend. ⁷

Ons noem die masjien – of reeks masjiene – waarin atome se kerne onder beheerde toestande gesplyt word, ’n kernreaktor. Die brandstof wat in kernreaktors gebruik word, met ander woorde die element waarvan die kerne gesplyt word, is uraan. Die rede daarvoor is dat uraanatome se kerne redelik maklik gesplyt kan word. ⁸ (Die ander element wat ook vir kernsplyting gebruik word, is plutonium). ⁹

Wanneer die uraanatome se kerne in ’n kernreaktor gesplyt word, laat die atome klein partikels (deeltjies) vry wat ons splytingsprodukte noem. Hierdie splytingsprodukte veroorsaak dat ander uraanatome se kerne ook verdeel, en so ontstaan ’n kettingreaksie (’n reaksie wat voortvloei uit ’n vorige reaksie, en op sy beurt ’n ander reaksie veroorsaak, sodat dit later ’n ketting van reaksies vorm). ⁸

Die energie wat deur middel van hierdie kettingreaksie vrygestel word en wat nou vir ons bruikbaar geword het, noem ons kernkrag. Kernkrag maak hitte, en die hitte word gebruik om die koelmiddel in die kernreaktor (gewoonlik water) te verhit. Die verhitte water maak stoom, en die stoom draai die turbines (groot wiele wat deur ’n stroom gedraai word) waarmee ons groot kragopwekkers kan aandryf. ⁸

Die belangrikste groot enjins wat ons met kernkrag aandryf, is die kragopwekkers in kragstasies waarmee ons elektrisiteit opwek. Ongeveer 10% van die wêreld se elektrisiteit word deur kernkragstasies opgewek.

Suid-Afrika het twee kernreaktors by die Koeberg-kernkragsentrale naby Melkbosstrand in die Wes-Kaap. Ongeveer 5% van Suid-Afrika se elektrisiteit word deur kernkrag opgewek. ¹⁰ Ander lande in die wêreld gebruik ook kernkrag: Frankryk kry 70% van sy elektrisiteit van kernkrag, en lande soos Oekraïne, Hongarye, Slowakye en België kry meer as die helfte van hulle elektrisiteit van kernkrag. ¹¹

Militêre gebruike

Kernkrag word ook deur sommige van die wêreld se weermagte gebruik om die enjins van kernduikbote aan te dryf. ¹ Duikbote is tradisioneel met diesel aangedryf, maar dit is nie ideaal nie, want die diesel raak gou op. Dit beteken die duikboot moet gereeld by ’n hawe aandoen om weer diesel in te neem. As ’n duikboot in die vyand se gebied is, kan dit nie sommer gebeur nie.

Duikbote wat met kernkrag aangedryf word, hoef net een keer elke 20 jaar nuwe brandstof te kry. Dit beteken die duikboot kan vir maande onder die see bly, en hoef eintlik net weer by ‘n hawe aan te doen om kos vir die bemanning in te neem. Dieselfde beginsel geld vir vliegdekskepe. Die duikbote en vliegdekskepe het hulle eie kernreaktors aan boord waarmee hulle al die krag opwek wat hulle vir hul bedrywighede nodig het. ¹²

Die ander militêre gebruik van kernkrag is vir kernwapens. Die meeste lande het in 1968 die Kernsperverdrag onderteken. Hierdie verdrag (formele ooreenkoms tussen state) se doel was, en is steeds, om die vervaardiging en vermeerdering van kernwapens te beperk, omdat dit die potensiaal het om derduisende mense en stede in ’n oogwink uit te wis. ¹³ Dink maar aan die atoombomme wat die VSA aan die einde van die Tweede Wêreldoorlog op die Japanse stede Hirosjima en Nagasaki laat val het.

Geneeskunde

Uraan word in die mediese veld gebruik om sekere soorte kanker, bloedarmoede en vigs te behandel. Dit kan ook as ’n antibiotikum gebruik word om bakterieë dood te maak. ¹⁴

Landbou

In die landbousektor word uraan gebruik om grond te steriliseer (vry maak van enige bakterieë of chemikalieë). Hierdie proses word veral gebruik tydens die grootskaalse produksie van plaagbestryders (middels waarmee insekte, swamme, siektes en onkruid op plase bestry word). ¹⁵

Konstruksie

Uraan kom voor in boumateriaal soos graniet, baksteen en beton. ¹⁶ Alfred Nobel (die wetenskaplike na wie die Nobelprys genoem is) het in 1887 reeds ’n nuwe boumateriaal genaamd “steenbeton” ontwikkel. Hierdie beton het ’n baie hoë digtheid en kan baie swaar ladings dra. ¹⁵

Die gevare van uraan

Ongelukkig het die gebruik van uraan as ’n bron van energie ook nadele.

Uraan kan nie net so in kernreaktors gebruik word nie, dit moet verryk word. Tydens hierdie verrykingsproses word die isotoop U-235 in die uraan vermeerder, ¹⁵ en daar vorm ’n neweproduk genaamd verarmde uraan. Verarmde uraan is steeds bruikbaar, want dit is baie dig en dus baie sterk. Juis daarom gebruik sommige weermagte verarmde uraan om ammunisie te maak en om militêre voertuie soos tenks te pantser (met ’n moeilik deurdringbare dop te versterk), maar verarmde uraan is steeds radioaktief. Baie aktiviste (mense wat hulle vir iets beywer) glo dat hierdie gebruike van uraan soldate onnodig aan radioaktiwiteit blootstel. ¹⁷

Nog ’n negatiewe gevolg van die gebruik van uraan in die opwekking van kernkrag en die vervaardiging van kernwapens, is dat die prosesse afval genereer. Die opgebruikte brandstof uit kernreaktors en die afvalprodukte uit aanlegte wat kernwapens vervaardig, word kernafval genoem. Hierdie afval is verskriklik gevaarlik, hoogs toksies en bly vir tienduisende jare lank steeds radioaktief. Sulke radioaktiewe kernafval is dodelik, en hou ’n groot gevaar vir landbougrond, vars water in riviere en damme, die seelewe, en menselewens in. ¹⁸ Die wegdoen van kernafval word streng gereguleer en kan op verskeie maniere benader word. Soms word dit onder die grond, relatief naby die oppervlak, in spesiaal ontwerpte houers gestoor. Hierdie metode word dikwels gebruik vir kernafval met lae vlakke van radioaktiwiteit.

Kernafval wat ’n groter risiko inhou, word ook in tonnels tot 1 000 m onder die grond gestoor. Soms word boorgate tot so diep as 5 000 m gesink, waar die kernafval in spesiale houers wat uit koper en bentoniet bestaan, kan ontbind. ¹⁹

Basiese eienskappe van uraan

Atoomgetal (getal protone in die kern): 92

Simbool op die periodieke tabel: U

Relatiewe atoommassa (A_r): 238.029

Fase van materie teen kamertemperatuur: Vaste stof

Kookpunt: 4 131°C

Smeltpunt: 1 135 °C

’n Nota oor atoommassa

’n Massaspektrometer kan gebruik word om atoommassa akkuraat te bereken. Wetenskaplikes het ’n standaardmassa van 12 ame (atoommassa-eenheid) aan die koolstofatoom (koolstof-12) toegeken. Die massa van koolstof-12 is 1,99 x 10^-26 kg, en ander atome se massa kan relatief tot hierdie atoommassakonstante bepaal word.

Vandag praat wetenskaplikes van die relatiewe atoommassa (A_r). Hierdie waarde het geen eenheid nie, want dit is slegs ’n syfer wat aandui hoeveel maal groter een atoom van die spesifieke element is as een twaalfde van die massa van ’n koolstof-12-atoom. ²⁰

Bohr-model

Die Deense wetenskaplike Niels Bohr (1885-1962) het ’n atoommodel voorgestel. Hierdie model word soms die planetêre atoommodel genoem. Die elektrone beweeg in hul spesifieke energievlakke al óm die kern. Deur die aantal energievlakke en elektrone te tel, kan die atoom maklik uitgeken word. ²¹

Woordbank

atome	Die kleinste deeltjie van ’n chemiese element wat selfstandig of in verbinding met ander atome kan bestaan.
atoomgetal	Die getal protone in die kern van die atoom.
atoommassa	Word ook massagetal genoem. Dit is die totale aantal protone en neutrone in die kern van die atoom.
bentoniet	’n Absorberende swelklei. Dit vorm gewoonlik uit verwering van vulkaniese as in seewater, wat die vulkaniese glas wat in die as teenwoordig is, omskakel na kleiminerale.
elektrone	Baie klein, negatief gelaaide deeltjies (partikels) wat in die energievlakke van ’n atoom rondbeweeg. Elektrone maak die vorming van chemiese verbindings moontlik. 25
element	Dit is ’n stof wat saamgestel is uit atome wat dieselfde atoomgetal het.
erts	Gesteentes of minerale waaruit elemente gehaal word.
isotoop	Enigeen van twee of meer vorme van ’n element wat dieselfde atoomgetal (protone) en eenderse chemiese eienskappe het, maar waarvan die atoommassa en radioaktiewe gedrag verskil. Die aantal protone en elektrone is dus dieselfde, maar die aantal neutrone verskil.
kernafval	Afvalproduk van die proses om kernkrag op te wek of kernwapens te vervaardig.
kernenergie	Energie in die kern van ’n atoom.
kernkrag	Die energie wat ná die splytingsproses vir menslike gebruik beskikbaar is.
kernreaktor	Reeks masjiene waarin atome se kerne onder beheerde toestande gesplyt word.
kernsplyting	Verdeling van atoomkerne.
kettingreaksie	Reaksie wat voortvloei uit ’n vorige reaksie, en op sy beurt ’n ander reaksie veroorsaak sodat daar later ‘n ketting van reaksies vorm.
neerslae	Laag in die aardkors; letterlik: iets wat neergeslaan het.
neutrone	Neutrale deeltjies (partikels) wat geen elektriese lading het nie en saam met protone in die kern van die atoom voorkom. ’n Neutron en proton het dieselfde gewig.
neweproduk	Artikel wat ontstaan by die vervaardiging van ‘n ander, belangriker artikel.
pantser	’n Sterk laag metaal wat militêre voertuie teen aanvalle beskerm.
periodieke tabel	Dit is die tabel van die elemente, gerangskik volgens toenemende atoomgetal, sodat elemente met soortgelyke eienskappe in dieselfde vertikale kolom voorkom.
protone	Positief gelaaide deeltjies (partikels) wat in die kern van ’n atoom voorkom en die elektrone in posisie hou. Atome het ewe veel protone as elektrone en het dus ’n neutrale lading.
plaagbestryders	Middel waarmee insekte, swamme, siektes en onkruid op plase bestry word.
radioaktief	Eienskap van sommige elemente, bv. radium, uranium, torium en hul produkte, om spontaan alfa- en betastrale en soms ook gammastrale uit te stuur deur die disintegrasie van kernatome.
splytingsprodukte	Partikels wat vrygestel word tydens die splytingsproses.
verarmde uraan	Neweproduk van die uraanverrykingsproses.
verbinding	Dit is die samevoeging van ongelyksoortige atome tot molekules.
verdrag	Formele ooreenkoms tussen state.
vliegdekskepe	Skip met ’n aanloopbaan waarop vegvliegtuie kan land en opstyg.

Lees dié artikels om meer te leer

• Wat is kernenergie?
• Die veilige verwerking van kernafval
• Hoe werk kernwapens?
• Die huidige stand van kernwapens in die wêreld

Kyk dié video’s om meer te wete te kom

Die ontginningsproses van uraan

Hoe elektrisiteit in kernkragstasies opgewek word

Hoe word uraan verryk?

Die gebruike en voordele van uraan teenoor die negatiewe uitwerking van kernafval en kernongelukke