O que é Urânio?
Urânio (símbolo U) é o elemento 92 da tabela periódica, um Actinídeo do período 7. O elemento primordial mais pesado e aquele que dividiu o século XX em dois. À temperatura ambiente, é um sólido e é radioativo.
U · Elemento 92 · Actinídeo
O elemento primordial mais pesado e aquele que dividiu o século XX em dois.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde urânio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 156 pm — isso corresponde a 0,156 nm, portanto cerca de 3,21 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Urânio permanece líquido em uma faixa de 2999 K, de 1405 K a 4404 K.
A história
O Urânio é o campeão dos pesos pesados entre os elementos naturais, concentrando energia suficiente para iluminar cidades ou arrasá-las. Este metal radioativo impulsionou a era atômica, desde a primeira reação nuclear sustentada, em 1942, até as usinas modernas que geram 10% da eletricidade mundial. Um pellet de combustível de urânio do tamanho da ponta do dedo contém tanta energia quanto uma tonelada de carvão. Batizado em homenagem ao planeta Urano, este elemento se transforma lentamente em chumbo ao longo de bilhões de anos, funcionando como um relógio natural que ajudou os cientistas a determinar a idade da Terra em 4,5 bilhões de anos. O núcleo atômico do urânio é tão carregado de protões que mal é estável, lançando constantemente partículas e energia. Essa instabilidade alimenta tanto reatores nucleares quanto armas atômicas, tornando o urânio uma das substâncias mais regulamentadas da Terra. Seu decaimento radioativo também aquece o núcleo do nosso planeta.
O urânio foi descoberto em 1789 pelo químico alemão Martin Heinrich Klaproth enquanto analisava minério de pechblenda das minas de Joachimsthal, na Boêmia (atual República Tcheca). Klaproth, um dos fundadores da química analítica, isolou o que acreditava ser um novo metal e o chamou de "urânio", em homenagem ao planeta Urano, descoberto recentemente por William Herschel em 1781.
A amostra original de Klaproth era, na verdade, dióxido de urânio, e não urânio metálico puro, mas sua análise química identificou corretamente a presença de um elemento até então desconhecido. Ele descreveu a nova substância como tendo propriedades químicas únicas, distintas das dos metais conhecidos, embora não pudesse produzir o metal puro com as técnicas do século XVIII.
O urânio metálico puro só foi isolado em 1841 pelo químico francês Eugène-Melchior Péligot, que reduziu o tetracloreto de urânio com potássio metálico. O trabalho de Péligot estabeleceu a verdadeira massa atômica do urânio e confirmou que ele era um elemento distinto, corrigindo alguns equívocos da análise original de Klaproth.
A propriedade mais significativa do urânio foi descoberta em 1896 por Henri Becquerel, que constatou que os sais de urânio emitiam espontaneamente radiação capaz de expor placas fotográficas. Essa descoberta da radioatividade natural deu origem aos campos da física e da química nucleares, levando às descobertas do rádio, do polónio e da fissão nuclear.
A descoberta da fissão nuclear no urânio-235 por Otto Hahn e Fritz Strassmann em 1938, interpretada por Lise Meitner e Otto Frisch, revolucionou a ciência e a tecnologia. Esse avanço levou tanto às armas nucleares quanto à energia nuclear, tornando o urânio um dos elementos mais importantes estrategicamente na história moderna.
A descoberta do urânio e as pesquisas subsequentes mudaram fundamentalmente nossa compreensão da estrutura atômica, da energia e do universo. Da identificação inicial de Klaproth à era nuclear, a pesquisa sobre o urânio gerou numerosos Prémios Nobel e continua impulsionando avanços na ciência nuclear, na produção de energia e na exploração espacial.
Aplicações
O urânio é o principal combustível das usinas nucleares em todo o mundo, fornecendo aproximadamente 10% da geração global de eletricidade. O urânio natural contém 0,7% de urânio-235, o isótopo físsil que sofre fissão nuclear. Na maioria dos reatores nucleares, o urânio precisa ser enriquecido até uma concentração de 3-5% de U-235 por meio de processos complexos que envolvem gás hexafluoreto de urânio e cascatas de centrífugas.
Reatores de água pressurizada (PWRs) e reatores de água fervente (BWRs) usam pellets de dióxido de urânio enriquecido empilhados em varetas de combustível de liga de zircónio. Projetos avançados de reatores, como os reatores Canada Deuterium Uranium (CANDU), podem usar urânio natural devido ao seu moderador de água pesada, enquanto reatores regeneradores rápidos podem converter urânio-238 em plutónio-239, ampliando efetivamente os suprimentos de combustível de urânio em 60 vezes.
O combustível nuclear usado contém quantidades significativas de urânio-235 não utilizado e plutónio-239 recém-criado. O reprocessamento de combustível nuclear pode recuperar esses materiais para reutilização, embora essa prática varie de acordo com o país devido a preocupações com a proliferação. França, Japão e Reino Unido operam grandes instalações de reprocessamento, enquanto os EUA atualmente armazenam o combustível usado para um possível reprocessamento futuro.
O urânio altamente enriquecido (>90% de U-235) é usado em armas nucleares e no combustível de reatores navais. Submarinos nucleares e porta-aviões usam combustível de urânio de grau bélico que lhes permite operar por décadas sem reabastecimento. Os requisitos específicos das aplicações militares impulsionam programas separados de enriquecimento de urânio, com medidas de segurança reforçadas.
O urânio alimenta geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) para missões no espaço profundo, onde a energia solar é insuficiente. As sondas Voyager da NASA, os rovers de Marte e as missões aos planetas exteriores dependem do decaimento radioativo do urânio-238 para a geração de energia a longo prazo. Reatores de pesquisa em todo o mundo usam combustível de urânio para produzir isótopos médicos, realizar pesquisas de materiais e treinar cientistas nucleares.
O urânio empobrecido (principalmente U-238) é usado em blindagem contra radiação, contrapesos para aeronaves e ligas especializadas. Sua alta densidade (19,1 g/cm³) o torna valioso para aplicações que exigem massa máxima em espaço mínimo. As aplicações militares incluem munição perfurante e blindagem de tanques, embora esses usos sejam controversos devido a preocupações com a saúde.
As tecnologias nucleares avançadas em desenvolvimento incluem reatores modulares pequenos (SMRs), ciclos de combustível tório-urânio e sistemas híbridos de fusão-fissão. Essas tecnologias buscam melhorar a segurança, reduzir os resíduos e ampliar o papel da energia nuclear no enfrentamento das mudanças climáticas, mantendo a importância central do urânio para a energia nuclear.
O principal uso do urânio é como combustível de reator nuclear para a geração de eletricidade. Mais de 440 reatores de energia nuclear em todo o mundo consomem aproximadamente 65.000 toneladas de urânio por ano, produzindo eletricidade sem carbono equivalente à queima de 2,5 bilhões de toneladas de carvão. Países como a França geram 70% de sua eletricidade a partir da energia nuclear.
Embarcações movidas a energia nuclear usam combustível de urânio altamente enriquecido, que proporciona décadas de operação sem reabastecimento. A Marinha dos EUA opera mais de 80 submarinos nucleares e 11 porta-aviões, enquanto Rússia, China, França e Reino Unido também mantêm frotas navais nucleares movidas por reatores de urânio.
Reatores de pesquisa que usam combustível de urânio produzem isótopos médicos para o tratamento do câncer e exames de diagnóstico por imagem. Esses reatores também apoiam pesquisas de materiais, análise por ativação neutrónica e estudos de física nuclear. Universidades e laboratórios nacionais em todo o mundo operam reatores de pesquisa alimentados por urânio para educação e pesquisa científica.
Missões no espaço profundo usam fontes de energia de radioisótopos de urânio-238 quando a energia solar é insuficiente. Esses sistemas alimentaram missões a Júpiter, Saturno, Plutão e além, fornecendo eletricidade confiável por décadas no ambiente hostil do espaço exterior.
O urânio empobrecido é usado como contrapeso em aeronaves, blindagem contra radiação em instalações médicas e em aplicações industriais especializadas que exigem densidade máxima. Suas propriedades únicas o tornam valioso para aplicações específicas de engenharia, apesar dos desafios de manuseio.
De onde vem
2,7 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 60% dos elementos
O urânio ocorre naturalmente na crosta terrestre em uma concentração média de 2,7 partes por milhão, tornando-o mais abundante que a prata, o mercúrio ou o cádmio. Os maiores depósitos de urânio encontram-se na Austrália (28% das reservas mundiais), no Cazaquistão (15%), no Canadá (9%), na Rússia (8%) e no Níger (7%). Esses cinco países controlam mais de dois terços dos recursos globais de urânio.
Os minerais de urânio mais importantes incluem a uraninita (dióxido de urânio, o principal minério em muitos depósitos), a pechblenda (uma variedade de uraninita), a carnotita (um mineral de urânio e vanádio) e a autunita (um mineral de urânio e fosfato). Esses minerais se formam em diversos ambientes geológicos, de rochas ígneas a depósitos sedimentares.
A mineração de urânio emprega vários métodos, dependendo das características do depósito. A mineração a céu aberto é usada para depósitos rasos e de alto teor, como os do norte do Canadá. A mineração subterrânea acessa depósitos mais profundos, enquanto a lixiviação in situ (ISL) extrai urânio de corpos de minério permeáveis por meio da circulação subterrânea de soluções lixiviantes, respondendo por mais de 50% da produção mundial de urânio.
O urânio existe na água do mar em 3,3 partes por bilhão, representando aproximadamente 4,5 bilhões de toneladas de urânio — mais de 1.000 vezes as reservas terrestres conhecidas atualmente. O Japão e outros países estão desenvolvendo tecnologias para extrair urânio da água do mar usando materiais adsorventes especializados, o que pode fornecer um suprimento de urânio praticamente ilimitado.
O urânio natural está presente no solo, nas rochas e na água em níveis de fundo em todo o mundo. O carvão contém 1-4 partes por milhão de urânio, e sua queima libera mais urânio no ambiente do que as usinas nucleares durante a operação normal. Rochas fosfáticas usadas em fertilizantes podem conter concentrações significativas de urânio.
Os recursos conhecidos de urânio totalizam aproximadamente 8,1 milhões de toneladas aos preços atuais de mercado, quantidade suficiente para mais de 130 anos às taxas atuais de consumo. À medida que os preços aumentam, recursos adicionais tornam-se economicamente viáveis, incluindo minérios de menor teor e fontes não convencionais, potencialmente estendendo os suprimentos por séculos.
Manuseio
Urânio é radioativo. Não possui isótopo estável — todo núcleo decai. O manuseio requer blindagem e licenciamento adequados.
PERIGO: O urânio é radioativo e quimicamente tóxico. Todos os isótopos de urânio são radioativos, e o U-238 tem uma meia-vida de 4,5 bilhões de anos. A radiação alfa do decaimento do urânio pode causar câncer e danos genéticos, enquanto a toxicidade química do urânio afeta principalmente a função renal.
A poeira ou as partículas de urânio representam riscos graves à saúde se forem inaladas ou ingeridas. A inalação pode causar câncer de pulmão e problemas respiratórios, enquanto a ingestão provoca danos renais e possível câncer ósseo à medida que o urânio se acumula nos ossos. Mesmo pequenas quantidades podem ter consequências de longo prazo para a saúde.
O manuseio de urânio exige protocolos de segurança rigorosos, incluindo equipamentos de proteção individual, monitoramento da radiação, áreas de acesso controlado e sistemas de ventilação especializados. Os trabalhadores devem receber treinamento amplo em segurança radiológica e passar por monitoramento regular da saúde, incluindo análise de urina e contagem de corpo inteiro.
A mineração e o processamento de urânio podem criar contaminação ambiental que exige remediação de longo prazo. Os rejeitos das usinas de beneficiamento de urânio permanecem radioativos durante milhares de anos e devem ser adequadamente contidos. O transporte de urânio exige licenciamento especial e medidas de segurança devido às preocupações radiológicas e de proliferação.
Incidentes de contaminação por urânio exigem uma resposta especializada imediata por equipes treinadas em emergências radiológicas. Os procedimentos de descontaminação são complexos e podem exigir intervenção médica. O monitoramento da saúde a longo prazo é essencial para qualquer pessoa com possível exposição ao urânio.
Respostas rápidas
Urânio (símbolo U) é o elemento 92 da tabela periódica, um Actinídeo do período 7. O elemento primordial mais pesado e aquele que dividiu o século XX em dois. À temperatura ambiente, é um sólido e é radioativo.
[Rn] 5f³ 6d¹ 7s², resultando em 7 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2.Urânio derrete a 1405.3 K (1132.2 °C) e entra em ebulição a 4404 K (4130.9 °C).
A massa atómica padrão de Urânio é 238.029 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Urânio tem densidade de 19.1 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Urânio é aproximadamente 19.1× mais pesado.
Urânio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.38. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Urânio foi descoberto em 1789 por Martin Heinrich Klaproth. Recebe esse nome em homenagem a o planeta Urano.
Urânio constitui sobre 2.7 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.
Sim. Urânio não tem nenhum isótopo estável — cada um de seus núcleos decai. Quantidades residuais ocorrem naturalmente como produtos do decaimento de elementos mais pesados.