Uranio

Símbolo: U
Clasificación: Metales de transición Grupo 3 Actínidos Tierras raras Serie de elementos Actínidos

Número Atómico: 92
Masa Atómica: 238,029
Número de protones/electrones: 92
Número de neutrones (Isótopo 238-U): 146
Estructura electrónica: [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Números de oxidación: +3, +4, +5, +6

Electronegatividad: 1,38
Energía de ionización (kJ.mol^-1): 584
Afinidad electrónica (kJ.mol^-1):
Radio atómico (pm): 138
Radio iónico (pm) (carga del ion): 103(+3), 97(+4), 89(+5), 80(+6)

Entalpía de fusión (kJ.mol^-1): 15,5
Entalpía de vaporización (kJ.mol^-1): 422,6

Punto de Fusión (ºC): 1135
Punto de Ebullición (ºC): 4131
Densidad (kg/m³): 18950; (20 ºC)
Volumen atómico (cm³/mol): 12,56
Estructura cristalina: Ortorrómbica
Color: Plateado

Propiedades comparadas

Isótopos: Veinticinco isótopos, todos son radiactivos. El uranio natural contiene, en peso, 0,0055% de 234-U (245500 años), 0,7200% de 235-U (7,038x10⁸ años) y 99,2745% de 238-U (4,468x10⁹ años). El porcentaje en peso del 235-U varía de unas fuentes a otras, llegando a ser del 1% en algunas. Estos isótopos reciben otros nombres: 234-U es el "uranio II"; 235-U es el "actinouranio" y 238-U es el "uranio I". Otros isótopos de período de semidesintegración grande son: 233-U (159200 años), 236-U (2,342x10^-7 años). El de menor período de semidesintegración es 222-U (1 microsegundo).

Descubierto en: 1789
Descubierto por: M.H. Klaproth
Fuentes: Minerales: pechblenda (UO₂), uraninita (UO₂), carnotita ((K,Na,Ca,Cu,Pb)₂[(VO₄)(UO₂)].3H₂O).
Usos: Combustible de reactores nucleares y armas nucleares. Vidrios de color.

Curiosidades sobre el elemento: Se ha encontrado vidrio de color amarillo, que contiene más de 1% de óxido de uranio y datado en el 79 a.C. cerca de Nápoles (Italia).
En 1789, Klaproth reconoció un elemento desconocido hasta entonces en la pechblenda e intentó aislarlo. Parece ser que fue aislado por primera vez en 1841 por E. Peligot, mediante reducción del cloruro anhidro con potasio.
Es el elemento natural más pesado existente en la Tierra; los que le siguen son todos artificiales: son los transuránidos.
No es un metal raro, es más abundante que mercurio, antimonio, plata, cadmio, molibdeno o arsénico: representa el 2,7x10^-4% en peso de la corteza. Se presenta en numerosos minerales: pechblenda, uraninita, carnotita, autunita (Ca[(PO₄)(UO₂)]₂.8H₂O), uranofana o uranotilo (CaU₂[SiO₄(OH)₃]₂.4H₂O) y torbernita (Cu[(PO₄)(UO₂)]₂.8H₂O). También se encuentra en fosfatos, lignito, arenas de monacita (CePO₄ con Y, Th, La,...), de las que puede obtenerse comercialmente. Al ser un elemento de gran importancia económica las reservas se incrementan al descubriese nuevas fuentes.
El uranio se prepara reduciendo haluros con metales alcalinos o alcalinotérreos o por reducción de los óxidos con calcio, aluminio o carbono a altas temperaturas. También se produce por electrólisis de KUF₅ o UF₄ disuelto en una mezcla fundida de CaCl₂ y NaCl. Uranio de alta pureza puede prepararse por descomposición térmica de haluros o del hidruro (UH₃) con un filamento.
Es un metal pesado, muy denso, blanco plateado, es un poco más blando que el acero, es dúctil, maleable y ligeramente paramagnético. Externamente se parece al hierro. En el aire se recubre de una capa de óxido. Finamente dividido se inflama, y es atacado por el agua fría. Por encima de 700ºC arde formando U₃O₈ (mezcla de los óxidos U₂O₅ y UO₃). Los ácidos disuelven el metal, pero los álcalis no lo atacan. A 1000ºC reacciona con el N₂ para dar el nitruro marrón (U₃N₄). A 3000ºC reacciona con el H₂ para dar el hidruro negro (UH₃), el cual se descompone al calentarlo proporcionando uranio finamente dividido.
Presenta tres modificaciones: a-U (ortorrómbica) hasta 688ºC; a esta temperatura cambia a b-U (tetragonal), el cual pasa a g-U (cúbica centrada en el cuerpo) a 774ºC.
El uranio natural (mezcla de 238-U, 235-U y 234-U) es lo suficientemente radiactivo como para velar una placa fotográfica en una hora. Se piensa que la mayor parte del calor interno de la Tierra se debe al uranio y al torio. El 238-U (4,51x10⁹ años) se ha usado para estimar la edad de las rocas ígneas. Es el elemento de mayor masa atómica que existe en la Naturaleza, pues sólo hay trazas de neptunio o plutonio. El origen del uranio no esta claro; sin embargo, se puede presuponer que es el producto de desintegración de elementos de mayor masa atómica, que puede que hayan estado presentes alguna vez en la Tierra o en otros lugares del Universo. Estos elementos que han originado el uranio pueden haberse formado como resultado del "big bang", en una supernova o en algún otro proceso estelar.
El 238-U es el elemento cabecera de la serie radiactiva de desintegración natural del uranio-radio; la serie comienza en 238-U y termina en 206-Pb (estable), después de ocho emisiones alfa y seis beta:
238-U --(alfa)--> 234-Th --(beta)--> 234-Pa --(beta)--> 234-U --(alfa)--> 230-Th --(alfa)-->226-Ra --(alfa)--> 222-Rn --(alfa)--> 218-Po ---(alfa (más probable) o beta)-->214-Pb o 218-At, respectivamente; el 214-Pb --(beta)--> 214-Bi; el 218-At --(alfa)--> 214-Bi; el 214-Bi --(alfa o beta (más probable))--> 210-Tl o 214-Po, respectivamente; el 210-Tl --(beta)--> 210-Pb; el 214-Po --(alfa)--> 210-Pb: el 210-Pb --(beta)--> 210-Bi --(alfa o beta (más probable))--> 206-Tl o 210-Po, respectivamente; 206-Tl --(beta)--> 206-Pb; 210-Po --(alfa)--> 206-Pb.
El 235-U es el elemento cabecera de la serie radiactiva de desintegración natural del uranio-actinio; la serie comienza en 235-U y termina en 207-Pb (estable) después de siete emisiones alfa y cuatro beta:
235-U --(alfa)--> 231-Th --(beta)--> 231-Pa --(alfa)--> 227-Ac --(alfa o beta (más probable))--> 223-Fr o 227-Th, respectivamente; el 223-Fr --(beta)--> 223-Ra y el 227-Th --(alfa)--> 223-Ra; el 223-Ra --(alfa)--> 219-Rn --(alfa)--> 215-Po --(alfa (más probable) o beta)--> 211-Pb o 215-At, respectivamente; el 211-Pb --(beta)--> 211-Bi y el 215-At --(alfa)--> 211-Bi; el 211-Bi --(alfa o beta (más probable))--> 207-Tl o 211-Po, respectivamente; el 207-Tl --(beta)--> 207-Pb y el 211-Po --(alfa)--> 207-Pb.
El uso principal de uranio es como combustible nuclear.
El 235-U (fisionable) es el que tiene mayor importancia. Aunque sólo se encuentra en el uranio natural en un 0,71%, se fisiona con neutrones lentos que automantienen la reacción de fisión en cadena, con lo que puede construirse un reactor con uranio natural y moderador apropiado (agua pesada, grafito) para rebajar la energía de los neutrones sin absorberlos. El uranio natural como U₃O₈ ligeramente enriquecido con 235-U se usa como combustible en los reactores para producir energía eléctrica.
En lugar del uranio natural, puede concentrarse el 235-U por difusión gaseosa u otros procesos físicos y usarse directamente como combustible nuclear o como explosivo.
El 238-U (no es fisionable) puede convertirse en plutonio fisionable según los siguientes procesos:

238-U(n,g) ---> 239-U -(b)--> 239-Np --(b)--> 239-Pu

. Este proceso nuclear de conversión puede llevarse a cabo en los reactores generadores donde es posible producir más material fisionable del que se partió.
El torio natural puede irradiarse con neutrones para producir el isótopo 233-U según el esquema siguiente: 232-Th(n, gamma)--> 233-Th --(beta)--> 233-Pa --(beta)--> 233-U. Mientras que el torio no es fisionable, el 233-U si lo es, y puede usarse como combustible nuclear.
Un kilogramo de uranio completamente fisionado equivale a unas 3300 toneladas de carbón. En los países industrializados, la electricidad obtenida por este método no supera el 10% del total.
El uranio tiene otras aplicaciones: basándose en la serie natural de desintegración del 238-U a 206-Pb se puede determinar la edad de los minerales que contienen uranio y se ha determinado la edad de la Tierra y del sistema solar. Disminuyendo su cantidad de 235-U a un 0,2% o menos se emplea en la construcción de guías inerciales, giróscopos, contrapesos en aviones, lastre en vehículos de reentrada en la atmósfera, blindaje, cabezas de bombas. Se puede usar como blanco de rayos X para producir rayos X de alta energía.
El nitrato se ha usado como toner fotográfico (los cristales de nitrato de uranio presentan triboluminiscencia (luminiscencia provocada por un choque)) y el acetato en química analítica.
Las sales de uranio se han usado para la producción de vidrios y esmaltes amarillos, naranjas y negros.
El uranio y sus compuestos son muy tóxicos, tanto desde el punto de vista químico como radiológico, aparte de la posibilidad de inflamarse estando finamente dividido y producir quemaduras:
La máxima cantidad permitida (por su toxicidad química) de compuestos de uranio solubles (en agua) en el aire es de 0,05 mg/m³ y de 0,25 mg/m³ si son insolubles. La máxima cantidad total permitida de uranio natural en el cuerpo (basado en su radiotoxicidad) para compuestos solubles es de 0,2 microcurios y 0,009 microcurios para los insolubles. Por último, la presencia de uranio en muchos suelos (graníticos sobre todo) preocupa a los habitantes de los mismos, pues produce radón y sus hijos que se acumulan en las viviendas.