Uranio

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Introduzione

Uranio Elemento metallico radioattivo, di simbolo U e numero atomico 92, usato come combustibile nei reattori nucleari. L'uranio appartiene alla serie degli attinidi della tavola periodica. Fu scoperto nel 1789 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, in un campione di pechblenda, e prende nome dal pianeta Urano. Fu isolato allo stato metallico nel 1841. Le sue proprietà radioattive vennero scoperte nel 1896 dal fisico francese Antoine-Henri Becquerel, durante l'analisi di un'immagine ottenuta per azione dei sali fluorescenti di solfato di uranile di potassio, su una lastra fotografica coperta da un sottile strato di sostanza fotoassorbente. Gli studi sulla radioattività che seguirono l'esperimento di Becquerel portarono alla scoperta del radio e alla definizione di nuovi e fondamentali concetti sulla struttura atomica (vedi Atomo).

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Proprietà chimiche

L'uranio fonde a circa 1132 °C, bolle a 3818 °C, ha densità relativa 19,05 alla temperatura di 25 °C e peso atomico 238,0289. Esiste in tre diverse forme cristalline: in una forma stabile a temperatura ambiente; alla temperatura di 668 °C, in una forma modificata, caratterizzata da una densità leggermente minore e da cristalli tetragonali, duri e fragili. A 774 °C raggiunge la forma cubica a corpo centrato, facilmente lavorabile e plastica, resa stabile mediante l'aggiunta di piccole quantità di molibdeno.

L'uranio è solubile nell'acido cloridrico e nell'acido nitrico, ma insolubile negli alcali; reagisce con gli acidi minerali e con le soluzioni dei sali di mercurio, argento, rame, stagno, platino e oro, 'spostando' l'idrogeno. Se polverizzato, brucia all'aria fra i 150 °C e i 175 °C, e alla temperatura di 1000 °C si combina con l'azoto formando un nitruro di colore giallo.

L'uranio presenta stato di ossidazione 3, 4, 5 e 6; tra i composti esavalenti, più stabili, si trovano il triossido di uranile (UO₃) e il cloruro di uranile (UO₂Cl₂). Il tetracloruro (UCl₄) e il biossido (UO₂) di uranio sono esempi di composti tetrapositivi, o uranosi. I composti di uranio sono generalmente instabili e, se esposti all'aria per lungo tempo, ritornano allo stato esapositivo. I sali di uranio, come il cloruro, si decompongono in presenza di luce forte e sostanze organiche.

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Diffusione

In natura l'uranio non si trova allo stato puro, ma solo sotto forma di ossido o sale complesso, in minerali come la pechblenda e la carnotite. L'uranio puro è costituito per più del 99% dall'isotopo 238, per meno dell'1% dall'isotopo fissile uranio 235 e da tracce di uranio 234, prodotto dal decadimento radioattivo dell'uranio 238. Tra gli isotopi prodotti artificialmente vi sono l'uranio 233, l'uranio 237 e l'uranio 239. Si conoscono anche isotopi con massa variabile fra 222 e 242.

I minerali di uranio sono presenti in tutto il mondo; in particolare, depositi di pechblenda, il minerale più ricco di uranio, si trovano principalmente in Canada, Repubblica democratica del Congo e Stati Uniti. La maggior parte dell'uranio degli Stati Uniti deriva dalla carnotite presente in Colorado, Utah, New Mexico, Arizona e Wyoming. Un minerale detto coffinite, scoperto nel 1955 in Colorado, contiene fino al 61% di uranio. Depositi di coffinite si trovano in Wyoming e Arizona.

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Estrazione

Il metodo classico di estrazione dell'uranio prevede che la pechblenda venga triturata e mescolata con acido solforico e nitrico. L'uranio si scioglie e forma il solfato di uranile (UO₂SO₄), mentre il radio e gli altri metalli del minerale vengono precipitati come solfati. Aggiungendo idrossido di sodio, si precipita il diuranato di sodio (Na₂U₂O₇ · 6H₂O), noto anche come ossido giallo di uranio. Per ottenere l'uranio dalla carnotite, il minerale viene finemente polverizzato e mescolato con soda e potassa calde, che sciolgono l'uranio, il radio e il vanadio. Dopo aver eliminato le sabbie inutili, il composto viene trattato con acido solforico e cloruro di bario. Una soluzione caustica e alcalina aggiunta al liquido precipita l'uranio e il radio in forma concentrata. Questi metodi classici di estrazione dell'uranio dai suoi minerali sono stati sostituiti da procedure più rapide, che prevedono l'impiego di solventi, lo scambio ionico e diverse tecniche che sfruttano la volatilità. Per i metodi di produzione dell'uranio-233, si veda la voce torio.