Uraniul este cunoscut de omenire cel puțin din anul 79 d.Hr., când a fost utilizat în industria ceramică (sub formă de oxid natural) în mai multe părți ale Europei. Elementul chimic a fost descoperit în mod oficial abia în 1789, când Martin Heinrich Klaproth, un chimist german, a dat peste o substanță ciudată și necunoscută (oxid de uraniu) în timpul unui experiment. Lui Klaproth i se atribuie, de asemenea, descoperirea zirconiului, a ceriului și a telurului.
Uraniul este un mineral natural care se găsește în cantități mici în sol, în apă și în roci și este, în general, extras din mineralul uraninit pentru utilizare comercială.
A intrat în lumina reflectoarelor pe scena mondială pentru prima dată în anii 1930, când o echipă de cercetători condusă de fizicianul Enrico Fermi și apoi de Otto Hahn-Fritz Strassmann a descoperit capacitatea uraniului de a se descompune (fisiune) în elemente mai ușoare.
Ulterior, au fost descoperiți doi dintre izotopii fundamentali ai uraniului: uraniul-235 și uraniul-238. Aceste descoperiri au permis diferitelor națiuni să dezvolte arme nucleare. Restul este istorie. Mai jos, am adunat câteva dintre cele mai interesante fapte despre uraniu pe care poate nu le știați.
Proprietăți fizice
- Densitate: 19,1 g/cm3
- Număr atomic: 92
- Punct de topire: 1132 °C sau 1405 K
- Punct de fierbere: 4131 °C sau 4404 K
15. Nu există o lipsă de uraniu ca sursă de energie
Un studiu realizat de cercetătorii de la MIT în 2010 a arătat că există mai mult decât suficiente rezerve de uraniu pentru energia nucleară din lume pentru un viitor previzibil. În prezent, toate reactoarele nucleare folosesc uraniu, precum și plutoniu pentru acest proces.
Este interesant de remarcat faptul că majoritatea plutoniului utilizat este de fapt fabricat din izotopi de uraniu, deoarece plutoniul este disponibil doar în cantități mici în natură.
14. Primul reactor nuclear din istorie
După ce a descoperit cu succes capacitatea de fisiune a uraniului, o altă echipă condusă de Enrico Fermi, de data aceasta în cadrul Proiectului Manhattan, a început să lucreze la primul reactor nuclear din lume, denumit Chicago Pile-1 (CP-1). La 2 decembrie 1942, echipa a reușit să inițieze în CP-1 prima reacție nucleară în lanț care s-a autoîntreținut.
Planul lor inițial era de a utiliza uraniu îmbogățit 235 ca și combustibil, dar a fost abandonat din cauza lipsei acestuia la acea vreme. În schimb, reactorul a fost alimentat cu 45 de tone de oxid de uraniu și 5,4 tone de uraniu metalic. Aproximativ 360 de tone de granit au fost folosite ca moderator de neutroni. Spre deosebire de multe reactoare nucleare contemporane, CP-1 nu avea un sistem de răcire.
13. Uraniul este mult mai important decât credeți
Dezintegrarea toriului, a uraniului și a potasiului-40 este principala sursă de căldură în apropierea mantalei Pământului, care determină convecția critică a mantalei și menține lichidul exterior în opoziție cu nucleul interior solid. Această căldură joacă, de asemenea, un rol important în tectonica plăcilor.
În plus, timpul de înjumătățire lung al uraniului-238 (4,51×109 ani) îl face perfect pentru toate tipurile de studii radiometrice (datare cu radiocarbon), și anume datarea cu uraniu-uraniu, uraniu-toriu și uraniu-plumb. De asemenea, este utilizat pentru producerea de raze X de înaltă energie.
12. Este cel mai greu element natural cunoscut în natură
Greutatea unui element poate fi definită în două moduri; în funcție de greutatea sa atomică și în funcție de densitatea sa. Cu 92 de protoni în nucleul său și o greutate atomică de aproximativ 238,0289, uraniul este cel mai greu element natural de pe Pământ.
Cel mai greu element sintetic cunoscut până în prezent este ununoctium sau oganesson (număr atomic 118). Pe de altă parte, cel mai greu element din punct de vedere al densității este osmiul (22,59 g/cm3).
11. Uraniul este extrem de instabil
Toți izotopii uraniului sunt foarte instabili și acest lucru se datorează în principal dimensiunii sale. Tom Zoellner în cartea sa Uraniu: War, Energy, and the Rock a descris uraniul cam așa: “Un atom de uraniu este atât de supraîncărcat încât a început să se desprindă de bucăți din el însuși, așa cum un om iluzoriu și-ar putea rupe hainele”.
10. Uraniul a fost izolat pentru prima dată în 1841
Placa lui Becquerel care a fost încețoșată de radiațiile provenite de la sarea de uraniu.
Prima persoană care a izolat uraniul a fost Eugène Péligot, profesor de chimie la Conservatorul Național de Arte și Meserii (Conservatoire National des Arts et Métiers) din Paris.
Péligot a reușit să demonstreze cu succes că misteriosul praf negru descoperit de Martin Heinrich Klaproth nu era o substanță pură, ci un oxid de uraniu (UO2). El a făcut acest lucru prin tratarea tetraclorurii de uraniu (pulberea neagră) cu potasiu.
Apoi, în 1896, fizicianul Henri Becquerel a scos la iveală proprietățile radioactive ale uraniului, împreună cu radioactivitatea însăși. Pentru a face acest lucru, el a folosit mai multe materiale fosforescente care strălucesc în întuneric după ce sunt expuse la lumină.
El a acoperit o placă fotografică cu hârtie neagră și a plasat diferite săruri fosforescente una câte una. El a emis ipoteza că strălucirea produsă de razele X în CRT-uri (catode ray tunes) s-ar putea datora fosforescenței.
Citește și: Oamenii de știință extrag 5 grame de uraniu din apa de mare
Rezultatele au fost neașteptate, deoarece sarea de uraniu a fost singura substanță care a provocat o înnegrirea semnificativă a plăcii. Studiul a arătat clar că fosforescența nu se afla în spatele încețoșării plăcii (sărurile de uraniu nu sunt fosforescente) și că exista o formă de radiație invizibilă care pătrundea în hârtia neagră și o făcea să arate ca atunci când placa era expusă la lumină.
9. Reactorul de fisiune nucleară propriu naturii
În 1972, Francis Perrin a descoperit mai mult de o duzină de reactoare nucleare naturale străvechi situate în trei depozite de minereu separate la mina Oklo din Gabon (o națiune de pe coasta de vest a Africii Centrale). Aceste reactoare de fisiune sunt inactive. Studiile ulterioare au arătat că acestea au o vechime de aproape 2 miliarde de ani, vârste anterioare construirii primului reactor nuclear creat de om.
Poate că vă întrebați cum este posibil așa ceva? Ei bine, pentru a înțelege acest lucru, trebuie să știți mai întâi că uraniul 235, care reprezintă doar aproximativ 0,72% din uraniul natural de astăzi, poate susține o reacție de fisiune în lanț, spre deosebire de uraniul 238. De asemenea, se dezintegrează cu o viteză mult mai mare decât uraniul-238. Acest lucru înseamnă că uraniul-235 s-a epuizat mult mai mult decât uraniul-238 de când s-a născut Pământul.
Dacă facem o proiecție retrospectivă (acum 2 miliarde de ani), în minereul de uraniu ar fi fost prezent aproximativ 3%-3,6% uraniu-235, ceea ce ar fi fost suficient pentru a susține o reacție nucleară de fisiune în lanț. Deci, teoretic, este viabilă existența unui reactor nuclear natural antic.
Informații scurte și rapide
8. Pe lângă faptul că este folosit ca și combustibil nuclear, uraniul sărăcit este utilizat și în muniția de perforare a blindajelor de înaltă densitate. Un proiectil perforant pentru blindaj este un tip de muniție special conceput pentru a penetra ochelarii, mașinile, tancurile și chiar navele de război blindate.
Teoretic, un kilogram de uraniu 235 ar putea produce ~80 terajouli de energie. Ar fi nevoie de peste 3000 de tone de cărbune pentru a genera aceeași cantitate de energie.
Penetranți de înaltă densitate cu uraniu sărăcit de calitate militară
7. În 2017, producția globală de uraniu s-a situat la 59 531 de tone, ușor mai puțin decât nivelurile din 2015 și 2016. Kazahstanul este cel mai mare producător de uraniu din lume, urmat de Canada, Australia, Niger, Rusia și Namibia. Statele Unite se află în prezent pe poziția a noua, fiind responsabile pentru aproximativ 2% din producția anuală de uraniu la nivel mondial.
6. Australia deține cele mai mari rezerve de minereu de uraniu din lume, aproximativ 29% (în 2015). Mina Olympic Dam din Australia de Sud este cel mai mare zăcământ de uraniu cunoscut. O altă rezervă semnificativă de uraniu se află în Bakouma, o subprefectură din Republica Centrafricană (Africa Centrală). Rezervele de uraniu reprezintă pur și simplu uraniul recuperabil, indiferent de izotopul său.
5. După extracție, minereurile de uraniu sunt în general concasate în bucăți regulate și apoi tratate prin leșiere chimică pentru a extrage uraniul. Produsul rezultat este un material sub formă de pulbere uscată cunoscut sub numele de U3O8 și este comercializat sub denumirea de “yellowcake”.
4. Minerii de uraniu sunt mai susceptibili de a dezvolta cancer pulmonar și alte probleme de sănătate pe termen lung decât o persoană obișnuită. Un studiu bine documentat, efectuat între anii 1969-1993, a arătat că mineritul de uraniu a fost cel mai important factor care a dus la apariția cancerului pulmonar în rândul populației Navajo (tribul) (după ce mineritul de uraniu a fost oprit în Navajo Nation).
Citește: Cercetătorii descoperă noi compuși de uraniu cu proprietăți unice
3. Problemele de sănătate asociate cu acest element se datorează mai degrabă toxicității sale ridicate decât radioactivității, deoarece uraniul este slab radioactiv (particulele alfa emise de uraniu nu pot pătrunde în pielea umană).
Cu toate acestea, ingestia directă a substanței poate provoca leziuni grave la nivelul mai multor organe, cancer și tulburări neurologice pe termen lung. În timp ce ingestia unor cantități mari de uraniu este cu siguranță mortală, rinichii pot face față unei expuneri reduse la uraniu.
2. Densitatea uraniului (19,1 g/cm3) este cu aproximativ 70% mai mare decât cea a plumbului și puțin mai mică decât cea a aurului și a wolframului, deși are a doua cea mai mare greutate dintre elementele naturale.
Metoda de asamblare a “pistolului” Little Boy. O explozie nucleară are loc atunci când proiectilul gol de uraniu lovește cilindrul-țintă
1. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, armata americană a dezvoltat două tipuri de bombe nucleare. Primul a fost “Little Boy”, un dispozitiv pe bază de uraniu care a fost detonat deasupra orașului Hiroshima. Al doilea dispozitiv nuclear a fost supranumit “Fat Man”, o armă nucleară de tip implozie cu miez de plutoniu (plutoniul său era derivat din uraniu-235). “Omul gras” a fost aruncat asupra orașului Nagasaki la 9 august 1945.