¿Qué es Uranio?
Uranio (símbolo U) es el elemento 92 de la tabla periódica, un Actínido del periodo 7. El elemento primordial más pesado y el que dividió en dos el siglo XX. A temperatura ambiente es un sólido y es radiactivo.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa uranio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 156 pm: es decir, 0,156 nm, por lo que aproximadamente 3,21 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Uranio es líquido en un intervalo de 2999 K, desde 1405 K hasta 4404 K.
La historia
El uranio es el campeón de peso pesado de los elementos naturales: ¡concentra suficiente energía para iluminar ciudades o arrasarlas. Este metal radiactivo impulsó la era atómica, desde la primera reacción nuclear autosostenida en 1942 hasta las centrales eléctricas modernas que generan el 10 % de la electricidad mundial. ¡Una pastilla de combustible de uranio del tamaño de la yema de un dedo contiene tanta energía como una tonelada de carbón. Este elemento, llamado así por el planeta Urano, se transforma lentamente en plomo durante miles de millones de años, actuando como un reloj natural que ayudó a los científicos a determinar que la Tierra tiene 4.500 millones de años. El núcleo atómico del uranio está tan cargado de protones que apenas es estable y expulsa constantemente partículas y energía. Esta inestabilidad impulsa tanto los reactores nucleares como las armas atómicas, lo que convierte al uranio en una de las sustancias más reguladas de la Tierra. ¡Su desintegración radiactiva también calienta el núcleo de nuestro planeta.
El uranio fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth mientras analizaba mineral de pechblenda procedente de las minas de Joachimsthal, en Bohemia (actual República Checa). Klaproth, uno de los fundadores de la química analítica, aisló lo que creía que era un metal nuevo y lo llamó «uranio» por el planeta Urano, descubierto recientemente por William Herschel en 1781.
La muestra original de Klaproth era en realidad dióxido de uranio, no uranio metálico puro, pero su análisis químico identificó correctamente que contenía un elemento desconocido hasta entonces. Describió la nueva sustancia como poseedora de propiedades químicas únicas y distintas de las de los metales conocidos, aunque no pudo producir el metal puro con las técnicas del siglo XVIII.
El uranio metálico puro no se aisló hasta 1841, por el químico francés Eugène-Melchior Péligot, quien redujo tetracloruro de uranio con potasio metálico. El trabajo de Péligot estableció la verdadera masa atómica del uranio y confirmó que era un elemento distinto, corrigiendo algunas ideas equivocadas del análisis original de Klaproth.
La propiedad más importante del uranio fue descubierta en 1896 por Henri Becquerel, quien observó que las sales de uranio emitían espontáneamente radiación capaz de impresionar placas fotográficas. Este descubrimiento de la radiactividad natural dio origen a los campos de la física y la química nucleares, y condujo al descubrimiento del radio, el polonio y la fisión nuclear.
El descubrimiento de la fisión nuclear en el uranio-235 por Otto Hahn y Fritz Strassmann en 1938, interpretado por Lise Meitner y Otto Frisch, revolucionó la ciencia y la tecnología. Este avance condujo tanto a las armas nucleares como a la energía nuclear, convirtiendo al uranio en uno de los elementos de mayor importancia estratégica de la historia moderna.
El descubrimiento del uranio y las investigaciones posteriores cambiaron fundamentalmente nuestra comprensión de la estructura atómica, la energía y el universo. Desde la identificación inicial de Klaproth hasta la era nuclear, la investigación sobre el uranio ha generado numerosos premios Nobel y continúa impulsando avances en ciencia nuclear, producción de energía y exploración espacial.
Aplicaciones
El uranio es el combustible principal de las centrales nucleares de todo el mundo y proporciona aproximadamente el 10 % de la generación eléctrica mundial. El uranio natural contiene un 0,7 % de uranio-235, el isótopo fisible que experimenta fisión nuclear. En la mayoría de los reactores nucleares, el uranio debe enriquecerse hasta una concentración del 3-5 % de U-235 mediante procesos complejos que incluyen gas de hexafluoruro de uranio y cascadas de centrifugadoras.
Los reactores de agua a presión (PWR) y los reactores de agua en ebullición (BWR) utilizan pastillas de dióxido de uranio enriquecido apiladas en barras de combustible de aleación de circonio. Diseños avanzados como los reactores deuterio-uranio de Canadá (CANDU) pueden utilizar uranio natural gracias a su moderador de agua pesada, mientras que los reactores reproductores rápidos pueden convertir uranio-238 en plutonio-239, ampliando efectivamente las reservas de combustible de uranio 60 veces.
El combustible nuclear gastado contiene cantidades significativas de uranio-235 no utilizado y plutonio-239 recién creado. El reprocesamiento del combustible nuclear puede recuperar estos materiales para reutilizarlos, aunque esta práctica varía según el país debido a preocupaciones sobre la proliferación. Francia, Japón y el Reino Unido operan importantes instalaciones de reprocesamiento, mientras que Estados Unidos almacena actualmente el combustible gastado para un posible reprocesamiento futuro.
El uranio altamente enriquecido (>90 % de U-235) se utiliza en armas nucleares y como combustible para reactores navales. Los submarinos nucleares y los portaaviones utilizan combustible de uranio apto para armas que les permite operar durante décadas sin repostar. Los requisitos específicos de las aplicaciones militares impulsan programas separados de enriquecimiento de uranio con medidas de seguridad reforzadas.
El uranio alimenta generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) para misiones al espacio profundo, donde la energía solar es insuficiente. Las sondas Voyager de la NASA, los vehículos exploradores de Marte y las misiones a los planetas exteriores dependen de la desintegración radiactiva del uranio-238 para generar energía a largo plazo. Los reactores de investigación de todo el mundo utilizan combustible de uranio para producir isótopos médicos, investigar materiales y formar a científicos nucleares.
El uranio empobrecido (principalmente U-238) se utiliza en blindaje contra la radiación, contrapesos para aeronaves y aleaciones especializadas. Su alta densidad (19,1 g/cm³) lo hace valioso para aplicaciones que requieren la máxima masa en el mínimo espacio. Entre las aplicaciones militares se incluyen la munición perforante y el blindaje de tanques, aunque estos usos son controvertidos debido a las preocupaciones sanitarias.
Entre las tecnologías nucleares avanzadas en desarrollo se incluyen los reactores modulares pequeños (SMR), los ciclos de combustible de torio-uranio y los sistemas híbridos de fusión-fisión. Estas tecnologías buscan mejorar la seguridad, reducir los residuos y ampliar el papel de la energía nuclear en la lucha contra el cambio climático, manteniendo al mismo tiempo la importancia central del uranio para la energía nuclear.
El uso predominante del uranio es como combustible de reactor nuclear para generar electricidad. Más de 440 reactores nucleares de todo el mundo consumen aproximadamente 65.000 toneladas de uranio al año y producen electricidad sin emisiones de carbono equivalente a la combustión de 2.500 millones de toneladas de carbón. Países como Francia generan el 70 % de su electricidad mediante energía nuclear.
Las embarcaciones de propulsión nuclear utilizan combustible de uranio altamente enriquecido que proporciona décadas de funcionamiento sin repostar. La Armada de Estados Unidos opera más de 80 submarinos nucleares y 11 portaaviones, mientras que Rusia, China, Francia y el Reino Unido también mantienen flotas navales nucleares propulsadas por reactores de uranio.
Los reactores de investigación que utilizan combustible de uranio producen isótopos médicos para el tratamiento del cáncer y el diagnóstico por imágenes. Estos reactores también respaldan la investigación de materiales, el análisis por activación neutrónica y los estudios de física nuclear. Universidades y laboratorios nacionales de todo el mundo operan reactores de investigación alimentados con uranio para la educación y la investigación científica.
Las misiones al espacio profundo utilizan fuentes de energía de radioisótopos de uranio-238 cuando la energía solar es insuficiente. Estos sistemas han impulsado misiones a Júpiter, Saturno, Plutón y más allá, proporcionando electricidad fiable durante décadas en el duro entorno del espacio exterior.
El uranio empobrecido se utiliza como contrapeso en aeronaves, blindaje contra la radiación en instalaciones médicas y en aplicaciones industriales especializadas que requieren la máxima densidad. Sus propiedades únicas lo hacen valioso para aplicaciones específicas de ingeniería, pese a las dificultades de manipulación.
De dónde procede
2,7 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 60 % de los elementos
El uranio se encuentra de forma natural en la corteza terrestre con una concentración media de 2,7 partes por millón, por lo que es más abundante que la plata, el mercurio o el cadmio. Los mayores yacimientos de uranio se encuentran en Australia (28 % de las reservas mundiales), Kazajistán (15 %), Canadá (9 %), Rusia (8 %) y Níger (7 %). Estos cinco países controlan más de dos tercios de los recursos mundiales de uranio.
Los minerales de uranio más importantes incluyen la uraninita (dióxido de uranio, el mineral principal de muchos yacimientos), la pechblenda (una variedad de uraninita), la carnotita (un mineral de uranio y vanadio) y la autunita (un mineral de uranio y fosfato). Estos minerales se forman en diversos entornos geológicos, desde rocas ígneas hasta depósitos sedimentarios.
La minería del uranio emplea varios métodos según las características del yacimiento. La minería a cielo abierto se utiliza para yacimientos poco profundos y de alta ley, como los del norte de Canadá. La minería subterránea permite acceder a yacimientos más profundos, mientras que la lixiviación in situ (ISL) extrae uranio de cuerpos minerales permeables haciendo circular soluciones lixiviantes bajo tierra; este método representa más del 50 % de la producción mundial de uranio.
El uranio existe en el agua de mar en una concentración de 3,3 partes por mil millones, lo que representa aproximadamente 4.500 millones de toneladas de uranio, más de 1.000 veces las reservas terrestres conocidas actualmente. Japón y otros países están desarrollando tecnología para extraer uranio del agua de mar mediante materiales adsorbentes especializados, lo que podría proporcionar un suministro de uranio prácticamente ilimitado.
El uranio natural está presente en el suelo, las rocas y el agua de todo el mundo en niveles de fondo. El carbón contiene entre 1 y 4 partes por millón de uranio, y su combustión libera más uranio al medio ambiente que las centrales nucleares durante su funcionamiento normal. Las rocas fosfáticas utilizadas para fabricar fertilizantes pueden contener concentraciones significativas de uranio.
Los recursos de uranio conocidos suman aproximadamente 8,1 millones de toneladas a los precios actuales del mercado, cantidad suficiente para más de 130 años al ritmo de consumo actual. A medida que aumentan los precios, otros recursos se vuelven económicamente viables, incluidos los minerales de menor ley y las fuentes no convencionales, lo que podría prolongar el suministro durante siglos.
Manejo
Uranio es radiactivo. No tiene ningún isótopo estable: todos los núcleos se desintegran. La manipulación requiere blindaje y licencias adecuados.
PELIGRO: El uranio es radiactivo y químicamente tóxico. Todos los isótopos del uranio son radiactivos, y el U-238 tiene un periodo de semidesintegración de 4.500 millones de años. La radiación alfa procedente de la desintegración del uranio puede causar cáncer y daños genéticos, mientras que la toxicidad química del uranio afecta principalmente a la función renal.
El polvo o las partículas de uranio presentan graves riesgos para la salud si se inhalan o ingieren. La inhalación puede causar cáncer de pulmón y problemas respiratorios, mientras que la ingestión provoca daños renales y un posible cáncer óseo, ya que el uranio se acumula en los huesos. Incluso pequeñas cantidades pueden tener consecuencias para la salud a largo plazo.
La manipulación del uranio requiere protocolos de seguridad estrictos, incluidos equipos de protección individual, monitorización de la radiación, áreas de acceso controlado y sistemas de ventilación especializados. Los trabajadores deben recibir una formación exhaustiva en seguridad radiológica y someterse a controles periódicos de salud, incluidos análisis de orina y recuento de cuerpo entero.
La minería y el procesamiento del uranio pueden crear contaminación ambiental que requiere una rehabilitación a largo plazo. Los residuos de las plantas de uranio siguen siendo radiactivos durante miles de años y deben contenerse adecuadamente. El transporte de uranio requiere licencias especiales y medidas de seguridad debido tanto a las preocupaciones radiológicas como a las relacionadas con la proliferación.
Los incidentes de contaminación por uranio requieren una respuesta especializada inmediata por parte de equipos de emergencia radiológica capacitados. Los procedimientos de descontaminación son complejos y pueden requerir intervención médica. El seguimiento de la salud a largo plazo es esencial para cualquier persona con posible exposición al uranio.
Respuestas rápidas
Uranio (símbolo U) es el elemento 92 de la tabla periódica, un Actínido del periodo 7. El elemento primordial más pesado y el que dividió en dos el siglo XX. A temperatura ambiente es un sólido y es radiactivo.
[Rn] 5f³ 6d¹ 7s², con 7 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2.Uranio se funde a 1405.3 K (1132.2 °C) y hierve a 4404 K (4130.9 °C).
La masa atómica estándar de Uranio es 238.029 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Uranio tiene una densidad de 19.1 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Uranio es aproximadamente 19.1 veces más pesado.
Uranio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.38. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Uranio fue descubierto en 1789 por Martin Heinrich Klaproth. Recibe su nombre de el planeta Urano.
Uranio constituye aproximadamente 2.7 mg/kg de la corteza terrestre; no es común, pero tampoco es raro.
Sí. Uranio no tiene ningún isótopo estable: todos sus núcleos se desintegran. Se encuentra de forma natural en cantidades traza como producto de desintegración de elementos más pesados.