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Uranio (U), elemento chimico radioattivo della serie degli attinoidi della tavola periodica, numero atomico 92. È un importante combustibile nucleare.

Britannica Quiz

118 Nomi e simboli della tavola periodica Quiz

La tavola periodica è composta da 118 elementi. Quanto bene conosci i loro simboli? In questo quiz ti verranno mostrati tutti i 118 simboli chimici, e dovrai scegliere il nome dell’elemento chimico che ognuno di essi rappresenta.

L’uranio costituisce circa due parti per milione della crosta terrestre. Alcuni importanti minerali di uranio sono pechblenda (U3O8 impuro), uraninite (UO2), carnotite (un vanadato di uranio di potassio), autunite (un fosfato di uranio di calcio), e torbernite (un fosfato di uranio di rame). Questi e altri minerali di uranio recuperabili, come fonti di combustibili nucleari, contengono molte volte più energia di tutti i depositi recuperabili conosciuti di combustibili fossili. Una libbra di uranio produce tanta energia quanto 1,4 milioni di chilogrammi (3 milioni di libbre) di carbone.

Per ulteriori informazioni sui depositi di minerale di uranio, così come la copertura delle tecniche di estrazione, raffinazione e recupero, vedi lavorazione dell’uranio. Per dati statistici comparativi sulla produzione di uranio, vedi tabella.

L’uranio è un elemento metallico denso e duro di colore bianco argenteo. È duttile, malleabile e capace di prendere una lucidatura elevata. In aria il metallo si appanna e quando è finemente diviso si rompe in fiamme. È un conduttore di elettricità relativamente povero. Anche se scoperto (1789) dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, che lo chiamò come il pianeta Urano scoperto di recente, il metallo stesso fu isolato per la prima volta (1841) dal chimico francese Eugène-Melchior Péligot dalla riduzione del tetracloruro di uranio (UCl4) con il potassio.

La formulazione del sistema periodico da parte del chimico russo Dmitry Mendeleyev nel 1869 focalizzò l’attenzione sull’uranio come elemento chimico più pesante, una posizione che mantenne fino alla scoperta del primo elemento transuranico nettunio nel 1940. Nel 1896 il fisico francese Henri Becquerel scoprì nell’uranio il fenomeno della radioattività, termine usato per la prima volta nel 1898 dai fisici francesi Marie e Pierre Curie. Questa proprietà fu poi trovata in molti altri elementi. Ora si sa che l’uranio, radioattivo in tutti i suoi isotopi, consiste naturalmente in una miscela di uranio-238 (99,27%, 4.510.000.000 anni di emivita), uranio-235 (0,72%, 713.000.000 anni di emivita), e uranio-234 (0,006%, 247.000 anni di emivita). Queste lunghe emivite rendono possibile la determinazione dell’età della Terra misurando le quantità di piombo, il prodotto finale di decadimento dell’uranio, in certe rocce contenenti uranio. L’uranio-238 è il genitore e l’uranio-234 una delle figlie nella serie di decadimento dell’uranio radioattivo; l’uranio-235 è il genitore della serie di decadimento dell’attinio. Vedi anche elemento attinoide.

L’elemento uranio divenne oggetto di intenso studio e di ampio interesse dopo che i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann scoprirono alla fine del 1938 il fenomeno della fissione nucleare nell’uranio bombardato da neutroni lenti. Il fisico americano di origine italiana Enrico Fermi suggerì (all’inizio del 1939) che i neutroni potrebbero essere tra i prodotti di fissione e potrebbero quindi continuare la fissione come una reazione a catena. Il fisico americano di origine ungherese Leo Szilard, il fisico americano Herbert L. Anderson, il chimico francese Frédéric Joliot-Curie e i loro collaboratori confermarono (1939) questa previsione; indagini successive dimostrarono che una media di 21/2 neutroni per atomo vengono rilasciati durante la fissione. Queste scoperte portarono alla prima reazione nucleare a catena autosostenuta (2 dicembre 1942), al primo test della bomba atomica (16 luglio 1945), alla prima bomba atomica lanciata in guerra (6 agosto 1945), al primo sottomarino a propulsione atomica (1955) e al primo generatore elettrico a propulsione nucleare in scala reale (1957).

La fissione avviene con neutroni lenti nell’isotopo relativamente raro dell’uranio-235 (l’unico materiale fissile presente in natura), che deve essere separato dall’abbondante isotopo uranio-238 per i suoi vari usi. L’uranio-238, tuttavia, dopo aver assorbito i neutroni e aver subito il decadimento beta negativo, si trasmuta nell’elemento sintetico plutonio, che è fissile con neutroni lenti. L’uranio naturale, quindi, può essere utilizzato in reattori convertitori e breeder, in cui la fissione è sostenuta dall’uranio-235 raro e il plutonio è prodotto allo stesso tempo dalla trasmutazione dell’uranio-238. L’uranio-233 fissile può essere sintetizzato per essere usato come combustibile nucleare dall’isotopo non fissile torio-232, che è abbondante in natura. L’uranio è anche importante come materiale primario da cui i transuranici sintetici sono stati preparati da reazioni di trasmutazione.

L’uranio, che è fortemente elettropositivo, reagisce con l’acqua; si dissolve in acidi ma non in alcali. Gli stati di ossidazione importanti sono +4 (come nell’ossido UO2, i tetraalidi come UCl4, e lo ione acquoso verde U4+) e +6 (come nell’ossido UO3, l’esafluoruro UF6, e lo ione giallo uranile UO22+). In una soluzione acquosa l’uranio è più stabile come ione uranile, che ha una struttura lineare 2+. L’uranio mostra anche uno stato +3 e uno +5, ma i rispettivi ioni sono instabili. Lo ione rosso U3+ si ossida lentamente anche in acqua che non contiene ossigeno dissolto. Il colore dello ione UO2+ è sconosciuto perché subisce una sproporzione (UO2+ è simultaneamente ridotto a U4+ e ossidato a UO22+) anche in soluzioni molto diluite.

I composti dell’uranio sono stati usati come coloranti per la ceramica. L’esafluoruro di uranio (UF6) è un solido con una pressione di vapore insolitamente alta (115 torr = 0,15 atm = 15.300 Pa) a 25 °C (77 °F). L’UF6 è chimicamente molto reattivo, ma, nonostante la sua natura corrosiva allo stato di vapore, l’UF6 è stato ampiamente utilizzato nei metodi di gas-diffusione e gas-centrifuga per separare l’uranio-235 dall’uranio-238.

I composti organometallici sono un interessante e importante gruppo di composti in cui ci sono legami metallo-carbonio che collegano un metallo a gruppi organici. L’uranocene è un composto organometallico U(C8H8)2, in cui un atomo di uranio è inserito tra due strati di anelli organici legati al ciclooctatetraene C8H8. La sua scoperta nel 1968 ha aperto una nuova area della chimica organometallica.