読み方：うらにうむウランの英語名のローマ字読みのこと。Weblio国語辞典では「uranium」の意味や使い方、用例、類似表現などを解説しています。">

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この項目では、原子番号92の元素について説明しています。その他のウランについては「ウラン (曖昧さ回避)」をご覧ください。
プロトアクチニウム ← ウラン → ネプツニウム Nd↑U↓不明 92U 周期表
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号 ウラン, U, 92
分類 アクチノイド
族, 周期, ブロック n/a, 7, f
原子量 238.02891(3)
電子配置 [Rn] 5f3 6d1 7s2
電子殻 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2（画像）
物理特性
相 固体
密度（室温付近） α form 18.11 g/cm3
融点での液体密度 17.3 g/cm3
融点 1405.3 K, 1132.2 °C, 2070 °F
沸点 4404 K, 4131 °C, 7468 °F
融解熱 9.14 kJ/mol
蒸発熱 417.1 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 27.665 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温度 (K) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
原子特性
酸化数 6, 5, 4, 3[1]（弱塩基性酸化物）
電気陰性度 1.38（ポーリングの値）
イオン化エネルギー 第1： 597.6 kJ/mol
第2： 1420 kJ/mol
原子半径 156 pm
共有結合半径 196±7 pm
ファンデルワールス半径 186 pm
その他
結晶構造 斜方晶系
磁性 常磁性
電気抵抗率 (0 °C) 0.280 µΩ⋅m
熱伝導率 (300 K) 27.5 W/(m⋅K)
熱膨張率 (25 °C) 13.9 μm/(m⋅K)
音の伝わる速さ（微細ロッド） (20 °C) 3155 m/s
ヤング率 208 GPa
剛性率 111 GPa
体積弾性率 100 GPa
ポアソン比 0.23
CAS登録番号 7440-61-1
主な同位体
詳細はウランの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP 232U syn 68.9 y SF - α 5.414 228Th 233U syn 159,200 y SF 197.93[2] - α 4.909 229Th 234U 0.0054 % 245,500 y SF 197.78 - α 4.859 230Th 235U 0.7204 % 7.038×108 y SF 202.48 - α 4.679 231Th 236U trace 2.342×107 y SF 201.82 - α 4.572 232Th 238U 99.2742 % 4.468×109 y α 4.270 234Th SF 205.87 - β-β-
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ウラン（独: Uran [uˈraːn], 新ラテン語: uranium 英語: [jʊˈreɪniəm][3]）とは、原子番号92の元素。元素記号はU。ウラニウムともいう。アクチノイドに属する。

名称

同時期に発見された天王星（Uranus、ウラヌス）の名に由来している。

「ウラニウム」は、金属元素を意味するラテン語の派生名詞中性語尾 -ium を付けた形である。

概要

紫外線を照射した燐灰ウラン石が緑色に燐光する様子

現在の地球上に天然に存在している元素のうち、大量に存在しているものとしては、ウランが最も原子番号が大きく[4]、また最も原子量も大きい元素である。元々、ウランが地球上で天然に存在している元素としては、最も原子番号が大きいとされていたが、1951年にネプツニウムが、1952年にプルトニウムが、それぞれウラン鉱石中にごくごくわずかに含まれていることが発見された[5]。既述の通りウランの原子番号は92であるが、ウランは原子半径も大きいため、その比重（密度）は、原子番号77番付近のオスミウムやイリジウムや白金などよりも小さい（室温付近で、ウランが1cm3当り19g程度であるのに対し、オスミウムとイリジウムが22.5g程度、白金が21.5g程度である[注釈 1]）。ウランには幾つもの同位体が知られているが、その全ての同位体が放射性核種である[6]。半減期が特に長い（寿命が長い）同位体は、ウラン238（半減期は約44億6800万年）と、ウラン235（半減期は約7億380万年）である[7]。ウランに限らず、半減期の長い放射性核種ほど残存しやすいため、放射性同位体の存在比は、少しずつ変化している。地球上に天然に現存するウランの同位体は主にウラン238（地球のウランの約99.274%を占めている）、ウラン235（地球のウランの約0.7204%を占めている）、ウラン234（地球のウランの約0.0054%を占めている[8]）の3種である[9][注釈 2]。

ウランは地球の地殻中に化合物や海水中に多原子陰イオンの形 [ U O 2 ( C O 3 ) 2 ] 2 − {\displaystyle \mathrm {[UO_{2}(CO_{3})_{2}]^{2-}} }

イエローケーキ

ウランの単体は、延性・展性を持つ銀白色の金属である。常温常圧での安定構造は斜方晶構造（α型、18.95g/cm3)であるが、668 °Cで正方晶構造（β型、18.11g/cm3)へ、775 °Cで立方晶構造（γ型、18.06g/cm3)へ相転移する。比重18.95(25 °C)、融点1132 °C、沸点3745 °C。モース硬度は6で、チタンなどとほぼ同じである。ウラン単体は反応性が高く、バルクは空気中の酸素と反応して表面に二酸化ウランの黒い膜が生じる。粉末はさらに反応性が高く、空気中に放置すると空気中の酸素によって発火し、冷水中でも反応して酸素を奪い、水素ガスが発生する。塩酸と硝酸に溶けるが、その他の酸とは緩やかに反応する。

ウラン化合物の原子価は+2価から+6価をとり得る。このうち、一般に+6価が最も安定である。これに対し、+2価と+5価は特に不安定であり、特殊な条件でないと存在できない。+4価は硝酸水溶液および酸化物等では安定な価数であり、水溶液にしたときには緑色になる。+3価の水溶液は赤紫色となるが安定せずに、水を還元して水素を発生させながら+4価に変化するため、色も緑色に変化する。+6価は水溶液中でも安定であり、ウラニルイオン (UO22+) となって、水溶液は黄色を呈する。水溶液に限らず、+6価のウランは一般に黄色を呈するため、イエローケーキと呼ばれる。なお、ウランのハロゲン化物は+3価から+6価までをとり得るが、これらは揮発性であることが知られており、その蒸気圧は、+3価が一番小さく、+4価、+5価、+6価と大きくなる傾向にある。

歴史

酸化ウランの利用は紀元後79年にさかのぼる[14]。イタリアのナポリ付近のポジリッポの別荘で発見されたガラスには1%程度の酸化ウランが着色剤として混合されており、黄色-緑色の美しい色彩を有していた。19世紀にこのガラス製品が再発見された時点ではウラン源としてはボヘミアのハプスブルク家直轄のヨアヒムスタールの銀鉱山に産するピッチブレンドのみが知られており、ローマ時代のガラス職人がどこからウラン鉱石を調達したのかは今もなお謎である。

元素としてのウランはドイツのマルティン・ハインリヒ・クラプロートが1789年に閃ウラン鉱から発見した。1781年にウィリアム・ハーシェルにより発見された天王星 (Uranus) が語源となっている。クラプロートは、閃ウラン鉱から分離した酸化物を炭素で還元して金属光沢を持つ黒色粉末を分離。この物質を金属ウランと発表したが、これは後に二酸化ウラン (UO2) だったと判明した[15]。1841年にフランスのウジェーヌ＝メルシオル・ペリゴー（フランス語版）が四塩化ウランをカリウムで還元することにより初めて金属単体として分離に成功し、1850年にはイギリスでもガラスの着色剤としての利用が始まった。

ウラン鉱物が放射線を発していることは、1896年にフランスのアンリ・ベクレルによって発見された[11]。光が当らないようにした（黒い紙で包んだ）写真乾板を、ウラン塩のそばに置いておくと、その乾板が感光したのである。2年後の1898年、ピエール・キュリー、マリ・キュリー夫妻によってヨアヒムスタール鉱山（現在のチェコ共和国）で得たウラン鉱石（ピッチブレンド）からポロニウムとラジウムの抽出に成功し、自然に放射性壊変を起こす元素の存在が世界で初めて証明された。

ウランは発見当初は最も原子番号の大きな元素であった。原子番号のより大きなネプツニウムとプルトニウムは、1940年、ウランに中性子線を照射することで発見された。ウランより原子番号が大きい元素は超ウラン元素と呼ばれる。

当初、ウランは天然に存在する最も原子番号の大きな元素とされた。しかし、1951年にネプツニウム、1952年にプルトニウムが、ウラン鉱石の中から検出されたことで、ウランは地球上に天然に存在する最も原子番号の大きな元素の座を譲った。ただし、それらの元素は微量であり、半減期が短いため地球誕生時から存在し続けているわけではなく、ウランが宇宙線などが原因で発生する中性子線を吸収して一時的に生じたものと考えられている。したがって、天然に半永久的に存在する元素としてはウランが最も原子番号が大きい。

産出

地殻や海水中に微量ながら広く分布している。存在量はスズと同程度である[16]。ウランは核兵器の原料となるため、その産出、輸出入や保管、売買については国家間規模で監視されている。

現在までに知られているウランの70%はオーストラリアに埋蔵されている。中でもオーストラリア南部のオリンピックダム鉱山（英語版）（南オーストラリア州）が世界最大とされる。

輸出量はカナダが世界最大である。サスカチュワン州とアルバータ州の北部にまたがるアサバスカ堆積盆地（英語版）で高品質のウランが産出されている。他、ウラン鉱山としては、ユーラシア大陸には、カザフスタンのハラサン鉱山（英語版）（南カザフスタン州）、Inkai鉱山（英語版）（クズロルダ州）、South Inkai鉱山（英語版）（南カザフスタン州）、Akdala鉱山（英語版）（アルマトイ州）、Akbastau鉱山（英語版）（南カザフスタン州）、Karatau鉱山（英語版）（南カザフスタン州）、Zarechnoye鉱山（英語版）（南カザフスタン州）、Irkol鉱山などがある。パキスタンにはQabul Khel（カイバル・パクトゥンクワ州ラッキ・マルワト地区（英語版））、デラ・ガージ・カーン（英語版）（パンジャーブ州デラ・ガージ・カーン県（英語版））などがある[17]。インドにはジャドゥゴダ鉱山（英語版）（ジャールカンド州ジャドゥゴダ）、Tummalapalle鉱山（英語版）（アーンドラ・プラデーシュ州カダパ）。アフリカ大陸には、コンゴ民主共和国のシンコロブエ鉱山（カタンガ州）、ニジェールのアーリット及びアクータ鉱山（アガデス州）、中央アフリカ共和国のバコウマ（英語版）（ムボム州）などがある。

日本では、岡山県・鳥取県の人形峠の鉱床が古くから知られている。岐阜県土岐市の東濃鉱山も核燃料鉱床として採掘の対象となったことがある。しかし両者とも、採算の合う埋蔵量ではなかったため、稼動することのないまま閉山となった。

国別の産出量

2011年におけるウランの国別の産出量は以下の通りである[18]。

順位 国名 ウラン鉱生産量（トン） 全世界に占める割合(%)
1 カザフスタン 21,317 35.6
2 カナダ 8,999 15.4
3 オーストラリア 6,991 12.0
4 ニジェール 4,667 8.0
5 ナミビア 4,495 7.7
6 ロシア 2,872 4.9
7 ウズベキスタン 2,400 4.1
8 アメリカ合衆国 1,596 2.7
9 中国 1,500 2.6
10 マラウイ 1,101 1.9
世界計 58,394 100.0

用途

ウランは核燃料としても知られ、核兵器に使用できることでも知られている。これはウランに核分裂を起こさせることで、エネルギーを取り出しているのである。ただし、これらの用途に使用できるのは、現在の地球上に一番多く存在するウラン238ではなく、次に存在量が多いウラン235である。このウラン235は、唯一天然に産出する核分裂核種として知られ、原子力の分野では重要視されている。このため、しばしばウラン235を濃縮するという作業が行われている。なお、この作業の結果に生ずる、ほぼウラン238だけになった放射性廃棄物を劣化ウランと呼ぶ。

核分裂性物質としての利用

ウランの同位体のうちウラン235は核分裂の連鎖反応を生じさせることができる。そのため核燃料として原子力発電に利用される他、核兵器への利用も可能である。ウラン235の割合が高い高濃縮ウラン (HEU) 等については核兵器への転用が容易であることから国際原子力機関によって流通等が制限されている。また、トリウムを原料としてウラン233を作成し、核燃料とする研究も進められている。

金属資材としての利用

ウラン濃縮の過程で発生した劣化ウランは、比重が高いためにバラストに用いられることが過去にあった。また戦車砲弾において、強度を増して徹甲弾の威力を増す劣化ウラン弾にも使用される。

蛍光材としての利用

ルミネッセンス反応を示すために蛍光材として使用された。特にガラスに極微量のウランを着色材として加えた製品をウランガラスと呼び、美しい蛍光緑色を呈する。ヨーロッパが発祥で、食器やさまざまな日常雑貨が作成された。現在では民間でウランを扱うことが難しいため、新たなものは極少量が生産されているに過ぎないが、骨董・アンティークとしてファンも多く、高値で取引されている。

電子顕微鏡写真撮影用の染色剤としての利用

酢酸ウラニル溶液が最も良く使われ、細胞内の核質やリボソームなどに対して染色効果がある。

その他の用途

ウランの原子核崩壊により生じる核種変化を追跡することで、岩石等の生成年代を特定することが可能である。

ウランの化合物

ウランの化合物は、一般にウランの酸化数が+6価のものが安定であることが知られている。ただし、酸化物の場合は、ウランの酸化数が+4価（つまり二酸化ウラン）でも安定である。なお、ウランがこの他の酸化数である時の化合物は、一般に不安定である。

同位体

ウランの同位体は幾つも知られている。それらの中で最も寿命が長いのは、ウラン238である。次いで、ウラン235、ウラン236、ウラン234、ウラン233、ウラン232と続く。これら以外で半減期が1日以上なのは、ウラン230、ウラン231、ウラン237の3核種のみである。これら以外は、半減期が1日以内の非常に寿命の短い核種ばかりである。

その他

脚注

注釈

  1. ^ 1cm3当り0.5g刻みの値。 ここは「概要」の節であるため、感覚的に理解してもらうために概算値を示した。
  2. ^ 安定核種と半減期の特に長い放射性核種を合わせて原生核種（英語版）と呼ばれるが、原生核種として数えられるのは、このうちウラン238とウラン235の2核種である。 ウラン234の半減期は約24万5500年であり、ウラン238及び235と比較すると極端に短いにもかかわらず、ウラン234が現存している理由は、ウラン238が鉛206に変化する過程（ウラン系列）に、ウラン234が関与しているからである。ウラン238が1回のα崩壊と2回のβ崩壊をすることで、このウラン234になるため、ウラン238が存在する限り、ウラン234も無くならない（ウラン234が崩壊しても新たに補充される）のである。

出典

  1. ^ The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements: Third Edition by L.R. Morss, N.M. Edelstein, J. Fuger, eds. (Netherlands: Springer, 2006.)
  2. ^ BNL-NCS 51363, vol. II (1981), pages 835ff
  3. ^ http://www.thefreedictionary.com/uranium
  4. ^ 桜井 2009, p. 379.
  5. ^ 桜井 2009, p. 380.
  6. ^ 桜井 2009, p. 372.
  7. ^ 国立天文台 2008, p. 466.
  8. ^ 国立天文台 2008, pp. 456, 460, 466.
  9. ^ 国立天文台 2008, pp. 456, 460.
  10. ^ 丸山誠史、服部健太郎、平田岳史、ミネラルウォーターのウラン・トリウム濃度 地球化学 Vol.48 (2014) No.3 p.187-199, doi:10.14934/chikyukagaku.48.187
  11. ^ a b c d e 桜井 2009, p. 371.
  12. ^ a b 国立天文台 2008, p. 944.
  13. ^ 国立天文台 2008, p. 137.
  14. ^ “Uranium”. Los Alamos National Laboratory. 2024年7月16日閲覧。
  15. ^ 桜井 2009, p. 370.
  16. ^ http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/EV_D_G1.html
  17. ^ パキスタンの原子力開発と原子力施設 (14-02-12-01)
  18. ^ 『地理 統計要覧』（2014年版）二宮書店、95頁、ISBN 978-4-8176-0382-1。
  19. ^ a b 池田瑞代、大町康、宮河直人 ほか、ウラン体内除染剤スクリーニングモデルの基礎検討 日本毒性学会学術年会 第39回日本毒性学会学術年会 セッションID:P-104 , doi:10.14869/toxpt.39.1.0.P-104.0
  20. ^ 김윤미 (2019年10月2日). “수십 년 밥했던 물이…기준치 157배 우라늄 '가득'” (朝鮮語). MBC NEWS. 2019年10月3日閲覧。

参考文献

関連項目

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表話編歴周期表
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
アルカリ金属 アルカリ土類金属 ランタノイド アクチノイド 遷移金属 その他の金属 半金属元素（半導体元素） その他の非金属 ハロゲン 貴ガス（希ガス） 不明
表話編歴発電
方式 発電機使用熱機関による発電火力発電 (発電所) 内燃力発電 コンバインドサイクル発電 廃棄物発電 石炭ガス化複合発電 バイオマス発電 非火力発電 原子力発電 原子力発電所 地熱発電 太陽熱発電 海洋温度差発電 核融合発電 (核融合炉) その他 汽力発電 (火力非火力共通) 冷熱発電 炉頂圧発電 水力発電 揚水発電 小水力発電 海洋発電 波力発電 潮力発電 海洋温度差発電 塩分濃度差発電 海流発電 風力発電 陸上風力発電 洋上風力発電 浮体式洋上風力発電 凧型風力発電（英語版） その他 人力発電 発電機不使用 燃料電池発電 太陽光発電 宇宙太陽光発電 熱光起電力発電 ラジオアイソトープ発電 爆薬発電 MHD発電 熱電発電 振動発電 ナノ発電 大気電流発電
燃料 化石燃料 石炭 石油 軽油 灯油 ガソリン 天然ガス LNG LPG 重油 バイオマス アルコール燃料 ガソール バイオ燃料 バイオマスエタノール 第二世代バイオ燃料 セルロシック・エタノール バイオディーゼル バイオガス バイオコークス 微細藻燃料 木質燃料 木質バイオマス 薪 木質ペレット ウッドチップ 間伐材 パーム油 汚泥 脱水ケーキ 核燃料 ウラン プルトニウム トリウム 重水素 三重水素 その他 太陽 太陽光 廃棄物固形燃料（RDF） 水素 水素燃料
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