What is Uranio?
Uranio (symbol U) is element 92 on the periodic table, a actínido in period 7. The heaviest primordial element, and the one that split the twentieth century in two. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa uranio entre los 118 elementos para 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
Radius 163 pm — that is 0.163 nm, so about 3067 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Uranio is liquid over a 2999 K window, from 1405 K to 4404 K.
La historia
El uranio es el campeón de peso pesado de los elementos naturales: ¡contiene suficiente energía para iluminar ciudades o arrasarlas. Este metal radiactivo impulsó la era atómica, desde la primera reacción nuclear sostenida en 1942 hasta las modernas centrales eléctricas 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. Nombrado en honor al planeta Urano, este elemento 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 4.5 mil millones de años. El núcleo atómico del uranio está tan repleto de protones que apenas es estable, expulsando 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 creyó que era un metal nuevo y lo llamó «uranio» en honor al 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 el verdadero peso atómico del uranio y confirmó que era un elemento distinto, corrigiendo algunas ideas erróneas 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 una 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 a los descubrimientos 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 más importantes desde el punto de vista estratégico de la historia moderna.
El descubrimiento del uranio y las investigaciones posteriores cambiaron radicalmente 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 la ciencia nuclear, la producción de energía y la 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 implican 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 Canada Deuterium Uranium (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 eficazmente 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 reabastecimiento. Los requisitos específicos de las aplicaciones militares impulsan programas independientes de enriquecimiento de uranio con medidas de seguridad reforzadas.
El uranio alimenta los 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, realizar investigaciones de materiales y formar a científicos nucleares.
Los reactores nucleares que utilizan combustible de uranio producen cruciales radioisótopos médicos, como el tecnecio-99m (utilizado en el 80 % de los procedimientos de medicina nuclear), el yodo-131 para el tratamiento de la tiroides y el cobalto-60 para la radioterapia contra el cáncer. Las aplicaciones industriales incluyen fuentes de neutrones alimentadas por uranio para la prospección de pozos petrolíferos, sistemas de inspección de carga y ensayos de materiales.
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. Las aplicaciones militares incluyen munición perforante y blindaje para 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 reactores nucleares para generar electricidad. Más de 440 reactores de energía nuclear de todo el mundo consumen aproximadamente 65 000 toneladas de uranio al año y producen electricidad sin emisiones de carbono equivalente a la obtenida al quemar 2.5 mil millones de toneladas de carbón. Países como Francia generan el 70 % de su electricidad mediante energía nuclear.
Los buques de propulsión nuclear utilizan combustible de uranio altamente enriquecido que proporciona décadas de funcionamiento sin reabastecimiento. 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 difícil 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, a pesar de las dificultades de manipulación.
De dónde procede
2.7 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 60% of elements
El uranio se encuentra de forma natural en la corteza terrestre en 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.
Entre los minerales de uranio más importantes se incluyen la uraninita (dióxido de uranio, el mineral principal en 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, y representa más del 50 % de la producción mundial de uranio.
El uranio existe en el agua de mar a 3.3 partes por mil millones, lo que representa aproximadamente 4.5 mil millones de toneladas de uranio: más de 1 000 veces las reservas terrestres conocidas actuales. 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 en niveles naturales de fondo en todo el mundo. 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 importantes 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, recursos adicionales se vuelven económicamente viables, incluidos minerales de menor ley y fuentes no convencionales, lo que podría prolongar los suministros durante siglos.
Manejo
Uranio es radiactivo. It has no stable isotope — every nucleus decays. La manipulación requiere blindaje y licencias adecuados.
PELIGRO: El uranio es radiactivo y químicamente tóxico. Todos los isótopos del uranio son radiactivos; el U-238 tiene un periodo de semidesintegración de 4.5 mil millones de años. La radiación alfa 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 a largo plazo para la salud.
La manipulación del uranio requiere protocolos estrictos de seguridad, incluidos equipos de protección personal, vigilancia de la radiación, zonas de acceso controlado y sistemas de ventilación especializados. Los trabajadores deben recibir una amplia formación en seguridad radiológica y someterse a controles periódicos de salud, incluidos análisis de orina y mediciones 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 tratamiento de uranio permanecen radiactivos durante miles de años y deben confinarse 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. La vigilancia de la salud a largo plazo es esencial para cualquier persona que pueda haber estado expuesta al uranio.
Respuestas rápidas
Uranio (symbol U) is element 92 on the periodic table, a actínido in period 7. The heaviest primordial element, and the one that split the twentieth century in two. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 5f³ 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 electrons respectively.Uranio melts at 1405.3 K (1132.2 °C) and boils at 4404 K (4130.9 °C).
The standard atomic weight of Uranio is 238.029 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Uranio has a density of 19.1 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of uranio is about 19.1× heavier.
Uranio has a Pauling electronegativity of 1.38. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Uranio was discovered in 1789 by Martin Heinrich Klaproth. It is named after the planet Uranus.
Uranio makes up about 2.7 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.
Yes. Uranio has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.