Sobre o Urânio
O urânio é um metal branco prateado na série dos actinídeos da tabela periódica. O urânio é fracamente radioativo porque todos os isótopos de urânio são instáveis, com meias-vidas variando entre 159.200 anos e 4,5 bilhões de anos. O urânio tem o maior peso atômico dos elementos de ocorrência primordial. A sua densidade é cerca de 70% superior à do chumbo e ligeiramente inferior à do ouro ou do tungsténio. O urânio é comumente encontrado em níveis baixos (alguns ppm – partes por milhão) em todas as rochas, solo, água, plantas e animais (incluindo humanos). O urânio também ocorre na água do mar e pode ser recuperado da água do oceano. Concentrações significativas de urânio ocorrem em algumas substâncias, como uraninita (o minério de urânio mais comum), depósitos de rocha fosfática e outros minerais.
Resumo
Elemento | Urânio |
Número atômico | 92 |
Categoria do elemento | Metal de terras raras |
Fase em STP | Sólido |
Densidade | 19,05 g/cm3 |
Resistência à tração | 390 MPa |
Força de rendimento | 190 MPa |
Módulo de elasticidade de Young | 208 GPa |
Escala de Mohs | 6 |
Dureza Brinell | 2400 MPa |
Dureza Vickers | 1960 MPa |
Ponto de fusão | 1132 °C |
Ponto de ebulição | 4131 °C |
Condutividade térmica | 27 W/mK |
Coeficiente de Expansão Térmica | 13,9 µm/mK |
Calor específico | 0,12 J/gK |
Calor de fusão | 8,52 kJ/mol |
Calor da vaporização | 417 kJ/mol |
Resistividade elétrica [nanoOhm meter] | 280 |
Suscetibilidade Magnética | N/D |
Aplicações do Urânio
O principal uso de urânio no setor civil é para abastecer usinas nucleares. Um quilograma de urânio-235 pode teoricamente produzir cerca de 20 terajoules de energia, assumindo fissão completa; tanta energia quanto 1,5 milhão de quilogramas (1500 toneladas) de carvão. O reator típico pode conter cerca de 100 toneladas de urânio enriquecido (ou seja, cerca de 113 toneladas de dióxido de urânio). Este combustível é carregado, por exemplo, em 157 conjuntos de combustível compostos por mais de 45000 barras de combustível. Um conjunto de combustível comum contém energia para aproximadamente 4 anos de operação em potência máxima. O combustível removido (combustível nuclear gasto) ainda contém cerca de 96% de material reutilizável (deve ser removido devido à diminuição do kinf de um conjunto). Antes (e, ocasionalmente, depois) da descoberta da radioatividade, o urânio era usado principalmente em pequenas quantidades para vidro amarelo e esmaltes de cerâmica, como vidro de urânio. O urânio também é usado pelos militares para alimentar submarinos nucleares e em armas nucleares. Devido à sua alta densidade, este material é encontrado em sistemas de orientação inercial e em bússolas giroscópicas.[10] O urânio empobrecido é preferido em relação aos metais igualmente densos devido à sua capacidade de ser facilmente usinado e fundido, bem como seu custo relativamente baixo. O principal risco de exposição ao urânio empobrecido é o envenenamento químico por óxido de urânio, em vez de radioatividade (o urânio é apenas um emissor alfa fraco). O urânio empobrecido é o urânio que tem muito menos urânio-235 do que o urânio natural. É consideravelmente menos radioativo que o urânio natural. É um metal denso que pode ser usado como lastro para navios e contrapesos para aeronaves. Também é usado em munições e armaduras. O urânio empobrecido também pode ser usado para proteger a radiação. O urânio empobrecido é muito mais eficaz devido ao seu Z mais alto. O urânio empobrecido é usado para blindagem em fontes portáteis de raios gama. O urânio é usado em aços rápidos como agente de liga para melhorar a resistência e a tenacidade. O trióxido de urânio (também chamado de óxido urânico) com fórmula UO3, é um pó amarelo alaranjado e é usado como pigmento para cerâmica. Em copos produz um belo “vidro de urânio” amarelo-esverdeado.
Produção e preço do Urânio
Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do urânio puro estavam em torno de N/A $/kg.
O urânio é comumente encontrado em níveis baixos (alguns ppm – partes por milhão) em todas as rochas, solo, água, plantas e animais (incluindo humanos). O urânio também ocorre na água do mar e pode ser recuperado da água do oceano. Concentrações significativas de urânio ocorrem em algumas substâncias, como uraninita (o minério de urânio mais comum), depósitos de rocha fosfática e outros minerais. O urânio é frequentemente encontrado com cobre, fosfatos e outros minerais; assim, muitas vezes é um co-produto de outras operações de mineração. A produção mundial de urânio em 2015 foi de 60496 toneladas. Cazaquistão, Canadá e Austrália são os três maiores produtores e juntos respondem por 70% da produção mundial de urânio. O urânio é comumente encontrado em níveis baixos (alguns ppm – partes por milhão) em todas as rochas, solo, água, plantas e animais (incluindo humanos). O urânio ocorre também na água do mar, e pode ser recuperado da água do oceano. Mas apenas alguns dos minérios de urânio conhecidos contêm urânio suficiente (superior a 0,1%) para extrair comercialmente. Concentrações significativas de urânio ocorrem em algumas substâncias, como uraninita (o minério de urânio mais comum), depósitos de rocha fosfática e outros minerais.
Fonte: www.luciteria.com
Propriedades Mecânicas do Urânio
Força do Urânio
Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.
Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.
Veja também: Resistência dos Materiais
Resistência à tração final do Urânio
A resistência à tração final do Urânio é de 390 MPa.
Força de rendimento de Urânio
O limite de escoamento do Urânio é de 190 MPa.
Módulo de Elasticidade do Urânio
O módulo de elasticidade de Young do Urânio é 190 MPa.
Dureza do Urânio
Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.
A dureza Brinell do Urânio é de aproximadamente 2400 MPa.
O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.
A dureza Vickers do Urânio é de aproximadamente 1960 MPa.
A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.
O urânio tem uma dureza de aproximadamente 6.
Veja também: Dureza dos Materiais
Urânio – Estrutura Cristalina
Uma possível estrutura cristalina do Urânio é a estrutura ortorrômbica.
Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.
Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais
Estrutura Cristalina de Urânio
Propriedades Térmicas do Urânio
Urânio – Ponto de fusão e ponto de ebulição
O ponto de fusão do urânio é 1132 °C.
O ponto de ebulição do urânio é 4131 °C.
Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.
Urânio – Condutividade Térmica
A condutividade térmica do Urânio é 27 W/(m·K).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
Coeficiente de Expansão Térmica do Urânio
O coeficiente de expansão térmica linear de urânio é 13,9 µm/(m·K).
A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.
Urânio – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização
O calor específico do Urânio é 0,12 J/g K.
A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.
O calor latente de fusão do Urânio é 8,52 kJ/mol.
O calor latente de vaporização do Urânio é 417 kJ/mol.
Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.
Urânio – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética
A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.
Veja também: Propriedades Elétricas
A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.
Veja também: Propriedades Magnéticas
Resistividade elétrica do Urânio
A resistividade elétrica do urânio é 280 nΩ⋅m.
A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o urânio conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.
Suscetibilidade Magnética do Urânio
A suscetibilidade magnética do Urânio é N/A.
No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do urânio em resposta a um campo magnético aplicado.