Uranio (U), elemento chimico radioattivo della serie attinoide della tavola periodica, numero atomico 92. È un combustibile nucleare importante.
elemento attinoide
i membri del gruppo, compreso l'uranio (il più familiare), si trovano naturalmente, la maggior parte sono prodotti dall'uomo. Sono stati usati sia l'uranio che il plutonio
L'uranio costituisce circa due parti per milione di crosta terrestre. Alcuni importanti minerali di uranio sono il pitchblende (U 3 O 8 impuro), l'uraninite (UO 2), la carnotite (un vanadio di uranio potassio), l'autunite (un fosfato di uranio calcio) e la torbernite (un fosfato di uranio di rame). Questi e altri minerali di uranio recuperabili, come fonti di combustibili nucleari, contengono molte volte più energia di tutti i depositi recuperabili noti di combustibili fossili. Una libbra di uranio produce tanta energia quanto 1,4 milioni di chilogrammi (3 milioni di libbre) di carbone.
Per ulteriori informazioni sui depositi di minerale di uranio, nonché sulla copertura delle tecniche di estrazione, raffinazione e recupero, consultare l'elaborazione dell'uranio. Per dati statistici comparativi sulla produzione di uranio, vedere la tabella.
Uranio
| nazione | produzione mineraria 2013 (tonnellate) | % della produzione mondiale di mine |
|---|---|---|
| *Stima. | ||
| Fonte: World Nuclear Association, World Uranium Mining Production (2014). | ||
| Kazakistan | 22.574 | 37.9 |
| Canada | 9332 | 15.6 |
| Australia | 6.350 | 10.6 |
| Niger* | 4.528 | 7.6 |
| Namibia | 4315 | 7.2 |
| Russia | 3.135 | 5.3 |
| Uzbekistan* | 2.400 | 4.0 |
| stati Uniti | 1.835 | 3.1 |
| Cina* | 1.450 | 2.4 |
| Malawi | 1.132 | 1.9 |
| Ucraina | 1.075 | 1.9 |
| Sud Africa | 540 | 0.9 |
| India* | 400 | 0.7 |
| Repubblica Ceca | 225 | 0.4 |
| Brasile | 198 | 0.3 |
| Romania* | 80 | 0.1 |
| Pakistan* | 41 | 0.1 |
| Germania | 27 | 0.0 |
| totale mondiale | 59.637 | 100 |
L'uranio è un elemento metallico denso e duro di colore bianco argenteo. È duttile, malleabile e in grado di ottenere una lucidatura elevata. In aria il metallo si offusca e quando finemente diviso si rompe in fiamme. È un conduttore relativamente scarso di elettricità. Sebbene scoperto (1789) dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, che lo chiamò in onore del pianeta Urano allora scoperto di recente, il metallo stesso fu isolato per la prima volta (1841) dal chimico francese Eugène-Melchior Péligot dalla riduzione del tetracloruro di uranio (UCl 4) con potassio.
La formulazione del sistema periodico del chimico russo Dmitry Mendeleyev nel 1869 focalizzò l'attenzione sull'uranio come elemento chimico più pesante, una posizione che mantenne fino alla scoperta del primo nettunio di transuranio nel 1940. Nel 1896 il fisico francese Henri Becquerel scoprì nell'uranio il fenomeno della radioattività, un termine usato per la prima volta nel 1898 dai fisici francesi Marie e Pierre Curie. Questa proprietà è stata successivamente trovata in molti altri elementi. Ora è noto che l'uranio, radioattivo in tutti i suoi isotopi, è costituito naturalmente da una miscela di uranio-238 (99,27 percento, emivita 4.510.000.000 di anni), uranio-235 (0,72 percento, emivita di 713.000.000 di anni) e uranio-234 (0,006 percento, emivita di 247.000 anni). Queste lunghe emivite rendono possibili determinazioni dell'età della Terra misurando la quantità di piombo, il prodotto di decomposizione ultimo dell'uranio, in alcune rocce contenenti uranio. L'uranio-238 è il genitore e l'uranio-234 una delle figlie della serie di decadimento dell'uranio radioattivo; uranium-235 è il genitore della serie di decadimento dell'attinio. Vedi anche elemento attinoide.
L'elemento uranio divenne oggetto di intenso studio e ampio interesse dopo che i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann scoprirono alla fine del 1938 il fenomeno della fissione nucleare nell'uranio bombardato da neutroni lenti. Il fisico americano di origine italiana Enrico Fermi suggerì (all'inizio del 1939) che i neutroni potrebbero essere tra i prodotti di fissione e quindi continuare la fissione come reazione a catena. Il fisico americano ungherese Leo Szilard, il fisico americano Herbert L. Anderson, il chimico francese Frédéric Joliot-Curie e i loro colleghi confermarono (1939) questa previsione; indagine successivamente ha mostrato che una media di 2 1 / 2 neutroni per atomo vengono rilasciati durante fissione. Queste scoperte portarono alla prima reazione a catena nucleare autosufficiente (2 dicembre 1942), al primo test di bomba atomica (16 luglio 1945), alla prima bomba atomica lanciata in guerra (6 agosto 1945), alla prima potenza atomica sottomarino (1955) e il primo generatore elettrico a energia nucleare su larga scala (1957).
La fissione si verifica con neutroni lenti nel relativamente raro isotopo uranio-235 (l'unico materiale fissile presente in natura), che deve essere separato dall'abbondante isotopo uranio-238 per i suoi vari usi. L'uranio-238, tuttavia, dopo aver assorbito i neutroni e aver subito un decadimento beta negativo, viene trasmutato nel plutonio dell'elemento sintetico, che è fissile con neutroni lenti. L'uranio naturale, quindi, può essere utilizzato nei reattori di conversione e di allevamento, in cui la fissione è sostenuta dal raro uranio-235 e il plutonio viene prodotto contemporaneamente dalla trasmutazione dell'uranio-238. L'uranio fissile-233 può essere sintetizzato per l'uso come combustibile nucleare dall'isotopo di torio non-torio-232, che è abbondante in natura. L'uranio è anche importante come materiale primario da cui gli elementi sintetici del transuranio sono stati preparati dalle reazioni di trasmutazione.
L'uranio, che è fortemente elettropositivo, reagisce con l'acqua; si dissolve negli acidi ma non negli alcali. Gli stati di ossidazione importanti sono +4 (come nell'ossido UO 2, tetraalidi come UCl 4, e lo ione acquoso verde U 4 +) e +6 (come nell'ossido UO 3, l'esafluoruro UF 6 e l'uranile giallo ion UO 2 2+). In una soluzione acquosa l'uranio è più stabile dello ione uranile, che ha una struttura lineare [O = U = O] 2+. L'uranio presenta anche uno stato +3 e +5, ma i rispettivi ioni sono instabili. Lo ione rosso U 3+ si ossida lentamente anche in acqua che non contiene ossigeno disciolto. Il colore dello ione UO 2 + è sconosciuto perché subisce sproporzione (UO 2 + viene contemporaneamente ridotto a U 4 + e ossidato a UO 2 2+) anche in soluzioni molto diluite.
I composti dell'uranio sono stati usati come coloranti per la ceramica. L'esafluoruro di uranio (UF 6) è un solido con una pressione di vapore insolitamente alta (115 torr = 0,15 atm = 15.300 Pa) a 25 ° C (77 ° F). L'UF 6 è chimicamente molto reattivo, ma, nonostante la sua natura corrosiva nello stato di vapore, l'UF 6 è stato ampiamente utilizzato nei metodi di diffusione del gas e centrifuga del gas per separare l'uranio-235 dall'uranio-238.
I composti organometallici sono un gruppo interessante e importante di composti in cui vi sono legami metallo-carbonio che collegano un metallo a gruppi organici. L'uranocene è un composto di organouranio U (C 8 H 8) 2, in cui un atomo di uranio è inserito tra due strati di anelli organici correlati al cicloottatetraene C 8 H 8. La sua scoperta nel 1968 ha aperto una nuova area di chimica organometallica.
Proprietà elemento
| numero atomico | 92 |
|---|---|
| peso atomico | 238,03 |
| punto di fusione | 1.132,3 ° C (2.070,1 ° F) |
| punto di ebollizione | 3.818 ° C (6.904 ° F) |
| peso specifico | 19.05 |
| stati di ossidazione | +3, +4, +5, +6 |
| configurazione elettronica dello stato atomico gassoso | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
