Free Press

Uranium (U), radioactief chemisch element van de actinoïde-reeks van het periodiek systeem, atoomnummer 92. Het is een belangrijke splijtstof.

Britannica Quiz

118 Namen en symbolen van het Periodiek Systeem Quiz

Het Periodiek Systeem bestaat uit 118 elementen. Hoe goed ken je hun symbolen? In deze quiz krijg je alle 118 chemische symbolen te zien, en moet je de naam kiezen van het chemische element waar elk symbool voor staat.

Uranium maakt ongeveer twee delen per miljoen uit van de aardkorst. Enkele belangrijke uranium mineralen zijn pekblende (onzuiver U3O8), uraniniet (UO2), carnotiet (een kalium uranium vanadaat), autuniet (een calcium uranium fosfaat), en torberniet (een koper uranium fosfaat). Deze en andere winbare uraniumertsen bevatten, als bronnen van nucleaire brandstoffen, vele malen meer energie dan alle bekende winbare afzettingen van fossiele brandstoffen. Een pond uranium levert evenveel energie op als 1,4 miljoen kilogram (3 miljoen pond) steenkool.

Voor aanvullende informatie over uraniumertsafzettingen, alsmede over mijnbouw-, raffinage- en winningstechnieken, zie uraniumverwerking. Voor vergelijkende statistische gegevens over de uraniumproductie, zie tabel.

Uranium is een dicht, hard metaalhoudend element dat zilverwit van kleur is. Het is buigzaam, kneedbaar en kan goed worden gepolijst. In lucht wordt het metaal dof en bij fijne deling breekt het in vlammen uit. Het is een relatief slechte geleider van elektriciteit. Hoewel ontdekt (1789) door de Duitse scheikundige Martin Heinrich Klaproth, die het naar de toen pas ontdekte planeet Uranus vernoemde, werd het metaal zelf voor het eerst geïsoleerd (1841) door de Franse scheikundige Eugène-Melchior Péligot door de reductie van uraniumtetrachloride (UCl4) met kalium.

De formulering van het periodiek systeem door de Russische scheikundige Dmitry Mendeleyev in 1869 vestigde de aandacht op uranium als het zwaarste chemische element, een positie die het behield tot de ontdekking van het eerste transuraniumelement neptunium in 1940. In 1896 ontdekte de Franse natuurkundige Henri Becquerel in uranium het verschijnsel van radioactiviteit, een term die in 1898 voor het eerst werd gebruikt door de Franse natuurkundigen Marie en Pierre Curie. Deze eigenschap werd later in vele andere elementen aangetroffen. Het is nu bekend dat uranium, radioactief in al zijn isotopen, van nature bestaat uit een mengsel van uranium-238 (99,27 procent, 4.510.000.000 jaar halveringstijd), uranium-235 (0,72 procent, 713.000.000 jaar halveringstijd), en uranium-234 (0,006 procent, 247.000 jaar halveringstijd). Deze lange halfwaardetijden maken het mogelijk de ouderdom van de aarde te bepalen door de hoeveelheden lood, het uiteindelijke vervalproduct van uranium, in bepaalde uraniumhoudende gesteenten te meten. Uranium-238 is de ouder en uranium-234 een van de dochters in de radioactieve uraniumvervalreeks; uranium-235 is de ouder van de actiniumvervalreeks. Zie ook actinoïde element.

Het element uranium werd het onderwerp van intense studie en brede belangstelling nadat de Duitse scheikundigen Otto Hahn en Fritz Strassmann eind 1938 het verschijnsel van kernsplijting ontdekten in uranium dat door langzame neutronen werd gebombardeerd. De in Italië geboren Amerikaanse natuurkundige Enrico Fermi suggereerde (begin 1939) dat neutronen deel zouden kunnen uitmaken van de splijtingsproducten en aldus de splijting als een kettingreactie zouden kunnen voortzetten. De in Hongarije geboren Amerikaanse natuurkundige Leo Szilard, de Amerikaanse natuurkundige Herbert L. Anderson, de Franse scheikundige Frédéric Joliot-Curie en hun medewerkers bevestigden (1939) deze voorspelling; later onderzoek toonde aan dat er gemiddeld 21/2 neutronen per atoom vrijkomen bij de splijting. Deze ontdekkingen leidden tot de eerste zichzelf onderhoudende nucleaire kettingreactie (2 december 1942), de eerste atoombomproef (16 juli 1945), de eerste atoombom die in een oorlogssituatie werd afgeworpen (6 augustus 1945), de eerste door atoomenergie aangedreven onderzeeër (1955), en de eerste door atoomenergie aangedreven elektrische generator op ware grootte (1957).

Splijting vindt plaats met langzame neutronen in de betrekkelijk zeldzame isotoop uranium-235 (de enige in de natuur voorkomende splijtstof), die moet worden gescheiden van de overvloedige isotoop uranium-238 voor de verschillende toepassingen. Uranium-238 wordt echter, na absorptie van neutronen en negatief betaverval, getransmuteerd in het synthetische element plutonium, dat splijtbaar is met langzame neutronen. Natuurlijk uranium kan derhalve worden gebruikt in convertor- en kweekreactoren, waarin de splijting wordt ondersteund door het zeldzame uranium-235 en tegelijk plutonium wordt vervaardigd door de transmutatie van uranium-238. Splijtbaar uranium-233 kan voor gebruik als splijtstof worden gesynthetiseerd uit de niet-splijtbare thoriumisotoop thorium-232, die in de natuur overvloedig aanwezig is. Uranium is ook belangrijk als het primaire materiaal waaruit de synthetische transuraniumelementen zijn bereid door transmutatiereacties.

Uranium, dat sterk elektropositief is, reageert met water; het lost op in zuren maar niet in alkaliën. De belangrijke oxidatietoestanden zijn +4 (zoals in het oxide UO2, tetrahaliden zoals UCl4, en het groene waterige ion U4+) en +6 (zoals in het oxide UO3, het hexafluoride UF6, en het gele uranyl-ion UO22+). In een waterige oplossing is uranium het meest stabiel als het uranyl-ion, dat een lineaire structuur 2+ heeft. Uranium vertoont ook een +3 en een +5 toestand, maar de respectieve ionen zijn onstabiel. Het rode U3+-ion oxideert langzaam, zelfs in water dat geen opgeloste zuurstof bevat. De kleur van het UO2+-ion is onbekend omdat het disproportionering ondergaat (UO2+ wordt tegelijkertijd gereduceerd tot U4+ en geoxideerd tot UO22+), zelfs in zeer verdunde oplossingen.

Uraniumverbindingen zijn gebruikt als kleurstoffen voor keramiek. Uraniumhexafluoride (UF6) is een vaste stof met een ongewoon hoge dampdruk (115 torr = 0,15 atm = 15,300 Pa) bij 25 °C (77 °F). UF6 is chemisch zeer reactief, maar ondanks zijn corrosieve aard in de damptoestand is UF6 op grote schaal gebruikt in de gasdiffusie- en gascentrifugemethoden om uranium-235 van uranium-238 te scheiden.

Organometaalverbindingen zijn een interessante en belangrijke groep verbindingen waarin metaal-koolstofbindingen een metaal verbinden met organische groepen. Uranoceen is een organische uraniumverbinding U(C8H8)2, waarin een uraniumatoom is ingeklemd tussen twee organische ringlagen die verwant zijn aan cyclooctatetraeen C8H8. De ontdekking ervan in 1968 opende een nieuw gebied van de organometaalchemie.