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Uranium (U), élément chimique radioactif de la série des actinoïdes du tableau périodique, numéro atomique 92. C’est un combustible nucléaire important.

Quiz Britannica

118 Noms et symboles du tableau périodique Quiz

Le tableau périodique est composé de 118 éléments. Connais-tu bien leurs symboles ? Dans ce quiz, on vous montrera les 118 symboles chimiques et vous devrez choisir le nom de l’élément chimique que chacun représente.

L’uranium constitue environ deux parties par million de la croûte terrestre. Certains minéraux uranifères importants sont la pechblende (U3O8 impur), l’uraninite (UO2), la carnotite (un vanadate d’uranium de potassium), l’autunite (un phosphate d’uranium de calcium) et la torbernite (un phosphate d’uranium de cuivre). Ces minerais d’uranium et d’autres minerais récupérables, en tant que sources de combustibles nucléaires, contiennent plusieurs fois plus d’énergie que tous les gisements récupérables connus de combustibles fossiles. Une livre d’uranium produit autant d’énergie que 1,4 million de kilogrammes (3 millions de livres) de charbon.

Pour des informations supplémentaires sur les gisements de minerai d’uranium, ainsi que la couverture des techniques d’extraction, de raffinage et de récupération, voir le traitement de l’uranium. Pour des données statistiques comparatives sur la production d’uranium, voir le tableau.

L’uranium est un élément métallique dense et dur, de couleur blanc argenté. Il est ductile, malléable et capable de prendre un poli élevé. Dans l’air, le métal se ternit et lorsqu’il est finement divisé, il se brise en flammes. Il est un conducteur d’électricité relativement pauvre. Bien que découvert (1789) par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth, qui l’a nommé d’après la planète Uranus, alors récemment découverte, le métal lui-même a été isolé pour la première fois (1841) par le chimiste français Eugène-Melchior Péligot par la réduction du tétrachlorure d’uranium (UCl4) avec du potassium.

La formulation du système périodique par le chimiste russe Dmitry Mendeleyev en 1869 a attiré l’attention sur l’uranium en tant qu’élément chimique le plus lourd, position qu’il a conservée jusqu’à la découverte du premier élément transuranien, le neptunium, en 1940. En 1896, le physicien français Henri Becquerel a découvert dans l’uranium le phénomène de la radioactivité, un terme utilisé pour la première fois en 1898 par les physiciens français Marie et Pierre Curie. Cette propriété a ensuite été retrouvée dans de nombreux autres éléments. On sait aujourd’hui que l’uranium, radioactif dans tous ses isotopes, est constitué naturellement d’un mélange d’uranium-238 (99,27 %, demi-vie de 4 510 000 000 ans), d’uranium-235 (0,72 %, demi-vie de 713 000 000 ans) et d’uranium-234 (0,006 %, demi-vie de 247 000 ans). Ces longues demi-vies permettent de déterminer l’âge de la Terre en mesurant les quantités de plomb, produit de désintégration ultime de l’uranium, dans certaines roches contenant de l’uranium. L’uranium-238 est le parent et l’uranium-234 l’un des filles de la série de désintégration de l’uranium radioactif ; l’uranium-235 est le parent de la série de désintégration de l’actinium. Voir aussi élément actinoïde.

L’élément uranium est devenu le sujet d’une étude intense et d’un large intérêt après que les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann ont découvert à la fin de 1938 le phénomène de fission nucléaire dans l’uranium bombardé par des neutrons lents. Le physicien américain d’origine italienne Enrico Fermi a suggéré (début 1939) que les neutrons pourraient faire partie des produits de fission et pourraient donc poursuivre la fission sous forme de réaction en chaîne. Le physicien américain d’origine hongroise Leo Szilard, le physicien américain Herbert L. Anderson, le chimiste français Frédéric Joliot-Curie et leurs collègues ont confirmé (1939) cette prédiction ; des recherches ultérieures ont montré qu’une moyenne de 21/2 neutrons par atome sont libérés pendant la fission. Ces découvertes ont conduit à la première réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue (2 décembre 1942), au premier essai de bombe atomique (16 juillet 1945), à la première bombe atomique larguée en temps de guerre (6 août 1945), au premier sous-marin à propulsion atomique (1955) et au premier générateur électrique à propulsion nucléaire en grandeur réelle (1957).

La fission se produit avec des neutrons lents dans l’isotope relativement rare de l’uranium-235 (la seule matière fissile naturelle), qui doit être séparé de l’isotope abondant de l’uranium-238 pour ses diverses utilisations. L’uranium-238, cependant, après avoir absorbé des neutrons et subi une désintégration bêta négative, est transmuté en plutonium, un élément synthétique fissile à neutrons lents. L’uranium naturel peut donc être utilisé dans des réacteurs convertisseurs et surgénérateurs, dans lesquels la fission est entretenue par l’uranium 235 rare et le plutonium est fabriqué en même temps par la transmutation de l’uranium 238. L’uranium 233 fissile peut être synthétisé pour être utilisé comme combustible nucléaire à partir de l’isotope non fissile du thorium, le thorium 232, qui est abondant dans la nature. L’uranium est également important en tant que matière primaire à partir de laquelle les éléments transuraniens synthétiques ont été préparés par des réactions de transmutation.

L’uranium, qui est fortement électropositif, réagit avec l’eau ; il se dissout dans les acides mais pas dans les alcalis. Les états d’oxydation importants sont +4 (comme dans l’oxyde UO2, les tétrahalogénures tels que UCl4, et l’ion aqueux vert U4+) et +6 (comme dans l’oxyde UO3, l’hexafluorure UF6, et l’ion uranyle jaune UO22+). Dans une solution aqueuse, l’uranium est le plus stable sous la forme de l’ion uranyle, qui a une structure linéaire 2+. L’uranium présente également un état +3 et un état +5, mais les ions respectifs sont instables. L’ion rouge U3+ s’oxyde lentement, même dans une eau qui ne contient pas d’oxygène dissous. La couleur de l’ion UO2+ est inconnue car il subit une disproportion (UO2+ est simultanément réduit en U4+ et oxydé en UO22+) même dans des solutions très diluées.

Les composés de l’uranium ont été utilisés comme colorants pour les céramiques. L’hexafluorure d’uranium (UF6) est un solide dont la pression de vapeur est exceptionnellement élevée (115 torr = 0,15 atm = 15 300 Pa) à 25 °C (77 °F). L’UF6 est chimiquement très réactif, mais, malgré sa nature corrosive à l’état de vapeur, l’UF6 a été largement utilisé dans les méthodes de diffusion gazeuse et de centrifugation gazeuse pour séparer l’uranium 235 de l’uranium 238.

Les composés organométalliques constituent un groupe intéressant et important de composés dans lesquels il existe des liaisons métal-carbone reliant un métal à des groupes organiques. L’uranocène est un composé organométallique U(C8H8)2, dans lequel un atome d’uranium est pris en sandwich entre deux couches cycliques organiques liées au cyclooctatétraène C8H8. Sa découverte en 1968 a ouvert un nouveau domaine de la chimie organométallique.

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