Urânio (U): o que é, características e aplicações
Urânio é um elemento químico da Tabela Periódica representado pelo símbolo U, cujo número atômico é 92 e pertence a família dos actinídeos.
Trata-se do elemento com o núcleo atômico mais pesado existente na natureza.
Os isótopos mais conhecidos do urânio são: 234U, 235U e 238U.
Devido a radioatividade desse metal, sua maior aplicação está em gerar energia nuclear através da fissão do seu núcleo. Além disso, o urânio é utilizado na datação de rochas e armamento nuclear.
Características do Urânio
- É um elemento radioativo.
- Metal denso de elevada dureza.
- Dúctil e maleável.
- Sua coloração é cinza-prateada.
- É encontrado em abundância no estado sólido.
- Seu átomo é altamente instável e os 92 prótons do núcleo podem ser desintegrados e formar outros elementos químicos.
Propriedades do Urânio
Propriedades físicas
| Densidade | 18,95 g/cm3 |
|---|---|
| Ponto de fusão | 1135 °C |
| Ponto de ebulição | 4131 °C |
| Dureza | 6,0 (escala de Mohs) |
Propriedades químicas
| Classificação | Metal de transição interna |
|---|---|
| Eletronegatividade | 1,7 |
| Energia de ionização | 6,194 eV |
| Estados de oxidação | +3, +4, +5 ,+6 |
Onde o Urânio é encontrado?
Na natureza, o urânio é encontrado principalmente na forma de minérios. Para explorar as reservas desse metal é estudado o teor presente do elemento e a disponibilidade de tecnologia para realizar a extração e o aproveitamento.
Minérios de Urânio
Pela facilidade de reação com o oxigênio do ar, o urânio é normalmente encontrado na forma de óxidos.
| Minério | Composição |
|---|---|
| Pitchblenda | U3O8 |
| Uraninita | UO2 |
Urânio no mundo
O urânio pode ser encontrado em diversas partes do mundo, sendo caracterizado como um minério comum por estar presente na maioria das rochas.
As maiores reservas de urânio se encontram nos seguintes países: Austrália, Cazaquistão, Rússia, África do Sul, Canadá, Estados Unidos e Brasil.
Urânio no Brasil
Embora nem todo o território brasileiro tenha sido prospectado, o Brasil ocupada a sétima posição no ranking mundial de reservas de urânio.
As duas principais reservas são a de Caetité (BA) e a de Santa Quitéria (CE).
Isótopos do Urânio
| Isótopo | Abundância relativa | Tempo de meia vida | Atividade radioativa |
|---|---|---|---|
| Urânio-238 | 99,27 % | 4.510.000.000 anos | 12,455 Bq.g-1 |
| Urânio-235 | 0,72 % | 713.000.000 anos | 80,011 Bq.g-1 |
| Urânio-234 | 0,006 % | 247.000 anos | 231 x 106 Bq.g-1 |
Por se tratar do mesmo elemento químico, todos os isótopos possuem 92 prótons no núcleo e, consequentemente, as mesmas propriedades químicas.
Embora os três isótopos apresentem radioatividade, a atividade radioativa é diferente para cada um deles. Apenas o urânio-235 é um material fissionável e, por isso, útil na produção de energia nuclear.
Série radioativa do Urânio
Os isótopos do urânio podem sofrem decaimento radioativo e gerar outros elementos químicos. O que ocorre é uma reação em cadeia até que um elemento estável seja formado e cesse as transformações.
No exemplo a seguir, o decaimento radioativo do urânio-235 termina com o chumbo-207 sendo o último elemento da série.
Esse processo é importante para determinar a idade da Terra pela medição da quantidade de chumbo, último elemento da série radioativa, em certas rochas que contêm urânio.
História do Urânio
Sua descoberta ocorreu no ano de 1789 pelo químico alemão Martin Klaproth, que lhe concedeu esse nome em homenagem ao planeta Urano, descoberto também por volta desse período.
Em 1841, o urânio foi isolado pela primeira vez pelo químico francês Eugène-Melchior Péligot através de uma reação de redução do tetracloreto de urânio (UCl4) utilizando potássio.
Apenas em 1896, o cientista francês Henri Becquerel descobriu que esse elemento possuía radioatividade ao realizar experimentos com sais de urânio.
Aplicações do urânio
Energia nuclear
O urânio é uma fonte alternativa de energia para os combustíveis existentes.
A utilização desse elemento para diversificar a matriz energética se dá pelo aumento do preço do petróleo e gás, além da preocupação ambiental com o lançamento de CO2 na atmosfera e o efeito estufa.
A produção de energia ocorre pela fissão do núcleo de urânio-235. Uma reação em cadeia é produzida de maneira controlada e das inúmeras transformações que o átomo sofre há a liberação de energia que movimenta um sistema de geração de vapor.
A água é transformada em vapor ao receber energia em forma de calor e faz com que as turbinas do sistema se movimentem e gerem energia elétrica.
Transformação do Urânio em energia
A energia liberada pelo urânio é proveniente da fissão nuclear. Quando um núcleo maior sofre uma quebra, ocorre a liberação de grande quantidade de energia na formação de núcleos menores.
Nesse processo, ocorre uma reação em cadeia que é iniciada com um nêutron atingindo um grande núcleo e quebra-o em dois núcleos menores. Os nêutrons liberados nessa reação irão provocar a fissão de outros núcleos.
Ao ser atingido por um nêutron, o urânio-235 dividiu-se em dois núcleos menores e liberou 3 nêutrons.
A energia liberada nessa reação é de 2.1010 kJ/mol. Na combustão do etanol, a energia liberada é de 98 kJ/mol. Diante disso, podemos perceber a magnitude desse processo, cuja energia produzida chega a ser praticamente um trilhão de vezes maior que uma reação de combustão.
Energia nuclear no Brasil
O Brasil possui duas usinas nucleares que utilizam urânio enriquecido. Elas estão situadas no município de Angra dos Reis (RJ).
De acordo com a Eletronuclear, empresa que opera as usinas termonucleares no Brasil, Angra 1 possui capacidade para geração de 657 megawatts elétricos, enquanto Angra 2, pode gerar 1.350 megawatts elétricos.
Datação radiométrica
Na datação radiométrica as emissões radioativas são medidas de acordo com o elemento gerado no decaimento radioativo.
Sabendo o tempo de meia vida do isótopo é possível determinar a idade do material ao calcular quanto tempo passou-se para formação do produto encontrado.
Os isótopos urânio-238 e urânio-235 são utilizados para estimar a idade de rochas ígneas e outros tipos de datação radiométrica.
Bomba atômica
Na Segunda Guerra Mundial foi utilizada a primeira bomba atômica, que continha o elemento urânio.
Com o isótopo urânio-235 iniciou-se uma reação em cadeia a partir da fissão do núcleo, que em uma fração de segundo, gerou uma explosão devido a extremamente potente quantidade de energia liberada.
Confira mais textos sobre o assunto:
BATISTA, Carolina. Urânio (U): o que é, características e aplicações. Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/uranio/. Acesso em: