Uraniu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Uraniu
ProtactiniuUraniuNeptuniu
Nd
  Orthorhombic.svg
238
92
U
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
U
Uqq
Tabelul completTabelul extins
Informații generale
Nume, Simbol, Număr Uraniu, U, 92
Serie chimică Actinide
Grupă, Perioadă, Bloc 3, 7, f
Densitate 19,050 kg/m³
Culoare cenușiu
Număr CAS 7440-61-1
Număr EINECS
Proprietăți atomice
Masă atomică 238 u
Rază atomică 175 pm
Rază de covalență 196 ± 7 pm
Rază van der Waals 186 pm
Configurație electronică Rn 5f3 6d1 7s2
Electroni pe nivelul de energie 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Număr de oxidare +6, +5, +4, +3, +2, +1
Oxid UO
U2O5
U3O8
Structură cristalină ortorombică
Proprietăți fizice
Fază ordinară solid
Punct de topire 1135 ºC ; 1408 K
Punct de fierbere 4131°C ; 4404 K
Energie de fuziune 15,48 kJ/mol
Energie de evaporare 477 kJ/mol
Temperatură critică  K
Presiune critică  Pa
Volum molar 12,49×10-6 m³/kmol
Presiune de vapori
Viteza sunetului 3155 m/s la 20 °C
Forță magnetică
Informații diverse
Electronegativitate (Pauling) 1,38
Căldură specifică 120 J/(kg·K)
Conductivitate electrică 0,280 S/m
Conductivitate termică 27,6 W/(m·K)
Primul potențial de ionizare 597,6 kJ/mol
Al 2-lea potențial de ionizare 1420 kJ/mol
Al 3-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_3}}} kJ/mol
Al 4-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_4}}} kJ/mol
Al 5-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_5}}} kJ/mol
Al 6-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_6}}} kJ/mol
Al 7-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_7}}} kJ/mol
Al 8-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_8}}} kJ/mol
Al 9-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_9}}} kJ/mol
Al 10-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_10}}} kJ/mol
Cei mai stabili izotopi
Simbol AN T1/2 MD Ed PD
MeV
234U 0,006 % 245,5 mii de ani α 4,859 230Th
235U 0,72 % 704 milioane de ani α 4,679 231Th
238U 99,275 % 4,47 miliarde de ani α
β-β-
fuziune spontană
4,270
-
205,87
234Th
238Pu
-
Precauții
NFPA 704
Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Uraniu, în latină uranium, este un element chimic, un metal, din seria actinidelor a sistemului periodic al elementelor care are simbolul chimic U și numărul atomic 92.

Uraniu
Configurația electronică a atomului de uraniu

Uraniul are cea mai mare masă atomică dintre toate elementele naturale (vedeți plutoniu). Uraniul este aproximativ cu 70% mai dens decât plumbul și este ușor radioactiv. Distribuția sa naturală este de circa câteva părți per milion în sol, roci și apă. Uraniul este extras industrial din minerale relativ bogate în concentrație față de cea naturală (vedeți uranit) prin procedee mecanice, fizice și chimice (vedeți extragerea uraniului).

Probă de uraniu

Forma naturală a elementului chimic Uraniu care are numărul atomic 92. Principalii izotopi ai uraniului sunt:

  • U-234 ^{234}_{92}U^{}_{142} cu o abundență de 0,006%;
  • U-235 ^{235}_{92}U^{}_{143} cu o abundență de 0,72%;
  • U-238 ^{238}_{92}U^{}_{146} cu o abundență de 99,275%.

Uraniul cu o concentrație de U-235 mai mare decât cea naturală este numit uraniu îmbogățit (se obține într-o instalație de separare izotopică).

Stare naturală[modificare | modificare sursă]

În stare naturală, uraniul se găsește sub formă preponderent a izotopului uraniu 238 (99,275 %), respectiv a izotopilor uraniu 235 (0,711 %) și a unei cantități foarte reduse de uraniu 234 (0,005 8 %). Această proporție din natură se datoreazǎ timpului de înjumătățire al celor trei izotopi, pentru uraniu 238 acesta este de 4,47 miliarde de ani, dar pentru uraniu 235 este de 704 milioane de ani.Indiferent de izotop, atomii de uraniu fisionează spontan emițând particule alfa.[1], făcându-se folositori în datarea vârstei Pământului (vezi datarea uraniu-toriu, datarea uraniu-plumb și datarea uraniu-uraniu). La fel ca toriul și plutoniul, uraniul este unul din cele trei elemente fisionabile, însemnând că se poate descompune(scinda) ușor în elemente mai ușoare. În timp ce uraniul-238(material fertil) prezintă o mică probabilitate de fisiune spontană sau fisiune datorată bombardării cu neutroni rapizi, uraniul-235 și uraniul-233 prezintă o mare probabilitate de fisiune când sunt bombardați cu neutroni lenți. Acest efect generează căldura din reactoarele nucleare, fiind folosită ca sursă de putere și generează materialul fisionabil pentru armele nucleare. Amândouă consecințele se bazează pe capacitatea uraniului de a întreține o reacție nucleară în lanț. Uraniul epuizat (uraniul-238) este folosit în penetratorul cu energie cinetică și blindarea vehiculelor.[2]

Istoric[modificare | modificare sursă]

Uraniul este folosit pe post de colorant în sticla de uraniu, producând diferite tente de culoare, de la portocaliu-roșu până la galben-lămâi. A fost de asemenea folosit și pentru a umbri și a da tente de culoare în arta fotografică. Descoperirea, în anul 1789 a uraniului în mineralul plehbendă, îi este acreditată lui Martin Heinrich Klaproth, care a numit noul element după planeta Uranus. Eugène-Melchior Péligot a fost prima persoană care a reușit să izoleze acest metal, iar proprietățile sale radioactive au fost descoperite, în 1896, de Antoine Becquerel. Cercetările lui Enrico Fermi, Otto Hahn și alții, începând din 1934, au condus la folosirea acestuia drept combustibil în industria energiei nucleare și în Little Boy, prima armă nucleară folosită în război. Disputa ce a dat tonul Razboiului Rece între Statele Unite și Uniunea Sovietică a dus la producerea a zeci de mii de arme nucleare ce foloseau uraniu îmbogățit, sau un derivat al uraniului, plutoniul. Date despre securizarea acestor arme și a materialelor fisionabile folosite în acestea, potrivit articolului "destrămarea Uniunii Sovietice" în 1991, împreună cu sumedenia de teste nucleare și accidente nucleare reprezintă o neliniște pentru sănătatea și siguranța publică.

Minereu de uraniu

Utilizări și obținere[modificare | modificare sursă]

Uraniul este un metal care face parte dintre elementele chimice care au jucat un rol deosebit la dezvoltarea energeticii nucleare prin proprietatea acestuia de a fi fisionabil și a elibera energie. Uraniul este destul de răspândit în natură sub forma diferitelor tipuri de minereuri (pehblendă, uraninit, torbernit, carnotit etc...). Uraniul este folosit, actualmente, drept combustibil nuclear sub forma Uraniului Metalic sau a unor compuși chimici. În reactoarele atomice este folosit uraniul ca sursă de energie pentru producerea curentului electric. În reactorul atomic este produsă, de fapt, o explozie atomică controlată, prin intermediul unor bare absorbante de neutroni (conținând bor sau cadmiu care au rolul de a absorbi neutronii în exces. În toate cazurile se pune problema obținerii, fie a uraniului, fie a unor săruri ale acestuia de puritate nucleară. Impuritățile (chiar urme, de exemplu, bor, element cu secțiune de captură foarte mare) pot duce la deranjamente grave, din cauza unor secțiuni de captură mari. Datorită acestui lucru apare necesitatea utilizării unei tehnologii de purificare a substanțelor. Uraniul formează o serie de oxizi, dintre care îi amintim pe cei mai importanți: U3O8, UO3 și UO2. Primul se poate obține din calcinarea diuranatului de amoniu și azotatului de uraniu, UO3 rezultă prin calcinarea azotatului, iar UO2 prin reducerea UO3 cu H. Uraniul natural este un uraniu sărac in izotopul U235, izotop fisionabil utilizat la reactoare nucleare. In cazul reactoarelor cu moderator de grafit și apa ușoară se pune problema îmbogățirii uraniului, crescând concentrația în izotopul U235 (care există cam în proporție de 0,5-1 % în uraniul natural, restul fiind U238 nefisionabil. Un exemplu de proces de îmbogățire este următorul: în prima fază se amestecă UF6 cu un gaz purtător (H2 sau He). Curentul de gaze este trecut printr-o centrifugă de îmbogățire compusă dintr-un cilindru metalic care se rotește foarte repede (20 000 rotații/minut). Aici are loc separarea izotopilor după masele lor. Spre centrul cilindrului ajunge izotopul ușor, U235 care părăsește cilindrul printr-o serie de conducte și ajunge într-o uzină de procesare unde este transformat în oxizi. Izotopul U238 se va deplasa spre exteriorul cilindrului, loc de unde va fi colectat și va fi utilizat, în general, la prepararea unor reactivi de laborator[UO2(CH3COO)2,UO2(NO3)2] care nu trebuie să conțină izotopul periculos( emite și raze gamma) U235. Alte metode de îmbogățire sunt difuzia gazoasă, separarea electromagnetică (în calutron), etc.

Proprietăți fizice[modificare | modificare sursă]

  • Metal radioactiv, Izotopul U235 având timpul de înjumătățire de cca. 760 de milioane de ani.
  • Are densitate foarte mare, lucru care-l face să fie utilizat (izotopul U238) la fabricarea unor greutăți mici (de exemplu pentru giroscoape), dar cu masa mare, de asemenea, izotopul menționat se poate utiliza la fabricarea blindajelor pentru tancuri, dar și pentru fabricarea muniției (proiectile cu vârf de uraniu). Dezavantajul muniției de uraniu este contaminarea terenului la momentul exploziei, un lucru nedorit, praful de uraniu putând ajunge în organisme vii unde va provoca mutații în celule și deci cancer (uraniul și toate radioelementele sunt cunoscute pentru proprietățile lor mutagene și cancerigene). În anumite cazuri, uraniul se utilizează la ecranarea unor surse foarte puternice de radiație (de exemplu Cobalt 60, Cesiu 137) utilizate în radioterapie sau defectoscopie. Oxidul U3O8 are culoarea galbenă, lucru ce l-a făcut utilizat la colorarea vaselor de porțelan și a sticlei (sticla de uraniu). În anumite cazuri, oxidul de uraniu a fost utilizat la fabricarea danturilor false. Uraniul era adăugat pentru că dinții falși să aibă fluorescența celor adevărați. În general, oxizii uraniului au fost folosiți ca și coloranți. Chiar și oxidul negru de uraniu a fost folosit pentru emailarea anumitor vase de porțelan. Sărurile de uraniu (azotat) erau folosite în tehnica fotografică, pentru realizarea fotografiilor în ton sepia.

Producția[modificare | modificare sursă]

În anul 2009, producția mondială de uraniu a fost de circa 50.000 de tone, cea mai mare cantitate fiind extrasă din Kazahstan.[3] Australia este și ea un jucător important pe piața uraniului: nu numai că deține 23% din rezervele mondiale, dar pe teritoriul său există cel mai mare zăcământ din lume, celebrele mine Olympic Dam, din sudul țării. Statele Unite sunt cel mai mare consumator de uraniu, cu o medie de 9.000 de tone consumate anual.[3]

Un raport oficial întocmit de experții Uniunii Europene la nivelul anului 2001 stipula încă de pe atunci că resursele mondiale de uraniu vor mai ajunge doar pentru 42 de ani de exploatări.[3]

Dacă la nivelul anului 2001, prețul uraniului era de 6,4 $/livră (1 livră= 453 g), în anul 2010 prețul a ajuns la valoarea de 46,5 $/livră.[3]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ WWW Table of Radioactive Isotopes. http://ie.lbl.gov/toi/nucSearch.asp. 
  2. ^ Emsley, Nature's Building Blocks (2001), page 479
  3. ^ a b c d Goana după uraniu, 11 iulie 2011, Nicu Pârlog, Descoperă, accesat la 19 mai 2012

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • S. Stoici, Uraniul și toriul, Editura Tehnică, 1979
  • D. Marian, Metale de înaltă puritate, Editura Tehnică, 1988

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Commons
Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Uraniu