องค์ประกอบทางเคมีแต่ละอย่างที่นำเสนอในเปลือกโลก ได้แก่ บรรยากาศ ธรณีภาค และไฮโดรสเฟียร์ - สามารถทำหน้าที่เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน ซึ่งยืนยันถึงความสำคัญพื้นฐานของทฤษฎีอะตอมและโมเลกุลและกฎเป็นระยะ พวกเขาถูกกำหนดโดยผู้ทรงคุณวุฒิแห่งวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ - นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M. V. Lomonosov และ D. I. Mendeleev แลนทาไนด์และแอกทิไนด์เป็นสองตระกูลที่มีองค์ประกอบทางเคมี 14 ชนิดรวมถึงโลหะด้วย - แลนทานัมและแอกทิเนียม คุณสมบัติของพวกเขา - ทั้งทางกายภาพและทางเคมี - เราจะพิจารณาในบทความนี้ นอกจากนี้ เราจะกำหนดว่าตำแหน่งในระบบธาตุไฮโดรเจน แลนทาไนด์ แอคติไนด์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมอย่างไร
ประวัติการค้นพบ
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 Y. Gadolin ได้รับสารประกอบแรกจากกลุ่มของโลหะหายาก - อิตเทรียมออกไซด์ จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 ต้องขอบคุณการวิจัยของ G. Moseley ในวิชาเคมี มันจึงกลายเป็นที่รู้จักเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของกลุ่มโลหะ พวกมันอยู่ในระบบธาตุระหว่างแลนทานัมและแฮฟเนียม อีกองค์ประกอบทางเคมี - แอกทิเนียม เช่น แลนทานัม ก่อตัวเป็นตระกูลกัมมันตภาพรังสี 14 ชนิดองค์ประกอบทางเคมีที่เรียกว่าแอคติไนด์ การค้นพบของพวกเขาในด้านวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2422 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 แลนทาไนด์และแอคติไนด์มีความคล้ายคลึงกันมากทั้งในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมของโลหะเหล่านี้ ซึ่งอยู่ที่ระดับพลังงาน กล่าวคือ สำหรับแลนทาไนด์ นี่คือระดับย่อยของ f ที่สี่ และสำหรับแอคติไนด์ - ระดับย่อยที่ห้าของ f ต่อไป เราจะพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมของโลหะข้างต้น
โครงสร้างขององค์ประกอบการนำส่งภายในในแง่ของการสอนแบบปรมาณูและโมเลกุล
การค้นพบโครงสร้างของสารเคมีอย่างชาญฉลาดโดย MV Lomonosov เป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม แบบจำลอง Rutherford ของโครงสร้างของอนุภาคมูลฐานขององค์ประกอบทางเคมี การศึกษาของ M. Planck, F. Gund ทำให้นักเคมีสามารถค้นหาคำอธิบายที่ถูกต้องสำหรับรูปแบบที่มีอยู่ของการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แสดงถึงแลนทาไนด์และแอคติไนด์ เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิกเฉยต่อบทบาทที่สำคัญที่สุดของกฎธาตุของ D. I. Mendeleev ในการศึกษาโครงสร้างของอะตอมขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลง มาพูดถึงประเด็นนี้โดยละเอียดกันดีกว่า
สถานที่ขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงภายในในตารางธาตุของ D. I. Mendeleev
ในกลุ่มที่สามของช่วงที่หก - ช่วงที่ใหญ่กว่า - หลังแลนทานัมเป็นตระกูลของโลหะตั้งแต่ซีเรียมไปจนถึงลูทีเซียม ระดับย่อย 4f ของอะตอมแลนทานัมว่างเปล่าในขณะที่อะตอมลูทีเซียมเต็มไปด้วยอะตอมที่ 14 อย่างสมบูรณ์อิเล็กตรอน องค์ประกอบที่อยู่ระหว่างพวกมันจะค่อยๆ เติม f-orbitals ในตระกูลแอคติไนด์ - จากทอเรียมถึงลอเรนเซียม - หลักการเดียวกันของการสะสมของอนุภาคที่มีประจุลบนั้นมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียว: การเติมอิเล็กตรอนเกิดขึ้นที่ระดับย่อย 5f โครงสร้างของระดับพลังงานภายนอกและจำนวนของอนุภาคลบบนมัน (เท่ากับสอง) จะเหมือนกันสำหรับโลหะทั้งหมดข้างต้น ข้อเท็จจริงนี้ตอบคำถามว่าทำไมแลนทาไนด์และแอคติไนด์ที่เรียกว่าองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงภายในจึงมีความคล้ายคลึงกันมาก
ในบางแหล่งของวรรณคดีเคมี ตัวแทนของทั้งสองครอบครัวจะรวมกันเป็นกลุ่มย่อยด้านที่สอง ประกอบด้วยโลหะสองชนิดจากแต่ละตระกูล ในรูปแบบสั้นของระบบธาตุเคมีของ D. I. Mendeleev ตัวแทนของตระกูลเหล่านี้จะถูกแยกออกจากตัวโต๊ะและจัดเรียงเป็นแถวแยกกัน ดังนั้นตำแหน่งของแลนทาไนด์และแอคติไนด์ในระบบคาบจึงสอดคล้องกับแผนทั่วไปของโครงสร้างของอะตอมและความเป็นคาบของการเติมระดับภายในด้วยอิเล็กตรอนและการมีอยู่ของสถานะออกซิเดชันเดียวกันทำให้เกิดความสัมพันธ์ของโลหะทรานซิชันภายในเป็นกลุ่มทั่วไป. องค์ประกอบทางเคมีมีคุณสมบัติและคุณสมบัติเทียบเท่าแลนทานัมหรือแอกทิเนียม นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมแลนทาไนด์และแอคติไนด์จึงถูกกำจัดออกจากตารางธาตุเคมี
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับย่อย f ส่งผลต่อคุณสมบัติของโลหะอย่างไร
อย่างที่เราบอกไปก่อนหน้านี้ว่า ตำแหน่งของแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ในระยะนี้ระบบกำหนดลักษณะทางกายภาพและทางเคมีโดยตรง ดังนั้นไอออนของซีเรียม แกโดลิเนียม และองค์ประกอบอื่นๆ ของตระกูลแลนทาไนด์จึงมีโมเมนต์แม่เหล็กสูง ซึ่งสัมพันธ์กับลักษณะโครงสร้างของระดับย่อย f ทำให้สามารถใช้โลหะเป็นสารเจือปนเพื่อให้ได้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ซัลไฟด์ขององค์ประกอบของตระกูลแอกทิเนียม (เช่นซัลไฟด์ของโพรแทกทิเนียมทอเรียม) ในองค์ประกอบของโมเลกุลมีพันธะเคมีแบบผสม: อิออนโควาเลนต์หรือโลหะโควาเลนต์ คุณสมบัติของโครงสร้างนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของคุณสมบัติทางเคมีกายภาพใหม่และทำหน้าที่เป็นคำตอบสำหรับคำถามที่ว่าทำไมแลนทาไนด์และแอคติไนด์จึงมีคุณสมบัติการเรืองแสง ตัวอย่างเช่น ตัวอย่างของดอกไม้ทะเลที่มีสีเงินในความมืดจะเรืองแสงเป็นสีน้ำเงิน สิ่งนี้อธิบายได้จากการกระทำของกระแสไฟฟ้า โฟตอนของแสงบนไอออนของโลหะ ภายใต้อิทธิพลของอะตอมที่ตื่นเต้น และอิเล็กตรอนในพวกมัน "กระโดด" ไปที่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นแล้วกลับสู่วงโคจรที่อยู่กับที่ ด้วยเหตุนี้เองที่แลนทาไนด์และแอคติไนด์จัดเป็นฟอสเฟอร์
ผลที่ตามมาของการลดรัศมีไอออนของอะตอม
ในแลนทานัมและแอกทิเนียม เช่นเดียวกับองค์ประกอบจากตระกูลของพวกเขา ค่าตัวบ่งชี้รัศมีของโลหะไอออนจะลดลงอย่างจำเจ ในทางเคมี ในกรณีเช่นนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงการบีบอัดแลนทาไนด์และแอคติไนด์ ในวิชาเคมี มีการสร้างรูปแบบดังต่อไปนี้: เมื่อประจุของนิวเคลียสของอะตอมเพิ่มขึ้น หากองค์ประกอบอยู่ในช่วงเวลาเดียวกัน รัศมีของธาตุจะลดลง สามารถอธิบายได้ดังนี้วิธี: สำหรับโลหะเช่นซีเรียม, พรีโอดิเมียม, นีโอไดเมียม จำนวนระดับพลังงานในอะตอมไม่เปลี่ยนแปลงและเท่ากับหก อย่างไรก็ตาม ประจุของนิวเคลียสตามลำดับเพิ่มขึ้นทีละหนึ่ง และเท่ากับ +58, +59, +60 ซึ่งหมายความว่าแรงดึงดูดของอิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในไปยังนิวเคลียสที่มีประจุบวกเพิ่มขึ้น ส่งผลให้รัศมีอะตอมลดลง ในสารประกอบไอออนิกของโลหะ เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น รัศมีไอออนิกก็ลดลงเช่นกัน พบการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันในองค์ประกอบของตระกูลดอกไม้ทะเล นั่นคือเหตุผลที่แลนทาไนด์และแอคติไนด์เรียกว่าแฝด การลดลงของรัศมีของอิออนนำไปสู่การลดลงของคุณสมบัติพื้นฐานของไฮดรอกไซด์ Ce(OH)3, Pr(OH)3 คุณสมบัติ
การเติม 4f-sublevel ด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่จนถึงครึ่งหนึ่งของออร์บิทัลของอะตอมยูโรเพียมนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด รัศมีอะตอมของมันไม่ลดลง แต่กลับเพิ่มขึ้น แกโดลิเนียมซึ่งตามมาในชุดของแลนทาไนด์มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในระดับย่อย 4f ที่ระดับย่อย 5d คล้ายกับสหภาพยุโรป โครงสร้างนี้ทำให้รัศมีของอะตอมแกโดลิเนียมลดลงอย่างกะทันหัน พบปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในอิตเทอร์เบียม - ลูทีเซียมคู่หนึ่ง สำหรับองค์ประกอบแรก รัศมีอะตอมมีขนาดใหญ่เนื่องจากการเติมที่สมบูรณ์ของระดับย่อย 4f ในขณะที่สำหรับลูทีเซียมจะลดลงอย่างกะทันหัน เนื่องจากสังเกตการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนที่ระดับย่อย 5d ในแอกทิเนียมและธาตุกัมมันตภาพรังสีอื่นๆ ของตระกูลนี้ รัศมีของอะตอมและไอออนของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างจำเจ แต่เช่นเดียวกับแลนทาไนด์จะเป็นแบบขั้น ดังนั้น แลนทาไนด์และแอคติไนด์เป็นธาตุที่คุณสมบัติของสารประกอบนั้นสัมพันธ์กันขึ้นอยู่กับรัศมีไอออนิกและโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม
สถานะวาเลนซ์
แลนทาไนด์และแอกทิไนด์เป็นธาตุที่มีลักษณะค่อนข้างคล้ายคลึงกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับสถานะออกซิเดชันในไอออนและความจุของอะตอม ตัวอย่างเช่น ทอเรียมและโพรแทกทิเนียมซึ่งมีความจุสามตัวในสารประกอบ Th(OH)3 PaCl3, ThF 3 Pa2(CO3)3. สารเหล่านี้ไม่ละลายน้ำและมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกันกับโลหะจากตระกูลแลนทานัม: ซีเรียม พรีเซโอดิเมียม นีโอไดเมียม ฯลฯ แลนทาไนด์ในสารประกอบเหล่านี้จะเป็นไตรวาเลนท์ด้วย ตัวอย่างเหล่านี้พิสูจน์ให้เราเห็นอีกครั้งถึงความถูกต้องของข้อความที่ว่าแลนทาไนด์และแอคติไนด์เป็นฝาแฝด พวกมันมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน สิ่งนี้สามารถอธิบายได้เบื้องต้นโดยโครงสร้างของอิเล็กตรอนออร์บิทัลของอะตอมของทั้งสองตระกูลขององค์ประกอบทรานซิชันภายใน
คุณสมบัติของโลหะ
ตัวแทนทั้งหมดของทั้งสองกลุ่มเป็นโลหะซึ่งระดับ 4f-, 5f- และ d-sub เสร็จสมบูรณ์แล้ว แลนทานัมและธาตุในตระกูลเรียกว่าธาตุหายาก ลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของพวกมันใกล้เคียงกันมากจนแยกจากกันภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการด้วยความยากลำบาก ส่วนใหญ่มักจะแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +3 องค์ประกอบของชุดแลนทานัมมีความคล้ายคลึงกันหลายประการกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ (แบเรียมแคลเซียมสตรอนเทียม)แอคติไนด์ยังเป็นโลหะที่มีฤทธิ์รุนแรงและมีกัมมันตภาพรังสีด้วย
ลักษณะโครงสร้างของแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ยังสัมพันธ์กับคุณสมบัติเช่น ไพโรฟอริซิตี้ในสภาพที่กระจัดกระจายอย่างประณีต นอกจากนี้ยังพบว่าขนาดของโลหะขัดแตะคริสตัลที่อยู่ตรงกลางใบหน้ายังลดลงอีกด้วย เราเสริมว่าองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดของทั้งสองตระกูลเป็นโลหะที่มีเงาสีเงิน เนื่องจากมีปฏิกิริยาสูง พวกมันจึงมืดลงในอากาศอย่างรวดเร็ว พวกเขาถูกปกคลุมด้วยฟิล์มของออกไซด์ที่เกี่ยวข้องซึ่งป้องกันการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม องค์ประกอบทั้งหมดทนไฟได้เพียงพอ ยกเว้นเนปทูเนียมและพลูโทเนียมซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า 1,000 °C
ปฏิกิริยาเคมีที่มีลักษณะเฉพาะ
ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ แลนทาไนด์และแอคติไนด์เป็นโลหะที่มีปฏิกิริยา ดังนั้นแลนทานัมซีเรียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ของครอบครัวจึงรวมเข้ากับสารง่าย ๆ เช่นฮาโลเจนรวมถึงฟอสฟอรัสคาร์บอน แลนทาไนด์ยังสามารถโต้ตอบกับทั้งคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ พวกมันยังสามารถย่อยสลายน้ำได้ นอกเหนือจากเกลือทั่วไป เช่น SeCl3 หรือ PrF3 เช่น เกลือเหล่านี้สร้างเกลือสองชั้น ในเคมีวิเคราะห์ ปฏิกิริยาของโลหะแลนทาไนด์กับกรดอะมิโนอะซิติกและกรดซิตริกครอบครองสถานที่สำคัญ สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการดังกล่าวจะใช้ในการแยกส่วนผสมของแลนทาไนด์ออก ตัวอย่างเช่น ในแร่
เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดไนเตรต คลอไรด์ และซัลเฟต โลหะสร้างเกลือที่สอดคล้องกัน พวกมันสามารถละลายได้สูงในน้ำและสามารถก่อตัวเป็นผลึกไฮเดรตได้ง่าย ควรสังเกตว่าสารละลายของเกลือแลนทาไนด์ในน้ำมีสีซึ่งอธิบายได้จากการปรากฏตัวของไอออนที่เกี่ยวข้อง สารละลายของเกลือซาแมเรียมหรือเกลือพรีเซโอดิเมียมคือสีเขียว นีโอดิเมียม - ม่วงแดง โพรมีเธียม และยูโรเพียม - ชมพู เนื่องจากไอออนที่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +3 มีสี จึงใช้ในเคมีวิเคราะห์เพื่อระบุไอออนของโลหะแลนทาไนด์ (เรียกว่าปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ) เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน วิธีการวิเคราะห์ทางเคมี เช่น การตกผลึกแบบเศษส่วนและโครมาโตกราฟีการแลกเปลี่ยนไอออนก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน
Actinides สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มขององค์ประกอบ เหล่านี้คือเบอร์คีเลียม, เฟอร์เมียม, เมนเดเลเวียม, โนบีเลียม, ลอว์เรนเซียมและยูเรเนียม, เนปทูเนียม, พลูโทเนียม, เมอร์เซียม คุณสมบัติทางเคมีของคุณสมบัติแรกเหล่านี้คล้ายกับแลนทานัมและโลหะจากตระกูลของมัน องค์ประกอบของกลุ่มที่สองมีลักษณะทางเคมีที่คล้ายคลึงกันมาก (เกือบจะเหมือนกัน) แอคติไนด์ทั้งหมดทำปฏิกิริยากับอโลหะอย่างรวดเร็ว: กำมะถัน ไนโตรเจน คาร์บอน พวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบที่ซับซ้อนซึ่งมีตำนานที่ประกอบด้วยออกซิเจน ดังที่เราเห็น โลหะของทั้งสองตระกูลมีความใกล้เคียงกันในพฤติกรรมทางเคมี นี่คือสาเหตุที่แลนทาไนด์และแอคติไนด์มักถูกเรียกว่าโลหะคู่
ตำแหน่งในระบบธาตุไฮโดรเจน แลนทาไนด์ แอคติไนด์
จำเป็นต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าไฮโดรเจนเป็นสารที่มีปฏิกิริยาค่อนข้างดี มันแสดงออกขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของปฏิกิริยาเคมี: ทั้งในฐานะตัวรีดิวซ์และในฐานะตัวออกซิไดซ์ นั่นคือเหตุผลที่ในระบบธาตุไฮโดรเจนตั้งอยู่พร้อมกันในกลุ่มย่อยหลักของสองกลุ่มพร้อมกัน
ในตอนแรก ไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ เหมือนกับโลหะอัลคาไลที่อยู่ที่นี่ ตำแหน่งของไฮโดรเจนในกลุ่มที่ 7 พร้อมด้วยองค์ประกอบฮาโลเจนบ่งบอกถึงความสามารถในการรีดิวซ์ ในช่วงที่หกดังที่ได้กล่าวไปแล้วตระกูลแลนทาไนด์ตั้งอยู่ในแถวที่แยกจากกันเพื่อความสะดวกและความกะทัดรัดของโต๊ะ ช่วงที่เจ็ดประกอบด้วยกลุ่มของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่มีลักษณะคล้ายกับแอกทิเนียม Actinides ตั้งอยู่นอกตารางองค์ประกอบทางเคมีของ D. I. Mendeleev ใต้แถวของตระกูลแลนทานัม องค์ประกอบเหล่านี้ได้รับการศึกษาน้อยที่สุด เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมนั้นไม่เสถียรมากเนื่องจากกัมมันตภาพรังสี โปรดจำไว้ว่าแลนทาไนด์และแอคติไนด์เป็นองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงภายใน และลักษณะทางเคมีกายภาพของพวกมันอยู่ใกล้กันมาก
วิธีทั่วไปในการผลิตโลหะในอุตสาหกรรม
ยกเว้นทอเรียม โพรแทกทิเนียม และยูเรเนียม ซึ่งขุดได้โดยตรงจากแร่ ส่วนที่เหลือของแอคติไนด์สามารถรับได้จากการฉายรังสีตัวอย่างยูเรเนียมที่เป็นโลหะด้วยกระแสนิวตรอนที่เคลื่อนที่เร็ว ในระดับอุตสาหกรรม เนปทูเนียมและพลูโทเนียมถูกขุดจากเชื้อเพลิงใช้แล้วจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โปรดทราบว่าการผลิตแอคติไนด์เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีราคาแพง ซึ่งวิธีการหลักคือการแลกเปลี่ยนไอออนและการสกัดแบบหลายขั้นตอน แลนทาไนด์ซึ่งเรียกว่าธาตุหายากได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของคลอไรด์หรือฟลูออไรด์วิธีการทางความร้อนโลหะใช้ในการสกัดแลนทาไนด์บริสุทธิ์พิเศษ
ตำแหน่งที่ใช้องค์ประกอบการเปลี่ยนภายใน
การใช้โลหะที่เราศึกษาค่อนข้างกว้าง สำหรับตระกูลดอกไม้ทะเล อย่างแรกเลยคืออาวุธนิวเคลียร์และพลังงาน แอคติไนด์มีความสำคัญในด้านการแพทย์ การตรวจหาข้อบกพร่อง และการวิเคราะห์การกระตุ้น เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิกเฉยต่อการใช้แลนทาไนด์และแอคติไนด์เป็นแหล่งของการจับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แลนทาไนด์ยังใช้เป็นส่วนผสมของโลหะผสมสำหรับเหล็กหล่อและเหล็กกล้า เช่นเดียวกับในการผลิตสารเรืองแสง
กระจายในธรรมชาติ
ออกไซด์ของแอคติไนด์และแลนทาไนด์มักถูกเรียกว่าเซอร์โคเนียม ทอเรียม อิตเทรียมเอิร์ธ พวกเขาเป็นแหล่งหลักในการรับโลหะที่เกี่ยวข้อง ยูเรเนียมเป็นตัวแทนหลักของแอคติไนด์ที่พบในชั้นนอกของเปลือกโลกในรูปของแร่หรือแร่ธาตุสี่ประเภท อย่างแรกเลย มันคือสนามยูเรเนียม ซึ่งเป็นยูเรเนียมไดออกไซด์ มีปริมาณโลหะสูงสุด บ่อยครั้งที่ยูเรเนียมไดออกไซด์จะมาพร้อมกับการสะสมเรเดียม (เส้นเลือด) พบในแคนาดา ฝรั่งเศส ซาอีร์ คอมเพล็กซ์ของแร่ทอเรียมและแร่ยูเรเนียมมักประกอบด้วยแร่โลหะมีค่าอื่นๆ เช่น ทองหรือเงิน
วัตถุดิบสำรองดังกล่าวมีมากมายในรัสเซีย แอฟริกาใต้ แคนาดา และออสเตรเลีย หินตะกอนบางชนิดมีแร่คาร์โนไทต์ นอกจากยูเรเนียมแล้ว ยังมีวาเนเดียมอีกด้วย ที่สี่ประเภทของวัตถุดิบยูเรเนียมคือแร่ฟอสเฟตและชั้นหินเหล็กยูเรเนียม ทุนสำรองของพวกเขาตั้งอยู่ในโมร็อกโก สวีเดน และสหรัฐอเมริกา ในปัจจุบัน ลิกไนต์และถ่านหินที่มีสิ่งเจือปนของยูเรเนียมก็ถือว่ามีแนวโน้มดีเช่นกัน พวกมันถูกขุดในสเปน สาธารณรัฐเช็ก และในสองรัฐของสหรัฐฯ - เหนือและใต้ดาโกตา