; número atómico 92, masa atómica 238,029; metal. El uranio natural se compone de una mezcla de tres isótopos: 238 U - 99,2739% con una vida media T ½ = 4,51 10 9 años, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 años) y 234 U - 0,0057% (T ½ = 2,48·10 5 años).
De los 11 isótopos radiactivos artificiales con números de masa de 227 a 240, el de larga vida es 233 U (T ½ = 1,62·10 5 años); se obtiene por irradiación de neutrones de torio. 238 U y 235 U son los antepasados de dos series radiactivas.
Referencia histórica. El uranio fue descubierto en 1789 por el químico alemán M. G. Klaproth y recibió su nombre en honor al planeta Urano, descubierto por W. Herschel en 1781. En estado metálico, el uranio fue obtenido en 1841 por el químico francés E. Peligo durante la reducción. de UCl 4 con potasio metálico. Inicialmente, a Urano se le asignó una masa atómica de 120, y solo en 1871 D.I. Mendeleev llegó a la conclusión de que este valor debería duplicarse.
Durante mucho tiempo, el uranio sólo interesó a un círculo reducido de químicos y encontró un uso limitado en la producción de pinturas y vidrio. Con el descubrimiento del fenómeno de la radiactividad en el uranio en 1896 y en el radio en 1898, se inició el procesamiento industrial de minerales de uranio para extraer y utilizar el radio en la investigación científica y en la medicina. Desde 1942, tras el descubrimiento de la fisión nuclear en 1939, el uranio se ha convertido en el principal combustible nuclear.
Distribución de Urano en la naturaleza. El uranio es un elemento característico de la capa de granito y la capa sedimentaria de la corteza terrestre. El contenido medio de uranio en la corteza terrestre (clarke) es 2,5 · 10 -4% en masa, en rocas ígneas ácidas 3,5 · 10 -4%, en arcillas y lutitas 3,2 · 10 -4%, en rocas básicas 5 ·10 -5% , en rocas ultrabásicas del manto 3·10 -7%. El uranio migra vigorosamente en aguas frías y calientes, neutras y alcalinas en forma de iones simples y complejos, especialmente en forma de complejos de carbonato. Las reacciones redox juegan un papel importante en la geoquímica del uranio, ya que los compuestos de uranio, por regla general, son muy solubles en aguas con un ambiente oxidante y poco solubles en aguas con un ambiente reductor (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno).
Se conocen unos 100 minerales de uranio; 12 de ellos son de importancia industrial. A lo largo de la historia geológica, el contenido de uranio en la corteza terrestre ha disminuido debido a la desintegración radiactiva; Este proceso está asociado con la acumulación de átomos de Pb y He en la corteza terrestre. La desintegración radiactiva del uranio juega un papel importante en la energía de la corteza terrestre, siendo una fuente importante de calor profundo.
Propiedades físicas del uranio. El uranio tiene un color similar al acero y es fácil de procesar. Tiene tres modificaciones alotrópicas: α, β y γ con temperaturas de transformación de fase: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; La forma α tiene una red rómbica (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), la forma β tiene una red tetragonal (a 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), la Forma γ: red cúbica centrada en el cuerpo (a 850 °C a = 3,538 Å). La densidad del uranio en forma α (25 °C) es 19,05 g/cm 3 ; t pl 1132 °C; punto de ebullición 3818 °C; conductividad térmica (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); capacidad calorífica específica (25 °C) 27,67 kJ/(kg·K); la resistividad eléctrica específica a temperatura ambiente es de aproximadamente 3,10 -7 ohmios cm, a 600 °C 5,5,10 -7 ohmios cm; tiene superconductividad a 0,68 K; susceptibilidad magnética específica paramagnética débil a temperatura ambiente 1,72·10 -6.
Las propiedades mecánicas del uranio dependen de su pureza y de los modos de tratamiento mecánico y térmico. El valor medio del módulo de elasticidad del uranio fundido es 20,5·10 -2 Mn/m 2 ; resistencia a la tracción a temperatura ambiente 372-470 Mn/m2; la resistencia aumenta después del endurecimiento desde las fases β y γ; Dureza Brinell promedio 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .
La irradiación mediante un flujo de neutrones (que tiene lugar en un reactor nuclear) cambia las propiedades físicas y mecánicas del uranio: se desarrolla fluencia y aumenta la fragilidad, se observa deformación de los productos, lo que obliga al uso de uranio en reactores nucleares en forma de diversos uranio. aleaciones.
El uranio es un elemento radiactivo. Los núcleos 235 U y 233 U se fisionan espontáneamente, así como tras la captura de neutrones lentos (térmicos) y rápidos con una sección transversal de fisión efectiva de 508 · 10 -24 cm 2 (508 granero) y 533 · 10 -24 cm 2 (533 granero). ) respectivamente. Los núcleos de 238 U se fisionan al capturar solo neutrones rápidos con una energía de al menos 1 MeV; al capturar neutrones lentos, 238 U se convierte en 239 Pu, cuyas propiedades nucleares se acercan a 235 U. La masa crítica del uranio (93,5% 235 U) en soluciones acuosas es menos de 1 kg, para una bola abierta, alrededor de 50 kg, para una bola con reflector - 15-23 kg; La masa crítica 233 U es aproximadamente 1/3 de la masa crítica 235 U.
Propiedades químicas del uranio. La configuración de la capa electrónica externa del átomo de uranio es 7s 2 6d l 5f 3. El uranio es un metal reactivo, en compuestos presenta estados de oxidación de +3, +4, + 5, +6, a veces +2; los compuestos más estables son U (IV) y U (VI). En el aire se oxida lentamente con la formación de una película de óxido (IV) en la superficie, que no protege al metal de una mayor oxidación. En estado de polvo, el uranio es pirofórico y arde con una llama brillante. Con oxígeno forma óxido (IV) UO 2, óxido (VI) UO 3 y una gran cantidad de óxidos intermedios, el más importante de los cuales es el U 3 O 8. Estos óxidos intermedios tienen propiedades similares al UO 2 y al UO 3 . A altas temperaturas, el UO 2 tiene un amplio rango de homogeneidad desde UO 1,60 hasta UO 2,27. Con flúor a 500-600 °C forma tetrafluoruro de UF 4 (cristales verdes en forma de aguja, ligeramente solubles en agua y ácidos) y hexafluoruro de UF 6 (sustancia cristalina blanca que se sublima sin fundirse a 56,4 °C); con azufre: una serie de compuestos, de los cuales el estadounidense (combustible nuclear) es el más importante. Cuando el uranio interactúa con el hidrógeno a 220 °C, se obtiene el hidruro UH 3; con nitrógeno a temperaturas de 450 a 700 ° C y presión atmosférica - nitruro de U 4 N 7; a mayor presión de nitrógeno y la misma temperatura, se pueden obtener UN, U 2 N 3 y UN 2; con carbono a 750-800 °C: monocarburo UC, dicarburo UC 2 y U 2 C 3; con los metales forma aleaciones de diversos tipos. El uranio reacciona lentamente con agua hirviendo para formar UO 2 nH 2, con vapor de agua, en el rango de temperatura de 150-250 ° C; soluble en ácidos clorhídrico y nítrico, ligeramente soluble en ácido fluorhídrico concentrado. U(VI) se caracteriza por la formación del ion uranilo UO 2 2+; las sales de uranilo son de color amarillo y muy solubles en agua y ácidos minerales; Las sales de U(IV) son verdes y menos solubles; El ion uranilo es extremadamente capaz de formar complejos en soluciones acuosas con sustancias tanto inorgánicas como orgánicas; Los más importantes para la tecnología son el carbonato, el sulfato, el fluoruro, el fosfato y otros complejos. Se conocen una gran cantidad de uranatos (sales de ácido uránico no aisladas en forma pura), cuya composición varía según las condiciones de producción; Todos los uranatos tienen baja solubilidad en agua.
El uranio y sus compuestos son radiactivos y químicamente tóxicos. La dosis máxima permitida (DAM) de exposición ocupacional es de 5 rem por año.
Recibiendo a Urano. El uranio se obtiene a partir de minerales de uranio que contienen entre un 0,05 y un 0,5% de U. Los minerales prácticamente no se enriquecen, con la excepción de un método de clasificación radiométrico limitado basado en la radiación γ del radio, que siempre acompaña al uranio. Básicamente, los minerales se lixivian con soluciones de ácido sulfúrico, a veces nítrico o soluciones de soda con la transferencia de uranio a una solución ácida en forma de UO 2 SO 4 o aniones complejos 4-, y a una solución de soda, en forma de 4. -. Para extraer y concentrar uranio a partir de soluciones y pulpas, así como para purificarlo de impurezas, se utiliza la sorción en resinas de intercambio iónico y la extracción con disolventes orgánicos (tributilfosfato, ácidos alquilfosfóricos, aminas). A continuación, se precipitan de las soluciones uranatos de amonio o sodio o hidróxido de U(OH)4 añadiendo álcali. Para obtener compuestos de alta pureza, los productos técnicos se disuelven en ácido nítrico y se someten a operaciones de purificación y refinación, cuyos productos finales son UO 3 o U 3 O 8; estos óxidos se reducen a 650-800 °C mediante hidrógeno o amoníaco disociado a UO 2, seguido de su conversión en UF 4 mediante tratamiento con fluoruro de hidrógeno gaseoso a 500-600 °C. El UF 4 también se puede obtener mediante precipitación del hidrato cristalino de UF 4 nH 2 O con ácido fluorhídrico a partir de soluciones, seguido de deshidratación del producto a 450 °C en una corriente de hidrógeno. En la industria, el principal método de obtención de uranio a partir del UF 4 es su reducción térmica con calcio o magnesio con liberación de uranio en forma de lingotes de hasta 1,5 toneladas de peso, que se refinan en hornos de vacío.
Un proceso muy importante en la tecnología del uranio es el enriquecimiento de su isótopo 235 U por encima del contenido natural en los minerales o el aislamiento de este isótopo en su forma pura, ya que el 235 U es el principal combustible nuclear; Esto se hace mediante difusión térmica de gas, centrífugo y otros métodos basados en la diferencia de masas de 238 U y 235 U; en los procesos de separación, el uranio se utiliza en forma de hexafluoruro volátil UF 6. A la hora de obtener uranio o isótopos muy enriquecidos se tienen en cuenta sus masas críticas; el método más conveniente en este caso es la reducción de óxidos de uranio con calcio; la escoria de CaO resultante se separa fácilmente del uranio mediante disolución en ácidos. Para obtener uranio en polvo, óxido (IV), carburos, nitruros y otros compuestos refractarios se utilizan métodos de pulvimetalurgia.
Aplicación de Urano. El uranio metálico o sus compuestos se utilizan principalmente como combustible nuclear en reactores nucleares. En los reactores estacionarios de las centrales nucleares se utiliza una mezcla natural o poco enriquecida de isótopos de uranio, en las centrales nucleares o en reactores que funcionan con neutrones rápidos se utiliza un producto altamente enriquecido. 235 U es la fuente de energía nuclear en las armas nucleares. 238 U sirve como fuente de combustible nuclear secundario: el plutonio.
Uranio en el cuerpo. Se encuentra en microcantidades (10 -5 -10 -8%) en los tejidos de plantas, animales y humanos. En las cenizas vegetales (con un contenido de uranio de aproximadamente el 10-4% en el suelo), su concentración es del 1,5·10-5%. En mayor medida, el uranio es acumulado por algunos hongos y algas (estas últimas participan activamente en la migración biogénica del uranio a lo largo de la cadena agua - plantas acuáticas - peces - humanos). El uranio ingresa al cuerpo de animales y humanos con alimentos y agua en el tracto gastrointestinal, con aire en el tracto respiratorio, así como a través de la piel y las membranas mucosas. Los compuestos de uranio se absorben en el tracto gastrointestinal: aproximadamente el 1% de la cantidad entrante de compuestos solubles y no más del 0,1% de los poco solubles; El 50% y el 20% se absorben en los pulmones, respectivamente. El uranio se distribuye de manera desigual en el cuerpo. El depósito principal (lugares de deposición y acumulación) es el bazo, los riñones, el esqueleto, el hígado y, al inhalar compuestos poco solubles, los pulmones y los ganglios linfáticos broncopulmonares. El uranio (en forma de carbonatos y complejos con proteínas) no circula en la sangre durante mucho tiempo. El contenido de uranio en los órganos y tejidos de animales y humanos no supera los 10 -7 g/g. Así, la sangre de ganado contiene 1,10 -8 g/ml, el hígado 8,10 -8 g/g, los músculos 4,10 -11 g/g y el bazo 9,10 8-8 g/g. El contenido de uranio en los órganos humanos es: en el hígado 6,10 -9 g/g, en los pulmones 6,10 -9 -9,10 -9 g/g, en el bazo 4,7,10 -7 g/g , en sangre 4-10 -10 g/ml, en riñones 5,3·10 -9 (capa cortical) y 1,3·10 -8 g/g (capa medular), en huesos 1·10 -9 g/g , en médula ósea 1-10 -8 g/g, en cabello 1,3·10 -7 g/g. El uranio contenido en el tejido óseo provoca su irradiación constante (la vida media del uranio en el esqueleto es de unos 300 días). Las concentraciones más bajas de uranio se encuentran en el cerebro y el corazón (10 -10 g/g). La ingesta diaria de uranio con alimentos y líquidos es de 1,9·10 -6 g, con aire - 7·10 -9 g La excreción diaria de uranio del cuerpo humano es: con orina 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, con heces - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, con pelo - 2·10 -8 g.
Según la Comisión Internacional de Protección Radiológica, el contenido medio de uranio en el cuerpo humano es de 9,10 -5 g, valor que puede variar según la región. Se cree que el uranio es necesario para el funcionamiento normal de animales y plantas.
El efecto tóxico del uranio está determinado por sus propiedades químicas y depende de la solubilidad: el uranilo y otros compuestos solubles de uranio son más tóxicos. El envenenamiento por uranio y sus compuestos es posible en las empresas de extracción y procesamiento de materias primas de uranio y otras instalaciones industriales donde se utiliza en el proceso tecnológico. Cuando ingresa al cuerpo, el uranio afecta a todos los órganos y tejidos, siendo un veneno celular general. Los signos de intoxicación son causados por daño primario a los riñones (aparición de proteínas y azúcar en la orina, posterior oliguria); el hígado y el tracto gastrointestinal también se ven afectados. Hay intoxicaciones agudas y crónicas; estos últimos se caracterizan por un desarrollo gradual y síntomas menos graves. En caso de intoxicación crónica, son posibles trastornos de la hematopoyesis, del sistema nervioso, etc. Se cree que el mecanismo de acción molecular del uranio está asociado con su capacidad para suprimir la actividad de las enzimas.
URANIO (del nombre del planeta Urano), U - sustancia química radiactiva. elemento del grupo III del sistema periódico de elementos; en. norte. 92, en. metro 238.029; Pertenece a los actínidos. Metal blanco plateado brillante. En compuestos presenta estados de oxidación de +2 a +6, siendo los más característicos +4 y +6.
El uranio natural se compone de los isótopos 238U (99,282%), 235U (0,712%) y 234U (0,006%). Entre los isótopos artificiales, el isótopo 233U tiene una importancia práctica. U. en forma de óxido U02 fue descubierto (1789) por los alemanes. el químico M.-G. Klaproth. Los franceses recibieron uranio metálico (1841). el químico E.-M. Peligo. Desde los años 40 siglo 20 U. ha adquirido importancia como fuente de energía nuclear liberada durante la fisión de sus átomos durante la captura de neutrones; 235U y 233U tienen esta propiedad. El isótopo 238U, al capturar neutrones, se convierte en (239Pu), que también es combustible nuclear. El contenido de uranio en la corteza terrestre es del 0,3 al 0,0004%. Su mineral principal es una variedad de uranita: la pechblenda (brea de uranio) (40-76% U). El uranio se encuentra en pequeñas cantidades en granitos (0,0004%), suelos (0,0001 -0,00004%) y aguas (~10 -8%).
Se conocen tres de sus modificaciones alotrópicas: alfa-uranio con red cristalina ortorrómbica y con períodos a = 2,8541 A, b = 5,8692 A y c = 4,9563 A (temperatura 25 °C), que se transforma en t-re 667,7 °C en beta-uranio con red cristalina tetragonal y con períodos a = 10,759 A yc = 5,656 A (t-ra 720°C); por encima de la temperatura de 774,8° C el gamma-uranio es estable con una red cúbica centrada en el cuerpo y con un período a = 3,524 A (temperatura 805° C).
La densidad del alfa-uranio a temperatura ambiente es de 19,05 g/cm3; punto de fusión 1132°C; punto de ebullición 3820° C (presión 1 at). Calor de transformaciones alfa.⇄ beta, beta ⇄ gamma, fusión y evaporación del uranio, respectivamente ~ 0,70; 1,15; 4,75 y 107-117 kcal/mol. Capacidad calorífica c = 6,4 cal/mol (temperatura 25°C). Coeficiente medio expansión térmica del uranio alfa a lo largo de los ejes a, b y c en el rango de temperatura de 20 a 500 ° C, respectivamente 32,9; -6,3 y 27,6 10-6 grados-1. El coeficiente de conductividad térmica del uranio a temperatura ambiente es ~ 0,06 cal/cm seg y aumenta al aumentar la temperatura. La resistividad eléctrica del uranio alfa depende de la dirección cristalográfica; su valor promedio para el uranio de una muestra policristalina de alta pureza es ~ 30 μΩ x cm a temperatura ambiente y aumenta a ~ 54 μΩ x cm a 600 ° C. La anisotropía del módulo de Young también se observa en el uranio alfa. El uranio alfa policristalino tiene un módulo de Young de 2,09 x 10 4 kgf/mm2; módulo de corte 0,85 x 10 4 kgf/mm2; coeficiente Veneno 0,23. La dureza del alfa-uranio a temperatura ambiente es HV = 200, pero disminuye a 12 a una temperatura de 600°C.
Durante la transición del uranio alfa al beta, la dureza aumenta de ~ 10 a ~ 30. La resistencia a la tracción del uranio alfa recocido (0,02% C) a una temperatura de 20 ° C es ~ 42 kgf/mm2, aumenta a 49 kgf/ mm2 a una temperatura de 100 °C y luego disminuye casi linealmente a ~ 11 kgf/mm2 con un aumento de la temperatura a 600 °C. A una temperatura de 20 °C, el límite elástico, el alargamiento relativo y la contracción relativa, respectivamente, son 26 kgf/ mm2, 8 y 11%, y a una temperatura de 600° C - 9 kgf/mm2, 26 y 65%. Aumentar el contenido de carbono de 0,01 a 0,20% aumenta los límites de resistencia y rendimiento.σ 0,2, respectivamente, de 37 y 24 a 52 y 32 kgf/mm2. Todas las características mecánicas del uranio dependen significativamente de la presencia de impurezas y del pretratamiento.
La fluencia del uranio depende especialmente de los cambios cíclicos de temperatura, lo que se asocia con tensiones térmicas adicionales que surgen debido a la gran diferencia en el coeficiente. expansión térmica a lo largo de varias direcciones cristalográficas del alfa-uranio. La resistencia al impacto del uranio alfa (0,03% C), baja a temperaturas de 20 y 100 °C (1,4 y 2,3 kgf-m/cm2, respectivamente), aumenta casi linealmente hasta 11,7 kgf-m/cm2 a una temperatura de 500°. C. Un rasgo característico es el alargamiento de las barras de alfa-uranio policristalinas con una textura a lo largo del eje bajo la influencia de calentamientos y enfriamientos repetidos.
Cuando los átomos de uranio se fisionan y se forman insolubles en uranio, lo que conduce a la hinchazón del metal (muy indeseable para el combustible nuclear). Incluso a temperatura ambiente, el uranio se oxida en el aire seco formando una fina película de óxido; cuando se calienta a una temperatura de 200° C, se forma dióxido de incrustaciones U02, a una temperatura de 200-400° C - U308, a una temperatura superior temperatura - U308.U03 (más precisamente, soluciones sólidas a base de estos óxidos). La tasa de oxidación es baja a una temperatura de 50°C y muy alta a una temperatura de 300°C. El uranio reacciona lentamente con el nitrógeno por debajo de una temperatura de 400°C, pero bastante rápido a una temperatura de 750-800°C. con hidrógeno ya se produce a temperatura ambiente con la formación de hidruro UH3.
En el agua a temperaturas de hasta 70° C se forma una película de dióxido de uranio que tiene un efecto protector; a una temperatura de 100° C, la interacción se acelera significativamente. Para obtener U., sus minerales se enriquecen con productos químicos húmedos. Método de lixiviación con ácido sulfúrico en presencia de un agente oxidante: dióxido de manganeso. El uranio se extrae de una solución de sulfato con disolventes orgánicos o se aísla con resinas fenólicas. El concentrado resultante se disuelve en solución de nitrógeno. El nitrato de uranilo resultante U02 (N03)2 se extrae, por ejemplo, con fosfato de butilo y, tras la liberación de este último, los compuestos de U se descomponen a una temperatura de 500-700 °C. Los U308 y U03 de alta pureza resultantes se reducido con hidrógeno a una temperatura de 600-800 ° C a dióxido de U02.
El uranio metálico se obtiene por reducción metalotérmica (con calcio o magnesio) de dióxido de uranio UO2 o tetrafluoruro de uranio UF4, previamente obtenido a partir del dióxido por acción de fluoruro de hidrógeno anhidro a una temperatura de 500 ° C. Este último método es más común y permite uno para obtener lingotes de alta pureza (0,0045% Fe, 0,001% Si, 0,003% C) y con un peso superior a una tonelada. El uranio metálico también se obtiene por electrólisis en baños de sal que contienen UF4 a una temperatura de 800-1200° C. El uranio bruto se somete habitualmente a una fundición de refinación (temperatura 1450-1600° C) en crisoles de grafito, en hornos de vacío de alta frecuencia con fundición. en moldes de grafito.
Los prototipos pequeños se deforman mediante forjado en estado alfa, que también se utiliza, junto con el prensado en estado alfa o gamma, para deformar lingotes grandes. La laminación en frío aumenta las características de resistencia del uranio, la dureza durante la compresión en un 40%, aumenta el HV de 235 a 325. La eliminación del endurecimiento se produce principalmente a una temperatura de 350-450 ° C en metales de pureza técnica y se acompaña de recristalización en estas condiciones. ; La recristalización secundaria y colectiva se desarrolla a una temperatura de 600-650° C. El enfriamiento del uranio en agua o aceite desde el estado beta o gamma no suprime la formación de la fase alfa, pero refina el grano de uranio alfa, especialmente en presencia de impurezas. Metal U.,
En un mensaje del embajador iraquí ante la ONU Mohammed Ali al-Hakim del 9 de julio, se dice que los extremistas del ISIS (Estado Islámico de Irak y Levante) están a su disposición. La OIEA (Organismo Internacional de Energía Atómica) se apresuró a declarar que las sustancias nucleares utilizadas anteriormente por Irak tienen propiedades poco tóxicas y, por tanto, los materiales incautados por los islamistas.
Una fuente del gobierno estadounidense familiarizada con la situación dijo a Reuters que el uranio robado por los militantes probablemente no estaba enriquecido y, por lo tanto, era poco probable que se utilizara para fabricar armas nucleares. Las autoridades iraquíes notificaron oficialmente este incidente a las Naciones Unidas y les pidieron que "prevengan la amenaza de su uso", informa RIA Novosti.
Los compuestos de uranio son extremadamente peligrosos. AiF.ru habla sobre qué exactamente, quién y cómo puede producir combustible nuclear.
¿Qué es el uranio?
El uranio es un elemento químico con número atómico 92, un metal brillante de color blanco plateado, designado en la tabla periódica con el símbolo U. En su forma pura, es ligeramente más blando que el acero, maleable, flexible y se encuentra en la corteza terrestre (litosfera). ) y en el agua de mar, y en su forma pura prácticamente no se encuentra. El combustible nuclear se produce a partir de isótopos de uranio.
El uranio es un metal pesado, de color blanco plateado y brillante. Foto: Commons.wikimedia.org / El cargador original fue Zxctypo en en.wikipedia.
Radiactividad del uranio
En 1938 el alemán los físicos Otto Hahn y Fritz Strassmann Irradió el núcleo de uranio con neutrones e hizo un descubrimiento: al capturar un neutrón libre, el núcleo del isótopo de uranio se divide y libera una enorme energía debido a la energía cinética de los fragmentos y la radiación. En 1939-1940 Yuliy Khariton Y Yákov Zeldovich Por primera vez explicó teóricamente que con un pequeño enriquecimiento de uranio natural con uranio-235, es posible crear las condiciones para la fisión continua de los núcleos atómicos, es decir, darle al proceso un carácter de cadena.
¿Qué es el uranio enriquecido?
El uranio enriquecido es uranio que se produce utilizando Proceso tecnológico de aumento de la proporción del isótopo 235U en el uranio. Como resultado, el uranio natural se divide en uranio enriquecido y uranio empobrecido. Después de extraer el 235U y el 234U del uranio natural, el material restante (uranio-238) se denomina "uranio empobrecido" porque está empobrecido en el isótopo 235. Según algunas estimaciones, Estados Unidos almacena unas 560.000 toneladas de hexafluoruro de uranio empobrecido (UF6). El uranio empobrecido es la mitad de radiactivo que el uranio natural, principalmente debido a la eliminación del 234U. Dado que el uso principal del uranio es la producción de energía, el uranio empobrecido es un producto de bajo uso y bajo valor económico.
En la energía nuclear sólo se utiliza uranio enriquecido. El isótopo de uranio más utilizado es el 235U, en el que es posible una reacción nuclear en cadena autosostenida. Por tanto, este isótopo se utiliza como combustible en reactores nucleares y armas nucleares. El aislamiento del isótopo U235 del uranio natural es una tecnología compleja que no muchos países pueden implementar. El enriquecimiento de uranio permite la producción de armas nucleares atómicas: dispositivos explosivos monofásicos o de una sola etapa en los que la principal producción de energía proviene de la reacción nuclear de fisión de núcleos pesados para formar elementos más ligeros.
El uranio-233, producido artificialmente en reactores a partir de torio (el torio-232 captura un neutrón y se convierte en torio-233, que se desintegra en protactinio-233 y luego en uranio-233), puede convertirse en el futuro en un combustible nuclear común para la energía nuclear. plantas (ya existen reactores que utilizan este nucleido como combustible, por ejemplo KAMINI en India) y la producción de bombas atómicas (masa crítica de unos 16 kg).
El núcleo de un proyectil de calibre 30 mm (cañón GAU-8 de un avión A-10) con un diámetro de unos 20 mm está hecho de uranio empobrecido. Foto: Commons.wikimedia.org / El cargador original fue Nrcprm2026 en en.wikipedia
¿Qué países producen uranio enriquecido?
- Francia
- Alemania
- Holanda
- Inglaterra
- Japón
- Rusia
- Porcelana
- Pakistán
- Brasil
10 países producen el 94% de la producción mundial de uranio. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
¿Por qué son peligrosos los compuestos de uranio?
El uranio y sus compuestos son tóxicos. Los aerosoles de uranio y sus compuestos son especialmente peligrosos. Para los aerosoles de compuestos de uranio solubles en agua, la concentración máxima permitida (MPC) en el aire es de 0,015 mg/m³, para las formas insolubles de uranio la MAC es de 0,075 mg/m³. Cuando el uranio ingresa al cuerpo, afecta a todos los órganos, siendo un veneno celular general. El uranio, como muchos otros metales pesados, se une casi irreversiblemente a las proteínas, principalmente a los grupos sulfuro de aminoácidos, alterando su función. El mecanismo molecular de acción del uranio está asociado con su capacidad para suprimir la actividad enzimática. Los riñones se ven afectados principalmente (aparecen proteínas y azúcar en la orina, oliguria). Con la intoxicación crónica, es posible que se produzcan trastornos de la hematopoyesis y del sistema nervioso.
Uso de uranio con fines pacíficos
- Una pequeña adición de uranio le da al vidrio un hermoso color amarillo verdoso.
- El uranio sódico se utiliza como pigmento amarillo en la pintura.
- Los compuestos de uranio se utilizaban como pinturas para pintar sobre porcelana y para vidriados y esmaltes cerámicos (pintados en colores: amarillo, marrón, verde y negro, según el grado de oxidación).
- A principios del siglo XX, el nitrato de uranilo se utilizaba ampliamente para realzar los negativos y colorear (tintar) los positivos (impresiones fotográficas) de color marrón.
- Como potentes materiales magnetoestrictivos se utilizan aleaciones de hierro y uranio empobrecido (uranio-238).
Un isótopo es una variedad de átomos de un elemento químico que tienen el mismo número atómico (ordinal), pero diferentes números másicos.
Elemento del grupo III de la tabla periódica, perteneciente a los actínidos; Metal pesado y ligeramente radiactivo. El torio tiene numerosas aplicaciones en las que a veces desempeña un papel irremplazable. La posición de este metal en la tabla periódica de elementos y la estructura del núcleo predeterminaron su uso en el campo de los usos pacíficos de la energía atómica.
*** Oliguria (del griego oligos - pequeño y ouron - orina): disminución de la cantidad de orina excretada por los riñones.
Urano es el séptimo planeta del sistema solar y el tercer gigante gaseoso. El planeta es el tercero en tamaño y el cuarto en masa, y recibió su nombre en honor al padre del dios romano Saturno.
Exactamente Urano Tiene el honor de ser el primer planeta descubierto en la historia moderna. Sin embargo, en realidad, su descubrimiento inicial de él como planeta no ocurrió. En 1781, el astrónomo William Herschel Mientras observaba estrellas en la constelación de Géminis, notó un determinado objeto en forma de disco, que inicialmente describió como un cometa, del que informó a la Real Sociedad Científica de Inglaterra. Sin embargo, más tarde el propio Herschel quedó desconcertado por el hecho de que la órbita del objeto resultó ser prácticamente circular y no elíptica, como es el caso de los cometas. Sólo cuando esta observación fue confirmada por otros astrónomos, Herschel llegó a la conclusión de que en realidad había descubierto un planeta, no un cometa, y el descubrimiento finalmente fue ampliamente aceptado.
Tras confirmar los datos de que el objeto descubierto era un planeta, Herschel recibió el extraordinario privilegio de darle su nombre. Sin dudarlo, el astrónomo eligió el nombre del rey Jorge III de Inglaterra y nombró al planeta Georgium Sidus, que traducido significa “Estrella de Jorge”. Sin embargo, el nombre nunca recibió reconocimiento científico y Los científicos, en su mayoría, Llegó a la conclusión de que es mejor adherirse a cierta tradición al nombrar los planetas del sistema solar, es decir, nombrarlos en honor a los antiguos dioses romanos. Así es como Urano obtuvo su nombre moderno.
Actualmente, la única misión planetaria que ha conseguido recopilar información sobre Urano es la Voyager 2.
Esta reunión, que tuvo lugar en 1986, permitió a los científicos obtener una cantidad bastante grande de datos sobre el planeta y hacer muchos descubrimientos. La nave espacial transmitió miles de fotografías de Urano, sus lunas y anillos. Aunque muchas fotografías del planeta mostraban poco más que el color azul verdoso que se podía ver desde los telescopios terrestres, otras imágenes mostraban la presencia de diez lunas previamente desconocidas y dos nuevos anillos. No están previstas nuevas misiones a Urano para el futuro próximo.
Debido al color azul oscuro de Urano, resultó mucho más difícil crear un modelo atmosférico del planeta que modelos del mismo o incluso . Afortunadamente, las imágenes del Telescopio Espacial Hubble han proporcionado una imagen más amplia. Las tecnologías de imagen de telescopios más modernas han permitido obtener imágenes mucho más detalladas que las de la Voyager 2. Así, gracias a las fotografías del Hubble, fue posible descubrir que en Urano existen bandas latitudinales, al igual que en otros gigantes gaseosos. Además, la velocidad del viento en el planeta puede alcanzar más de 576 km/hora.
Se cree que la causa de la aparición de una atmósfera monótona es la composición de su capa superior. Las capas visibles de nubes están compuestas principalmente de metano, que absorbe estas longitudes de onda observadas correspondientes al color rojo. Así, las ondas reflejadas se representan en colores azul y verde.
Debajo de esta capa exterior de metano, la atmósfera se compone de aproximadamente un 83% de hidrógeno (H2) y un 15% de helio, con algo de metano y acetileno presentes. Esta composición es similar a la de otros gigantes gaseosos del Sistema Solar. Sin embargo, la atmósfera de Urano es sorprendentemente diferente en otro aspecto. Mientras que Júpiter y Saturno tienen atmósferas mayoritariamente gaseosas, la atmósfera de Urano contiene mucho más hielo. Prueba de ello son las temperaturas extremadamente bajas en la superficie. Teniendo en cuenta que la temperatura de la atmósfera de Urano alcanza los -224 ° C, se la puede llamar la atmósfera más fría del sistema solar. Además, los datos disponibles indican que temperaturas tan extremadamente bajas se encuentran en casi toda la superficie de Urano, incluso en el lado no iluminado por el Sol.
Urano, según los científicos planetarios, consta de dos capas: el núcleo y el manto. Los modelos actuales sugieren que el núcleo está compuesto principalmente de roca y hielo y tiene una masa aproximadamente 55 veces mayor. El manto del planeta pesa 8,01 x 10 elevado a 24 kg, o aproximadamente 13,4 masas terrestres. Además, el manto está formado por agua, amoníaco y otros elementos volátiles. La principal diferencia entre el manto de Urano, el de Júpiter y el de Saturno es que es helado, aunque no en el sentido tradicional de la palabra. El caso es que el hielo es muy caliente y espeso, y el espesor del manto es de 5.111 km.
Lo más sorprendente de la composición de Urano, y lo que lo distingue de otros gigantes gaseosos de nuestro sistema estelar, es que no irradia más energía de la que recibe del Sol. Dado que incluso , que tiene un tamaño muy cercano a Urano, produce aproximadamente 2,6 veces más calor del que recibe del Sol, los científicos de hoy están muy intrigados por la energía tan débil generada por Urano. Por el momento, existen dos explicaciones para este fenómeno. El primero indica que Urano estuvo expuesto a un objeto espacial masivo en el pasado, lo que provocó que el planeta perdiera gran parte de su calor interno (ganado durante la formación) en el espacio. La segunda teoría afirma que existe algún tipo de barrera en el interior del planeta que no permite que el calor interno del planeta escape a la superficie.
Órbita y rotación de Urano.
El mismo descubrimiento de Urano permitió a los científicos casi duplicar el radio del Sistema Solar conocido. Esto significa que, en promedio, la órbita de Urano es de aproximadamente 2,87 x 10 elevado a 9 km. La razón de una distancia tan grande es la duración del paso de la radiación solar del Sol al planeta. La luz del sol tarda unas dos horas y cuarenta minutos en llegar a Urano, que es casi veinte veces más de lo que tarda la luz del sol en llegar a la Tierra. La enorme distancia afecta también a la duración del año en Urano: dura casi 84 años terrestres.
La excentricidad orbital de Urano es 0,0473, que es sólo un poco menor que la de Júpiter: 0,0484. Este factor convierte a Urano en el cuarto de todos los planetas del Sistema Solar en términos de órbita circular. La razón de una excentricidad tan pequeña de la órbita de Urano es que la diferencia entre su perihelio de 2,74 x 10 elevado a 9 km y su afelio de 3,01 x 109 km es de sólo 2,71 x 10 elevado a 8 km.
El punto más interesante de la rotación de Urano es la posición del eje. El hecho es que el eje de rotación de todos los planetas excepto Urano es aproximadamente perpendicular a su plano orbital, pero el eje de Urano está inclinado casi 98°, lo que efectivamente significa que Urano gira de lado. El resultado de esta posición del eje del planeta es que el polo norte de Urano está en el Sol durante la mitad del año planetario, y la otra mitad está en el polo sur del planeta. En otras palabras, el día en un hemisferio de Urano dura 42 años terrestres y la noche en el otro hemisferio dura la misma cantidad. Los científicos nuevamente citan una colisión con un enorme cuerpo cósmico como la razón por la cual Urano "se puso de lado".
Teniendo en cuenta que los anillos más populares de nuestro sistema solar fueron durante mucho tiempo los anillos de Saturno, los anillos de Urano no pudieron descubrirse hasta 1977. Sin embargo, esta no es la única razón; hay dos razones más para una detección tan tardía: la distancia del planeta a la Tierra y la baja reflectividad de los propios anillos. En 1986, la nave espacial Voyager 2 logró determinar la presencia de dos anillos más en el planeta, además de los conocidos en ese momento. En 2005, el Telescopio Espacial Hubble detectó dos más. Hoy en día, los científicos planetarios conocen 13 anillos de Urano, el más brillante de los cuales es el anillo de Epsilon.
Los anillos de Urano se diferencian de los de Saturno en casi todos los aspectos: desde el tamaño de las partículas hasta la composición. En primer lugar, las partículas que forman los anillos de Saturno son pequeñas, de poco más de unos pocos metros de diámetro, mientras que los anillos de Urano contienen muchos cuerpos de hasta veinte metros de diámetro. En segundo lugar, las partículas de los anillos de Saturno están formadas en su mayor parte por hielo. Los anillos de Urano, sin embargo, están compuestos tanto de hielo como de una gran cantidad de polvo y escombros.
William Herschel descubrió Urano en 1781 porque el planeta era demasiado oscuro para ser visto por las civilizaciones antiguas. El propio Herschel inicialmente creyó que Urano era un cometa, pero luego revisó su opinión y la ciencia confirmó el estado planetario del objeto. Así, Urano se convirtió en el primer planeta descubierto en la historia moderna. El nombre original propuesto por Herschel era "Estrella de George", en honor al rey Jorge III, pero la comunidad científica no lo aceptó. El nombre "Urano" fue propuesto por el astrónomo Johann Bode, en honor al antiguo dios romano Urano.
Urano gira sobre su eje una vez cada 17 horas y 14 minutos. Al igual que , el planeta gira en dirección retrógrada, opuesta a la dirección de la Tierra y los otros seis planetas.
Se cree que la inusual inclinación del eje de Urano podría provocar una gran colisión con otro cuerpo cósmico. La teoría es que un planeta supuestamente del tamaño de la Tierra chocó bruscamente con Urano, lo que desplazó su eje casi 90 grados.
La velocidad del viento en Urano puede alcanzar hasta 900 kilómetros por hora.
Urano tiene una masa de aproximadamente 14,5 veces la masa de la Tierra, lo que lo convierte en el más ligero de los cuatro gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.
A menudo se hace referencia a Urano como el "gigante de hielo". Además de hidrógeno y helio en su capa superior (como otros gigantes gaseosos), Urano también tiene un manto helado que rodea su núcleo de hierro. La atmósfera superior está formada por amoníaco y cristales helados de metano, lo que le da a Urano su característico color azul pálido.
Urano es el segundo planeta menos denso del sistema solar, después de Saturno.
El uranio (U) es un elemento con número atómico 92 y peso atómico 238,029. Es un elemento químico radiactivo del grupo III de la tabla periódica de Dmitry Ivanovich Mendeleev, pertenece a la familia de los actínidos. El uranio es un metal muy pesado (2,5 veces más pesado que el hierro, más de 1,5 veces más pesado que el plomo), de color blanco plateado y brillante. En su forma pura, es ligeramente más blando que el acero, maleable, flexible y tiene ligeras propiedades paramagnéticas.
El uranio natural está formado por una mezcla de tres isótopos: 238U (99,274%) con una vida media de 4,51∙109 años; 235U (0,702%) con una vida media de 7,13∙108 años; 234U (0,006%) con una vida media de 2,48∙105 años. Este último isótopo no es primario, sino radiogénico; forma parte de la serie radiactiva 238U. Los isótopos de uranio 238U y 235U son los antepasados de dos series radiactivas. Los elementos finales de estas series son los isótopos de plomo 206Pb y 207Pb.
Actualmente se conocen 23 isótopos radiactivos artificiales de uranio con números de masa de 217 a 242. El "de larga vida" entre ellos es el 233U con una vida media de 1,62∙105 años. Se obtiene como resultado de la irradiación de neutrones del torio y es capaz de fisionarse bajo la influencia de neutrones térmicos.
El uranio fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth como resultado de sus experimentos con el mineral pechblenda, "brea de uranio". El nuevo elemento recibió su nombre en honor al planeta Urano, descubierto recientemente (1781) por William Herschel. Durante el siguiente medio siglo, la sustancia obtenida por Klaproth fue considerada un metal, pero en 1841 esto fue refutado por el químico francés Eugene Melchior Peligo, quien demostró la naturaleza de óxido del uranio (UO2), obtenido por el químico alemán. El propio Peligo logró obtener uranio metálico reduciendo UCl4 con potasio metálico y también determinó el peso atómico del nuevo elemento. El siguiente en el desarrollo del conocimiento sobre el uranio y sus propiedades fue D.I. Mendeleev: en 1874, basándose en su teoría sobre la periodización de los elementos químicos, colocó el uranio en la celda más alejada de su tabla. El químico ruso duplicó el peso atómico del uranio (120), previamente determinado por Peligo; la exactitud de tales suposiciones fue confirmada doce años después por los experimentos del químico alemán Zimmermann.
Durante muchas décadas, el uranio sólo interesó a un círculo reducido de químicos y científicos naturales; su uso también fue limitado: la producción de vidrio y pinturas. Sólo con el descubrimiento de la radiactividad de este metal (en 1896 por Henri Becquerel) se inició el procesamiento industrial de minerales de uranio en 1898. Mucho más tarde (1939) se descubrió el fenómeno de la fisión nuclear y desde 1942 el uranio se convirtió en el principal combustible nuclear.
La propiedad más importante del uranio es que los núcleos de algunos de sus isótopos son capaces de fisionarse al capturar neutrones, como resultado de este proceso se libera una gran cantidad de energía. Esta propiedad del elemento número 92 se utiliza en los reactores nucleares, que sirven como fuente de energía, y también es la base del funcionamiento de la bomba atómica. El uranio se utiliza en geología para determinar la edad de minerales y rocas con el fin de determinar la secuencia de procesos geológicos (geocronología). Debido a que las rocas contienen diferentes concentraciones de uranio, tienen diferente radiactividad. Esta propiedad se utiliza al identificar rocas mediante métodos geofísicos. Este método se utiliza más ampliamente en geología del petróleo durante estudios geofísicos de pozos. Los compuestos de uranio se utilizaron como pinturas para pintar sobre porcelana y para vidriados y esmaltes cerámicos (pintados en colores: amarillo, marrón, verde y negro, según el grado de oxidación), por ejemplo, el uranato de sodio Na2U2O7 se utilizó como pigmento amarillo en cuadro.
Propiedades biológicas
El uranio es un elemento bastante común en el entorno biológico, los concentradores de este metal se consideran algunos tipos de hongos y algas que forman parte de la cadena del ciclo biológico del uranio en la naturaleza según el esquema: agua - plantas acuáticas - peces. - humanos. Así, con los alimentos y el agua, el uranio ingresa al cuerpo de humanos y animales, o más bien al tracto gastrointestinal, donde se absorbe aproximadamente un porcentaje de los compuestos fácilmente solubles entrantes y no más del 0,1% de los poco solubles. Este elemento ingresa al tracto respiratorio y los pulmones, así como a las membranas mucosas y la piel con aire. En el tracto respiratorio, y especialmente en los pulmones, la absorción se produce de forma mucho más intensa: los compuestos fácilmente solubles se absorben en un 50% y los poco solubles en un 20%. Así, el uranio se encuentra en pequeñas cantidades (10-5 - 10-8%) en tejidos animales y humanos. En las plantas (en residuos secos), la concentración de uranio depende de su contenido en el suelo, por lo que con una concentración en el suelo del 10-4%, la planta contiene 1,5∙10-5% o menos. La distribución del uranio entre tejidos y órganos es desigual, los principales lugares de acumulación son el tejido óseo (esqueleto), el hígado, el bazo, los riñones, así como los pulmones y los ganglios linfáticos broncopulmonares (si entran compuestos poco solubles en los pulmones). El uranio (carbonatos y complejos con proteínas) se elimina de la sangre con bastante rapidez. En promedio, el contenido del elemento 92 en los órganos y tejidos de animales y humanos es del 10 al 7%. Por ejemplo, la sangre del ganado contiene 1∙10-8 g/ml de uranio, y la sangre humana contiene 4∙10-10 g/g. El hígado de bovino contiene 8∙10-8 g/g, en humanos en el mismo órgano 6∙10-9 g/g; el bazo del ganado bovino contiene 9∙10-8 g/g, en humanos - 4,7∙10-7 g/g. En los tejidos musculares del ganado se acumula hasta 4∙10-11 g/g. Además, en el cuerpo humano, el uranio está contenido en los pulmones en el rango de 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g; en los riñones 5,3∙10-9 g/g (capa cortical) y 1,3∙10-8 g/g (capa medular); en tejido óseo 1∙10-9 g/g; en médula ósea 1∙10-8 g/g; en cabello 1,3∙10-7 g/g. El uranio que se encuentra en los huesos provoca una irradiación constante del tejido óseo (el período de eliminación completa del uranio del esqueleto es de 600 días). La menor cantidad de este metal se encuentra en el cerebro y el corazón (alrededor de 10-10 g/g). Como se mencionó anteriormente, las principales vías por las que el uranio ingresa al cuerpo son el agua, los alimentos y el aire. La dosis diaria de metal que ingresa al cuerpo con alimentos y líquidos es de 1,9∙10-6 g, con aire: 7∙10-9 g. Sin embargo, todos los días se excreta uranio del cuerpo: con orina de 0,5∙10-7 g hasta 5∙10-7 g; con heces de 1,4∙10-6 g a 1,8∙10-6 g. Pérdidas por cabello, uñas y escamas de piel muerta: 2∙10-8 g.
Los científicos sugieren que el uranio en cantidades mínimas es necesario para el funcionamiento normal del cuerpo humano, los animales y las plantas. Sin embargo, aún no se ha aclarado su papel en fisiología. Se ha establecido que el contenido medio del elemento 92 en el cuerpo humano es de aproximadamente 9∙10-5 g (Comisión Internacional de Protección Radiológica). Es cierto que esta cifra varía un poco según las diferentes regiones y territorios.
A pesar de su papel biológico aún desconocido pero definitivo en los organismos vivos, el uranio sigue siendo uno de los elementos más peligrosos. En primer lugar, esto se manifiesta en el efecto tóxico de este metal, que se debe a sus propiedades químicas, en particular a la solubilidad de los compuestos. Por ejemplo, los compuestos solubles (uranilo y otros) son más tóxicos. Muy a menudo, el envenenamiento con uranio y sus compuestos ocurre en fábricas de enriquecimiento, empresas de extracción y procesamiento de materias primas de uranio y otras instalaciones de producción donde el uranio participa en procesos tecnológicos.
Al penetrar en el cuerpo, el uranio afecta absolutamente a todos los órganos y sus tejidos, porque la acción se produce a nivel celular: suprime la actividad de las enzimas. Los riñones se ven afectados principalmente, lo que se manifiesta en un fuerte aumento de azúcar y proteínas en la orina, desarrollándose posteriormente oliguria. El tracto gastrointestinal y el hígado se ven afectados. La intoxicación por uranio se divide en aguda y crónica; esta última se desarrolla gradualmente y puede ser asintomática o con síntomas leves. Sin embargo, posteriormente la intoxicación crónica provoca trastornos de la hematopoyesis, del sistema nervioso y otros problemas de salud graves.
Una tonelada de roca de granito contiene aproximadamente 25 gramos de uranio. ¡La energía que se puede liberar durante la combustión de estos 25 gramos en un reactor es comparable a la energía que se libera durante la combustión de 125 toneladas de carbón en los hornos de potentes calderas térmicas! Con base en estos datos, se puede suponer que en un futuro próximo el granito se considerará uno de los tipos de combustible mineral. En total, la capa superficial relativamente delgada de veinte kilómetros de la corteza terrestre contiene aproximadamente 1014 toneladas de uranio; cuando se convierte en energía equivalente, el resultado es simplemente una cifra colosal: 2,36,1024 kilovatios-hora. ¡Incluso todos los depósitos de combustibles fósiles desarrollados, explorados y propuestos en conjunto no son capaces de proporcionar ni una millonésima parte de esta energía!
Se sabe que las aleaciones de uranio sometidas a tratamiento térmico se caracterizan por mayores límites de elasticidad, fluencia y mayor resistencia a la corrosión, así como una menor tendencia a cambiar la forma de los productos bajo las fluctuaciones de temperatura y bajo la influencia de la irradiación. Partiendo de estos principios, a principios del siglo XX y hasta los años treinta se utilizó uranio en forma de carburo en la producción de aceros para herramientas. Además, se utilizaba para sustituir al tungsteno en algunas aleaciones, que resultaba más económico y accesible. En la producción de ferrouranio, la participación del U llegaba al 30%. Es cierto que en el segundo tercio del siglo XX ese uso del uranio fracasó.
Como saben, en las profundidades de nuestra Tierra hay un proceso constante de descomposición de los isótopos de la urna. Así, los científicos han calculado que la liberación instantánea de energía de toda la masa de este metal encerrada en la capa terrestre calentaría nuestro planeta a una temperatura de varios miles de grados. Sin embargo, tal fenómeno, afortunadamente, es imposible; después de todo, la liberación de calor se produce gradualmente a medida que los núcleos de uranio y sus derivados experimentan una serie de transformaciones radiactivas a largo plazo. La duración de tales transformaciones se puede juzgar por las vidas medias de los isótopos naturales del uranio; por ejemplo, para el 235U es de 7.108 años y para el 238U, de 4,51.109 años. Sin embargo, el calor del uranio calienta significativamente la Tierra. Si toda la masa de la Tierra contuviera la misma cantidad de uranio que en la capa superior de veinte kilómetros, entonces la temperatura en el planeta sería mucho más alta de lo que es ahora. Sin embargo, a medida que se avanza hacia el centro de la Tierra, la concentración de uranio disminuye.
En los reactores nucleares sólo se procesa una pequeña parte del uranio cargado, esto se debe a la escoriación del combustible con productos de fisión: el 235U se quema y la reacción en cadena se extingue gradualmente. Sin embargo, las barras de combustible todavía están llenas de combustible nuclear, que debe consumirse nuevamente. Para hacer esto, los elementos combustibles viejos se desmantelan y se envían para reciclaje: se disuelven en ácidos y el uranio se extrae de la solución resultante mediante extracción; los fragmentos de fisión que deben eliminarse permanecen en la solución. Por lo tanto, ¡resulta que la industria del uranio es prácticamente una producción química libre de residuos!
Las plantas de separación de isótopos de uranio ocupan una superficie de varias decenas de hectáreas y el área de las particiones porosas en las cascadas de separación de la planta es aproximadamente la misma. Esto se debe a la complejidad del método de difusión para separar los isótopos de uranio; después de todo, para aumentar la concentración de 235U del 0,72 al 99%, se requieren varios miles de pasos de difusión.
Utilizando el método de uranio-plomo, los geólogos pudieron averiguar la edad de los minerales más antiguos, al estudiar las rocas de meteoritos pudieron determinar la fecha aproximada del nacimiento de nuestro planeta. Gracias al “reloj de uranio” se pudo determinar la edad del suelo lunar. Curiosamente, resultó que desde hace 3 mil millones de años no ha habido actividad volcánica en la Luna y el satélite natural de la Tierra sigue siendo un cuerpo pasivo. Después de todo, incluso los trozos más jóvenes de materia lunar vivieron más que la edad de los minerales terrestres más antiguos.
Historia
El uso del uranio se remonta a mucho tiempo atrás: ya en el siglo I a. C., se utilizaba óxido de uranio natural para fabricar un esmalte amarillo que se utilizaba para colorear la cerámica.
En los tiempos modernos, el estudio del uranio se produjo de forma gradual, en varias etapas, con un crecimiento continuo. El comienzo fue el descubrimiento de este elemento en 1789 por el filósofo natural y químico alemán Martin Heinrich Klaproth, quien redujo la “tierra” de color amarillo dorado extraída del mineral de brea sajona (“brea de uranio”) a una sustancia negra parecida a un metal (uranio). óxido - UO2). El nombre fue dado en honor al planeta más distante conocido en ese momento: Urano, que a su vez fue descubierto en 1781 por William Herschel. En este punto finaliza la primera etapa en el estudio del nuevo elemento (Klaproth estaba seguro de haber descubierto un nuevo metal) y se produce una pausa de más de cincuenta años.
El año 1840 puede considerarse el comienzo de un nuevo hito en la historia de la investigación del uranio. Fue a partir de este año que un joven químico de Francia, Eugene Melchior Peligo (1811-1890), se propuso la tarea de obtener uranio metálico; pronto (1841) lo logró: el uranio metálico se obtuvo reduciendo UCl4 con potasio metálico. Además, demostró que el uranio descubierto por Klaproth es en realidad sólo su óxido. El francés también determinó el peso atómico estimado del nuevo elemento: 120. Luego hubo una larga pausa en el estudio de las propiedades del uranio.
Sólo en 1874 aparecieron nuevas suposiciones sobre la naturaleza del uranio: Dmitry Ivanovich Mendeleev, siguiendo la teoría que desarrolló sobre la periodización de los elementos químicos, encuentra un lugar para un nuevo metal en su tabla, colocando el uranio en la última celda. Además, Mendeleev duplicó el peso atómico del uranio previamente supuesto, sin equivocarse tampoco en esto, lo que fue confirmado por los experimentos del químico alemán Zimmermann 12 años después.
Desde 1896, los descubrimientos en el campo del estudio de las propiedades del uranio han "caído" uno tras otro: en el año mencionado, por pura casualidad (mientras estudiaba la fosforescencia de los cristales de uranilsulfato de potasio), un físico de 43 años El profesor Antoine Henri Becquerel abre “Los rayos de Becquerel”, más tarde rebautizado como radiactividad por Marie Curie. Ese mismo año, Henri Moissan (de nuevo químico francés) desarrolla un método para producir uranio metálico puro.
En 1899, Ernest Rutherford descubrió la heterogeneidad de la radiación procedente de preparados de uranio. Resultó que hay dos tipos de radiación: los rayos alfa y beta, que se diferencian en sus propiedades: llevan diferentes cargas eléctricas, tienen diferentes longitudes de trayectoria en la materia y su capacidad ionizante también es diferente. Un año después, Paul Villar también descubrió los rayos gamma.
Ernest Rutherford y Frederick Soddy desarrollaron conjuntamente la teoría de la radiactividad del uranio. Basándose en esta teoría, en 1907, Rutherford realizó los primeros experimentos para determinar la edad de los minerales al estudiar el uranio y el torio radiactivos. En 1913, F. Soddy introdujo el concepto de isótopos (del griego antiguo iso - "igual", "idéntico" y topos - "lugar"). En 1920, el mismo científico sugirió que se podrían utilizar isótopos para determinar la edad geológica de las rocas. Sus suposiciones resultaron ser correctas: en 1939, Alfred Otto Karl Nier creó las primeras ecuaciones para calcular edades y utilizó un espectrómetro de masas para separar isótopos.
En 1934, Enrico Fermi realizó una serie de experimentos sobre el bombardeo de elementos químicos con neutrones, partículas descubiertas por J. Chadwick en 1932. Como resultado de esta operación, aparecieron en el uranio sustancias radiactivas previamente desconocidas. Fermi y otros científicos que participaron en sus experimentos sugirieron que habían descubierto elementos transuránicos. Durante cuatro años se intentó detectar elementos transuránicos entre los productos del bombardeo de neutrones. Todo terminó en 1938, cuando los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann descubrieron que, al capturar un neutrón libre, el núcleo del isótopo de uranio 235U se divide, liberando (por cada núcleo de uranio) una cantidad bastante grande de energía, principalmente debido a la acción cinética. fragmentos de energía y radiación. Los químicos alemanes no lograron avanzar más. Lise Meitner y Otto Frisch pudieron fundamentar su teoría. Este descubrimiento fue el origen del uso de la energía intraatómica con fines tanto pacíficos como militares.
Estar en la naturaleza
El contenido medio de uranio en la corteza terrestre (Clarke) es del 3∙10-4% en masa, lo que significa que hay más en las entrañas de la tierra que la plata, el mercurio y el bismuto. El uranio es un elemento característico de la capa de granito y la capa sedimentaria de la corteza terrestre. Entonces, en una tonelada de granito hay aproximadamente 25 gramos del elemento número 92. En total, la capa superior de la Tierra, relativamente delgada y de veinte kilómetros de largo, contiene más de 1000 toneladas de uranio. En rocas ígneas ácidas 3,5∙10-4%, en arcillas y lutitas 3,2∙10-4%, especialmente enriquecidas en materia orgánica, en rocas básicas 5∙10-5%, en rocas ultramáficas del manto 3∙10-7% .
El uranio migra vigorosamente en aguas frías y calientes, neutras y alcalinas en forma de iones simples y complejos, especialmente en forma de complejos de carbonato. Las reacciones redox desempeñan un papel importante en la geoquímica del uranio, todo porque los compuestos de uranio, por regla general, son muy solubles en aguas con un ambiente oxidante y poco solubles en aguas con un ambiente reductor (sulfuro de hidrógeno).
Se conocen más de cien minerales de uranio; difieren en composición química, origen y concentración de uranio; de toda la variedad, sólo una docena tienen interés práctico. Los principales representantes del uranio, que tienen el mayor valor industrial, en la naturaleza pueden considerarse óxidos: uraninita y sus variedades (brea y negro de uranio), así como silicatos: coffinit, titanatos, davidita y brannerita; fosfatos hidratados y arseniatos de uranilo - micas de uranio.
Uraninita - UO2 está presente predominantemente en rocas antiguas del Precámbrico en forma de formas cristalinas claras. La uraninita forma series isomorfas con la torianita ThO2 y la ittrocerianita (Y,Ce)O2. Además, todas las uraninitas contienen productos de desintegración radiogénica del uranio y el torio: K, Po, He, Ac, Pb, así como Ca y Zn. La uraninita en sí es un mineral de alta temperatura, característico de las pegmatitas de granito y sienita en asociación con complejos niobato-tantalio-titanatos de uranio (columbita, pirocloro, samarskita y otros), circón y monacita. Además, la uraninita se encuentra en rocas hidrotermales, skarn y sedimentarias. Se conocen grandes depósitos de uraninita en Canadá, África, Estados Unidos de América, Francia y Australia.
La pechblenda (U3O8), también conocida como alquitrán de uranio o blenda de resina, que forma agregados colomórficos criptocristalinos, un mineral volcánico e hidrotermal, está representada en formaciones paleozoicas y más jóvenes de temperatura alta y media. Los satélites constantes de la pechblenda son los sulfuros, los arseniuros, el bismuto nativo, el arsénico y la plata, los carbonatos y algunos otros elementos. Estos minerales son muy ricos en uranio, pero extremadamente raros, y a menudo van acompañados de radio; esto se explica fácilmente: el radio es un producto directo de la desintegración isotópica del uranio.
Los negros de uranio (agregados terrosos sueltos) se presentan principalmente en formaciones jóvenes, cenozoicas y más jóvenes, características de los depósitos hidrotermales de sulfuro de uranio y sedimentarios.
El uranio también se extrae como subproducto de minerales que contienen menos del 0,1%, por ejemplo de conglomerados auríferos.
Los principales depósitos de minerales de uranio se encuentran en EE. UU. (Colorado, Dakota del Norte y Dakota del Sur), Canadá (provincias de Ontario y Saskatchewan), Sudáfrica (Witwatersrand), Francia (Macizo Central), Australia (Territorio del Norte) y muchos otros países. . En Rusia, la principal región de mineral de uranio es Transbaikalia. Alrededor del 93% del uranio ruso se extrae en un depósito en la región de Chita (cerca de la ciudad de Krasnokamensk).
Solicitud
La energía nuclear moderna es simplemente impensable sin el elemento número 92 y sus propiedades. Aunque no hace mucho tiempo, antes del lanzamiento del primer reactor nuclear, se extraían minerales de uranio principalmente para extraer radio de ellos. Se han utilizado pequeñas cantidades de compuestos de uranio en algunos tintes y catalizadores. De hecho, el uranio era considerado un elemento que casi no tenía importancia industrial, ¡y cuán radicalmente cambió la situación después del descubrimiento de la capacidad de fisión de los isótopos de uranio! Este metal recibió instantáneamente el estatus de materia prima estratégica número 1.
Hoy en día, el principal ámbito de aplicación del uranio metálico, así como de sus compuestos, es el combustible para reactores nucleares. Por lo tanto, en los reactores de centrales nucleares estacionarias se utiliza una mezcla poco enriquecida (natural) de isótopos de uranio, y en las centrales nucleares y en los reactores de neutrones rápidos se utiliza uranio altamente enriquecido.
El isótopo de uranio 235U es el más utilizado porque en él es posible una reacción nuclear en cadena autosostenida, lo que no es típico de otros isótopos de uranio. Gracias a esta propiedad, el 235U se utiliza como combustible en reactores nucleares, así como en armas nucleares. Sin embargo, la separación del isótopo 235U del uranio natural es un problema tecnológico complejo y costoso.
El isótopo de uranio más común en la naturaleza, el 238U, puede fisionarse cuando se bombardea con neutrones de alta energía. Esta propiedad de este isótopo se utiliza para aumentar el poder de las armas termonucleares: se utilizan neutrones generados por una reacción termonuclear. Además, del isótopo 238U se obtiene el isótopo de plutonio 239Pu, que a su vez también puede utilizarse en reactores nucleares y en una bomba atómica.
Recientemente, el isótopo de uranio 233U, producido artificialmente en reactores a partir de torio, ha encontrado una gran utilidad; se obtiene irradiando torio en el flujo de neutrones de un reactor nuclear:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
233U son neutrones térmicos fisibles; además, en los reactores con 233U puede producirse una reproducción ampliada del combustible nuclear. Entonces, cuando un kilogramo de 233U se quema en un reactor de torio, deberían acumularse en él 1,1 kg de nuevo 233U (como resultado de la captura de neutrones por los núcleos de torio). En un futuro próximo, el ciclo uranio-torio en reactores de neutrones térmicos será el principal competidor del ciclo uranio-plutonio para la reproducción de combustible nuclear en reactores de neutrones rápidos. Ya existen y están en funcionamiento reactores que utilizan este nucleido como combustible (KAMINI en la India). El 233U es también el combustible más prometedor para los motores de cohetes nucleares en fase gaseosa.
Otros isótopos artificiales de uranio no desempeñan un papel importante.
Después de extraer los isótopos "necesarios" 234U y 235U del uranio natural, la materia prima restante (238U) se llama "uranio empobrecido", es la mitad de radiactivo que el uranio natural, principalmente debido a la eliminación del 234U. Dado que el uso principal del uranio es la producción de energía, el uranio empobrecido es un producto de bajo uso y bajo valor económico. Sin embargo, debido a su bajo precio, así como a su alta densidad y sección transversal de captura extremadamente alta, se utiliza para protección radiológica y como lastre en aplicaciones aeroespaciales, como superficies de control de aeronaves. Además, el uranio empobrecido se utiliza como lastre en vehículos espaciales y yates de carreras; en rotores giroscópicos de alta velocidad, volantes grandes y en la perforación de pozos petroleros.
Sin embargo, el uso más famoso del uranio empobrecido es en aplicaciones militares, como núcleos para proyectiles perforantes y blindajes de tanques modernos, como el tanque M-1 Abrams.
Los usos menos conocidos del uranio implican principalmente sus compuestos. Entonces, una pequeña adición de uranio le da una hermosa fluorescencia de color amarillo verdoso al vidrio; algunos compuestos de uranio son fotosensibles, por esta razón el nitrato de uranilo se usó ampliamente para realzar los negativos y colorear (tintar) los positivos (impresiones fotográficas) de color marrón.
El carburo 235U aleado con carburo de niobio y carburo de circonio se utiliza como combustible para motores a reacción nucleares. Como potentes materiales magnetoestrictivos se utilizan aleaciones de hierro y uranio empobrecido (238U). El uranato de sodio Na2U2O7 se utilizaba como pigmento amarillo en la pintura; anteriormente los compuestos de uranio se utilizaban como pinturas para pintar sobre porcelana y para vidriados y esmaltes cerámicos (pintados en colores: amarillo, marrón, verde y negro, según el grado de oxidación). .
Producción
El uranio se obtiene a partir de minerales de uranio, que difieren significativamente en una serie de características (condiciones de formación, "contraste", contenido de impurezas útiles, etc.), la principal de las cuales es el porcentaje de uranio. Según este criterio, se distinguen cinco tipos de minerales: muy ricos (contienen más del 1% de uranio); rico (1-0,5%); promedio (0,5-0,25%); ordinarios (0,25-0,1%) y pobres (menos del 0,1%). Sin embargo, incluso a partir de minerales que contienen entre un 0,01 y un 0,015% de uranio, este metal se extrae como subproducto.
A lo largo de los años de desarrollo de materias primas de uranio, se han desarrollado muchos métodos para separar el uranio de los minerales. Esto se debe tanto a la importancia estratégica del uranio en algunas zonas como a la diversidad de sus manifestaciones naturales. Sin embargo, a pesar de toda la variedad de métodos y materias primas, cualquier producción de uranio consta de tres etapas: concentración preliminar del mineral de uranio; lixiviación de uranio y obtención de compuestos de uranio suficientemente puros mediante precipitación, extracción o intercambio iónico. A continuación, dependiendo del propósito del uranio resultante, el producto se enriquece con el isótopo 235U o se reduce inmediatamente a uranio elemental.
Entonces, el mineral se concentra inicialmente: la roca se tritura y se llena con agua. En este caso, los elementos más pesados de la mezcla se asientan más rápido. En las rocas que contienen minerales primarios de uranio, se produce su rápida precipitación, ya que son muy pesadas. Cuando se concentran minerales que contienen minerales secundarios de uranio, se deposita roca estéril, que es mucho más pesada que los minerales secundarios, pero puede contener elementos muy útiles.
Los minerales de uranio casi nunca se enriquecen, a excepción del método orgánico de clasificación radiométrica, basado en la radiación γ del radio, que siempre acompaña al uranio.
La siguiente etapa en la producción de uranio es la lixiviación, lo que lleva el uranio a la solución. Básicamente, los minerales se lixivian con soluciones de ácido sulfúrico, a veces nítrico o soluciones de soda con la transferencia de uranio a una solución ácida en forma de UO2SO4 o aniones complejos, y a una solución de soda en forma de un anión de 4 complejos. El método que utiliza ácido sulfúrico es más económico, sin embargo, no siempre es aplicable si la materia prima contiene uranio tetravalente (resina de uranio), que no es soluble en ácido sulfúrico. En tales casos, se utiliza lixiviación alcalina o se oxida uranio tetravalente a un estado hexavalente. El uso de sosa cáustica (sosa cáustica) es aconsejable cuando se lixivian minerales que contienen magnesita o dolomita, que requieren demasiado ácido para disolverse.
Después de la etapa de lixiviación, la solución contiene no sólo uranio, sino también otros elementos que, como el uranio, se extraen con los mismos disolventes orgánicos, se depositan en las mismas resinas de intercambio iónico y precipitan en las mismas condiciones. En tal situación, para aislar selectivamente el uranio, es necesario utilizar muchas reacciones redox para eliminar el elemento no deseado en diferentes etapas. Una de las ventajas de los métodos de extracción e intercambio iónico es que el uranio se extrae completamente de soluciones pobres.
Después de todas las operaciones anteriores, el uranio se convierte a un estado sólido, en uno de los óxidos o en tetrafluoruro de UF4. Dicho uranio contiene impurezas con una gran sección transversal de captura de neutrones térmicos: litio, boro, cadmio y metales de tierras raras. ¡En el producto final su contenido no debe exceder las cien milésimas y las millonésimas de porcentaje! Para ello se vuelve a disolver el uranio, esta vez en ácido nítrico. El nitrato de uranilo UO2(NO3)2 durante la extracción con fosfato de tributilo y algunas otras sustancias se purifica adicionalmente según los estándares requeridos. Luego, esta sustancia se cristaliza (o precipita) y se calcina cuidadosamente. Como resultado de esta operación se forma trióxido de uranio UO3, que se reduce con hidrógeno a UO2. A temperaturas de 430 a 600° C, el óxido de uranio reacciona con fluoruro de hidrógeno seco y se convierte en tetrafluoruro de UF4. Ya a partir de este compuesto, el uranio metálico generalmente se obtiene con la ayuda de calcio o magnesio mediante reducción ordinaria.
Propiedades físicas
El uranio metálico es muy pesado, dos veces y media más pesado que el hierro y una vez y media más pesado que el plomo. Este es uno de los elementos más pesados almacenados en las entrañas de la Tierra. Con su color y brillo blanco plateado, el uranio se parece al acero. Puro metal Es plástico, blando, tiene alta densidad, pero al mismo tiempo es fácil de procesar. El uranio es electropositivo y tiene propiedades paramagnéticas menores: la susceptibilidad magnética específica a temperatura ambiente es 1,72·10 -6, Tiene baja conductividad eléctrica pero alta reactividad. Este elemento tiene tres modificaciones alotrópicas: α, β y γ. La forma α tiene una red cristalina ortorrómbica con los siguientes parámetros: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Esta forma es estable en el rango de temperatura desde temperatura ambiente hasta 667,7° C. La densidad del uranio en forma α a una temperatura de 25° C es 19,05 ± 0,2 g/cm 3 . La forma β tiene una red cristalina tetragonal, estable en el rango de temperatura de 667,7° C a 774,8° C. Parámetros de la red cristalina tetragonal: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. Forma γ con una estructura cúbica centrada en el cuerpo, estable desde 774,8°C hasta el punto de fusión (1132°C).
Las tres fases se pueden ver durante el proceso de recuperación del uranio. Para ello se utiliza un aparato especial, que es un tubo de acero sin costura, que está revestido con óxido de calcio, esto es necesario para que el acero del tubo no interactúe con el uranio. Se carga en el aparato una mezcla de tetrafluoruro de uranio y magnesio (o calcio), después de lo cual se calienta a 600 ° C. Cuando se alcanza esta temperatura, se enciende el encendedor eléctrico y el una reacción de reducción exotérmica, en la que la mezcla cargada se funde completamente. El uranio líquido (temperatura 1132 ° C) debido a su peso se hunde completamente hasta el fondo. Después de la deposición completa de uranio en el fondo del aparato, comienza el enfriamiento, el uranio cristaliza, sus átomos se organizan en estricto orden, formando una red cúbica: esta es la fase γ. La siguiente transición ocurre a 774° C: la red cristalina del metal que se enfría se vuelve tetragonal, lo que corresponde a la fase β. Cuando la temperatura del lingote desciende a 668° C, los átomos vuelven a reorganizar sus filas, dispuestas en ondas en capas paralelas: la fase α. Además no se producen cambios.
Los principales parámetros del uranio siempre se refieren a la fase α. Punto de fusión (tmelting) 1132° C, punto de ebullición del uranio (tboiling) 3818° C. Capacidad calorífica específica a temperatura ambiente 27,67 kJ/(kg·K) o 6,612 cal/(g·°С). La resistividad eléctrica a una temperatura de 25°C es de aproximadamente 3,10 -7 ohm·cm, y ya a 600°С es de 5,5·10 -7 ohm·cm. La conductividad térmica del uranio también cambia dependiendo de la temperatura: en el rango de 100-200 ° C es igual a 28,05 W/(m K) o 0,067 cal/(cm seg ° C), y cuando se aumenta a 400 ° C aumenta hasta 29,72 W/(m·K) 0,071 cal/(cm·s·°C). El uranio tiene una superconductividad de 0,68 K. La dureza Brinell promedio es 19,6 - 21,6·10 2 Mn/m 2 o 200-220 kgf/mm 2.
Muchas propiedades mecánicas del elemento 92 dependen de su pureza y de los modos de tratamiento térmico y mecánico. Entonces, para el uranio fundido la resistencia a la tracción a temperatura ambiente es 372-470 MN/m2 o 38-48 kgf/mm2, el módulo elástico promedio es 20,5·10 -2 MN/m2 o 20,9·10 -3 kgf/mm2. La fuerza del uranio aumenta después del enfriamiento desde las fases β y γ.
La irradiación de uranio mediante un flujo de neutrones, la interacción con elementos combustibles de uranio metálico refrigerados por agua y otros factores de funcionamiento en potentes reactores de neutrones térmicos: todo esto conduce a cambios en las propiedades físicas y mecánicas del uranio: el metal se vuelve quebradizo, se arrastra. se desarrolla y los productos hechos de uranio metálico se deforman. Por esta razón, en los reactores nucleares se utilizan aleaciones de uranio, por ejemplo con molibdeno, que son resistentes al agua, fortalecen el metal y mantienen una red cúbica de alta temperatura.
Propiedades químicas
Químicamente, el uranio es un metal muy activo. En el aire, se oxida formando una película iridiscente de dióxido de UO2 en la superficie, que no protege al metal de una mayor oxidación, como ocurre con el titanio, el circonio y varios otros metales. Con el oxígeno, el uranio forma dióxido de UO2, trióxido de UO3 y una gran cantidad de óxidos intermedios, el más importante de los cuales es el U3O8; las propiedades de estos óxidos son similares a las del UO2 y el UO3. En estado de polvo, el uranio es pirofórico y puede encenderse con un ligero calentamiento (a partir de 150 °C), la combustión va acompañada de una llama brillante, que finalmente forma U3O8. A una temperatura de 500-600 °C, el uranio interactúa con el flúor para formar cristales verdes en forma de agujas, ligeramente solubles en agua y ácidos: el tetrafluoruro de uranio UF4, así como el UF6, hexafluoruro (cristales blancos que se subliman sin fundirse a una temperatura de 56,4 ºC). UF4, UF6 son ejemplos de la interacción del uranio con halógenos para formar haluros de uranio. El uranio se combina fácilmente con el azufre, formando una serie de compuestos, de los cuales el más importante es el combustible nuclear estadounidense. El uranio reacciona con el hidrógeno a 220 °C para formar el hidruro UH3, que es químicamente muy activo. Si se calienta más, el UH3 se descompone en hidrógeno y uranio en polvo. La interacción con el nitrógeno se produce a temperaturas más altas (de 450 a 700 °C y presión atmosférica) y se obtiene el nitruro U4N7; al aumentar la presión del nitrógeno a las mismas temperaturas se pueden obtener UN, U2N3 y UN2. A temperaturas más altas (750-800 °C), el uranio reacciona con el carbono para formar monocarburo UC, dicarburo UC2 y también U2C3. El uranio reacciona con el agua para formar UO2 y H2, más lentamente con agua fría y más activamente con agua caliente. Además, la reacción también se produce con vapor de agua a temperaturas de 150 a 250 °C. Este metal se disuelve en HCl clorhídrico y ácidos nítricos HNO3, menos activamente en ácido fluorhídrico altamente concentrado y reacciona lentamente con H2SO4 sulfúrico y ácidos ortofosfóricos H3PO4. Los productos de reacciones con ácidos son sales de uranio tetravalentes. A partir de ácidos inorgánicos y sales de algunos metales (oro, platino, cobre, plata, estaño y mercurio), el uranio es capaz de desplazar al hidrógeno. El uranio no interactúa con los álcalis.
En los compuestos, el uranio es capaz de presentar los siguientes estados de oxidación: +3, +4, +5, +6, a veces +2. U3+ no existe en la naturaleza y sólo se puede obtener en el laboratorio. Los compuestos de uranio pentavalente son en su mayor parte inestables y se descomponen con bastante facilidad en compuestos de uranio tetravalente y hexavalente, que son los más estables. El uranio hexavalente se caracteriza por la formación del ion uranilo UO22+, cuyas sales son de color amarillo y muy solubles en agua y ácidos minerales. Un ejemplo de compuestos de uranio hexavalente es el trióxido de uranio o anhídrido de uranio UO3 (polvo de naranja), que es un óxido anfótero. Cuando se disuelve en ácidos, se forman sales, por ejemplo, cloruro de uranio uranio UO2Cl2. Cuando los álcalis actúan sobre soluciones de sales de uranilo, se obtienen sales de ácido uránico H2UO4 - uranatos y ácido diuránico H2U2O7 - diuranatos, por ejemplo, uranato de sodio Na2UO4 y diuranato de sodio Na2U2O7. Las sales de uranio tetravalente (tetracloruro de uranio UCl4) son verdes y menos solubles. Cuando se exponen al aire durante mucho tiempo, los compuestos que contienen uranio tetravalente suelen ser inestables y se convierten en hexavalentes. Las sales de uranilo, como el cloruro de uranilo, se descomponen en presencia de luz brillante o materia orgánica.
