Urani

Urani
92U
protactini ← Urani → neptuni Nd ↑ U ↓ (Uqq) Taula periòdica
Aparença
Gris metàl·lic platejat, es corroeix amb un capa d'òxid negre en contacte amb l'aire. 1oz d'urani submergida en oli.
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Urani, U, 92
Categoria d'elements	Actínids
Grup, període, bloc	n/d, 7, f
Pes atòmic estàndard	238,02891(3)
Configuració electrònica	[Rn] 5f3 6d1 7s2 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	19,1 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	17,3 g·cm−3
Punt de fusió	1.405,3 K, 1.132,2 °C
Punt d'ebullició	4.404 K, 4.131 °C
Entalpia de fusió	9,14 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	417,1 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	27,665 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 2.325 2.564 2.859 3.234 3.727 4.402
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	6, 5, 4, 3, 2 (òxid lleugerament bàsic)
Electronegativitat	1,38 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 597,6 kJ·mol−1
	2a: 1.420 kJ·mol−1
Radi atòmic	156 pm
Radi covalent	196±7 pm
Radi de Van der Waals	186 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Ortoròmbic
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(0 °C) 0,280 µΩ·m
Conductivitat tèrmica	27,5 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 13,9 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 3.155 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	208 GPa
Mòdul de cisallament	111 GPa
Mòdul de compressibilitat	100 GPa
Coeficient de Poisson	0,23
Nombre CAS	7440-61-1
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del urani
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 234U 0,005% 2,455×105 y SF 197,78 — α 4,859 230Th 235U 0,720% 7,04×108 y SF 202,48 — α 4,679 231Th 236U trace 2,342×107 y SF 201,82 — α 4,572 232Th 238U 99,274% 4,468×109 y α 4,270 234Th SF 205,87 — β−β− - 238Pu

L'urani és un element químic que en la taula periòdica té el símbol U i el nombre atòmic 92. És pesant, de color blanc-argentí, tòxic, metàl·lic i radioactiu. Pertany a la sèrie dels actínids i el seu isòtop urani-235 és usat com a font d'energia en els reactors nuclears i les armes nuclears. L'urani es troba en petites quantitats a les roques, el sòl, l'aigua, les plantes, i en els animals, inclús en els humans.

És l'element químic més pesant d'origen natural que es troba sobre la Terra. Va ser descobert al 1789 per M. H. Klaporfth que el va anomenar així en honor del planeta Urà que acabava de ser descobert al 1781.

L'urani natural està format per tres tipus d'isòtops: urani-238 (²³⁸U), urani-235 (²³⁵U) i urani-234 (²³⁴U). De cada gram d'urani natural el 99'28 % de la massa és urani-238, el 0'71% és urani-235 i el 0'005% és urani-234. La proporció entre urani-238 i urani-235 és la mateixa a tota la Terra i a la resta dels planetes del sistema solar.

Origen

Mena d'urani

Juntament amb tots els elements amb pesos atòmics superiors al del ferro, l'urani s'origina de forma espontània durant les explosions de les supernoves.

El procés físic determinant en el col·lapse d'una supernova és la gravetat. Els valors tan elevats de gravetat que es donen en les supernoves és el que genera les captures neutròniques que donen lloc als àtoms més pesants, entre ells l'urani i el protactini.

Reserves

Mapa recalcant els deu països que tenen el 94% de reserves d'urani al món

L'urani es troba a la Terra des de la seva formació, repartit en molt petites quantitats al sòl, especialment a les roques, i també a l'aigua, sempre combinat amb altres elements. Es troba en una mitjana de dos a quatre parts per milió a l'escorça terrestre, sent quaranta vegades més abundant que la plata, per exemple. Al contrari que altres elements però, està força repartit, cosa que té conseqüències per a la seva extracció i obtenció: de manera natural la seva proporció a la terra oscil·la entre 0,7 i 11 parts per milió (a sols fertilitzats per humans pot arribar a ser de 15 ppm).

Tanmateix, existeixen igualment mines d'urani a països com Kazakhstan, Canadà (per exemple, a la zona d'Uranium City), Austràlia, Namíbia, Rússia i Nigèria. Segons l'OCDE hom estimava en 1999 que existien uns 2'5 milions de tones d'urani l'extracció del qual es considera viable, és a dir amb un cost menor a vuitanta dòlars el quilo d'urani. Depenent de les fonts, això dóna per a un ús a escala mundial, a centrals nuclears principalment, de cinquanta a cent anys com a molt, cosa que suposa un greu problema de sostenibilitat energètica, com amb els combustibles fòssils.

Obtenció

Extracció d'urani en una mina

En 2010 es van extreure unes 53.700 tones d'urani a mines de tot el món. Considerant que en 1998 hi havia uns dos milions i mig de tones extraïbles (sense comptar Xina i Xile) i que cada any se n'extreu la mateixa quantitat que en 2010, obtenim un resultat de menys de quaranta-set anys a partir de 1998, és a dir de menys de trenta-cinc anys de reserves d'urani disponible a partir de 2011.

Usos

Pastilla de combustible nuclear formada per òxids d'urani

El principal ús de l'urani en l'actualitat és com a combustible per als reactors nuclears. Les centrals nuclears produïxen el 17% de l'electricitat obtinguda en el món.

Alguns dels minerals d'urani són: autunita, carnotita, iantinita, meta-autunita i l'uranotil, amb el qual es fa el combustible nuclear MOX.

Un ús menys conegut és el de la datació arqueològica de roques molt antigues, amb un marge d'error de l'ordre dels deu mil anys.

Datació mitjançant les sèries d'urani

La datació mitjançant les sèries d'urani està basada en la desintegració radioactiva dels isòtops de l'urani. S'utilitza sovint entre el període 500.000-50.000 BP, on el radiocarboni no hi pot arribar. A Europa el mètode de datació que funciona millor és aquest, ja que, al no haver-hi roques volcàniques la datació potassi-argó no és adequada.

Bases del mètode

Hi ha dos isòtops radioactius de l'urani: l'U238 i l'U235, els quals es desintegren gradualment en elements “fills”. Dos d'aquests, el Th230 (tori) i el Pa231 (protactini), també és descomposen amb vides mitjanes útils per a la datació. L'aspecte essencial és que els isòtops “pares” de l'urani són solubles en l'aigua mentre que els fills no. Podem dir que són necessaris uns 100 grams de carbonat càlcic per aconseguir una bona datació.

El mètode s'utilitza per a datar roques amb un alt contingut en carbonat càlcic, sovint aquelles que es dipositen per l'acció de les aigües superficials o subterrànies en torn a llocs rics en calç o degut a la filtració en coves amb un alt contingut en calç. Les estalagmites es formen en així en aquest tipus de coves. Els artefactes i els ossos normalment queden incrustats en les capes de carbonat de calci o en algun altre tipus de sediment entre diferents nivells dels dipòsits calcaris.

La principal dificultat radica en determinar l'ordre correcte de la deposició en una cova, la qual cosa no és una empresa gens fàcil i per això s'explica que aquest mètode moltes vegades doni resultats ambigus. Per aquest motiu cal mostrejar diferents nivells de dipòsits en una cova i examinar a profunditat el seu origen geològic.

Efectes nocius per a la salut

Aigua contaminada amb urani

L'urani en qualsevol de les seves formes (natural, enriquit o empobrit), en ésser un metall pesant, posseeix una certa toxicitat, podent afectar el sistema renal, depenent els efectes de la quantitat incorporada a l'organisme.

A més l'urani, per la inestabilitat del seu nucli, presenta radiotoxicitat. És el pare d'una de les cadenes naturals, sent un dels seus fills radioactius el radó-222, considerat cancerígen i amb sinergies amb el fum del tabac. L'exposició directa a la radioactivitat de l'urani, en nivells prou importants, pot causar la síndrome de les radiacions aguda.

Pel que fa al medi ambient, l'activitat dels humans amb urani és font de contaminació radioactiva, que compren les fases de mineria, purificació, processat i dipòsit dels residus.

Vegeu també

• Diòxid d'urani (UOX)
• octaòxid de triurani

Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Urani