Pitchblende (uraniitti): ominaisuudet, koostumus ja historiallinen merkitys

Pitchblende on radioaktiivinen, runsaasti uraania sisältävä mineraali ja malmi. Sen kemiallinen koostumus on suurelta osin UO₂ , mutta se sisältää myös UO:ta₃ sekä lyijyn, toriumin ja harvinaisten maametallien oksideja. Se tunnetaan nimellä pitchblende sen mustan värin ja suuren tiheyden vuoksi. Siitä käytetään yleisesti myös nimitystä uraniitti. Mineraali on tunnettu ainakin 1400-luvulta lähtien Saksan ja Tšekin rajalla sijaitsevien Malmivuorten hopeakaivoksista. M. Klaproth käytti Saksasta löytämäänsä pitchblendeä vuonna 1789 uraanin löytämiseen.

Pitchblende sisältää pienen määrän radiumia, joka on uraanin radioaktiivinen hajoamistuote. Koska uraanin isotoopit ²³⁸U ja ²³⁵hajoavat muodostaen lyijyn isotooppeja ²⁰⁶Pb ja²⁰⁷ Pb, piikivi sisältää aina myös pieniä määriä lyijyä. Pikirouheessa on myös pieniä määriä heliumia alfahajoamisen tuloksena. Heliumia löydettiin ensimmäisen kerran maapallolta pikirouheesta sen jälkeen, kun se oli löydetty Auringon ilmakehästä.

Ominaisuudet ja kemia

Uraniitti (pitchblende) on yleensä mustan tai tummanruskean värinen, tiheä ja heikosti kiteinen tai massiivinen mineraali. Sen koostumus vaihtelee riippuen hapetusasteesta: alkuperäinen UO₂-suhde voi osittain hapettua muotoihin kuten U₃O₈ tai UO₃, minkä vuoksi kemiallinen koostumus ei ole yksiselitteinen. Tyypillisiä fysikaalisia ominaisuuksia ovat:

• Särövyys ja kiderakenne: usein isometrinen (kuutiollinen) kiteisyys, mutta esiintyy yleisesti massiivisena tai murentuneena.
• Kovuus: noin Mohs 5–6.
• Tiheys: vaihtelee suuresti (noin 6,6–10,7 g/cm³) koostumuksesta riippuen.
• Kiilto: submetallinen tai rasvainen, vanhentuessaan usein mattapintainen.
• Väri ja raide: musta tai tummanruskea; raide yleensä ruskehtava tai musta.
• Radioaktiivisuus: voimakas — uraanin ja sen hajoamistuotteiden vuoksi pitchblende on voimakkaasti radioaktiivista ja tuottaa muun muassa radonia (kaasua) sekä lämpöä.

Geologia ja esiintymät

Pitchblende esiintyy tyypillisesti hydrotermisissa syvänteissä, uraanirikastumissa, pegmatiiteissa ja malmipareissa, joissa se voi korvata muita kivilajeja tai esiintyä veinimuodostumina. Tunnettuja merkittäviä esiintymiä ovat muun muassa Jáchymov (Joachimsthal) Tšekissä sekä suuret esiintymät Kongon Shinkolobwessa ja Kanadan Athabaskan alueella, jotka ovat olleet tärkeitä uraanin lähteitä.

Historiallinen merkitys

Pitchblende on ollut keskeinen mineraali modernin atomifysiikan ja radioaktiivisuuden tutkimuksen kannalta. Historian merkittäviä vaiheita:

• Uraanin löytäminen: Martin Heinrich Klaproth eristi 1789 aineesta nimeäen uuden alkuaineen uraaniksi (uranium).
• Radioaktiivisuuden tutkimus: 1800–1900 -lukujen vaihteen tutkijat havaitsivat pitchblenden poikkeuksellisen aktiivisuuden. Henri Becquerel huomasi uraanisilikaattien säteilyn, ja myöhemmin Marie ja Pierre Curie eristivät pitchblendestä uusia radioaktiivisia alkuaineita, kuten radiumin.
• Teollinen merkitys: pitchblende toimi tärkeänä uraanin ja radiumin lähteenä lääketieteellisiin ja tieteellisiin tarkoituksiin sekä myöhemmin ydinenergia- ja aseteollisuudelle.
• Heliumin esiintyminen: alfahajoamisen seurauksena pitchblendessä syntyvä helium oli ensimmäisiä maapallolta löydettyjä luonnollisia heliumin lähteitä.

Käyttö, turvallisuus ja ympäristö

Nykyisin pitchblende on ensisijaisesti uraanin malmi, josta erotetaan uraani polttoaineeksi ydinvoimaan tai muuhun teolliseen käyttöön. Historiallisesti pitchblende oli myös lähde radiumille, jota käytettiin lääketieteessä ja tutkimuksessa ennen ydinlääketieteen kehitystä.

Koska pitchblende on voimakkaasti radioaktiivista, sen käsittely ja varastointi vaativat erityistoimenpiteitä:

• Työskentely radioaktiivisten mineraalien kanssa edellyttää säteilysuojausta, etäisyyden ja suojamateriaalien käyttöä sekä säteilyn jatkuvaa mittausta.
• Uraanikaivosten jäte- ja sivukivet voivat aiheuttaa ympäristöriskejä, mukaan lukien radonin vapautuminen ja raskasmetallien liuennat maaperään ja pohjaveteen.
• Kaivostoiminnan ja jatkojalostuksen valvonta sekä jätteiden pitkäaikainen turvallinen loppusijoitus ovat olennaisia ympäristönsuojelun ja kansanterveyden kannalta.

Yhteenveto

Pitchblende (uraniitti) on uraanin tärkeä luonnollinen muoto ja historiallisesti keskeinen mineraali radioaktiivisuuden löytämisessä ja tutkimuksessa. Sen kemia ja fysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat, mutta tyypillisesti se on tiheää, mustaa ja voimakkaasti radioaktiivista. Pitchblenden merkitys ulottuu tieteellisestä historiasta aina nykypäivän ydinenergiaan, mutta samalla sen käsittely vaatii huolellista turvallisuus- ja ympäristöhuomiota.