O Urânio é um metal branco prateado da 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 que ocorrem primordialmente. Sua densidade é cerca de 70% maior que a do chumbo e ligeiramente menor que a do ouro ou do tungstênio. 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.
Prótons e nêutrons no Urânio
O Urânio é um elemento químico com número atômico 92, o que significa que existem 92 prótons em seu núcleo. O número total de prótons no núcleo é chamado de número atômico do átomo e recebe o símbolo Z. A carga elétrica total do núcleo é, portanto, +Ze, onde e (carga elementar) é igual a 1,602 x 10-19 coulombs.
O número total de nêutrons no núcleo de um átomo é chamado de número de nêutrons do átomo e recebe o símbolo N. O número de nêutrons mais o número atômico é igual ao número de massa atômica: N+Z=A. A diferença entre o número de nêutrons e o número atômico é conhecida como excesso de nêutrons: D = N – Z = A – 2Z.
Para elementos estáveis, geralmente há uma variedade de isótopos estáveis. Isótopos são nuclídeos que possuem o mesmo número atômico e, portanto, são o mesmo elemento, mas diferem no número de nêutrons. Números de massa de isótopos típicos de Urânio são 238, 235.
Principais isótopos de Urânio
O Urânio ocorre em 5 isótopos naturais: 233U, 234U, 235U, 236U e 238U. Todos os isótopos são ligeiramente radioativos. O 238U é o isótopo mais comum, tendo uma abundância natural de aproximadamente 99%. Outros isótopos ocorrem apenas em traços.
O urânio-233 é composto de 92 prótons, 141 nêutrons e 92 elétrons.
O urânio-234 é composto de 92 prótons, 142 nêutrons e 92 elétrons.
O urânio-235 é composto de 92 prótons, 143 nêutrons e 92 elétrons.
O urânio-236 é composto de 92 prótons, 144 nêutrons e 92 elétrons.
O urânio-238 é composto de 92 prótons, 146 nêutrons e 92 elétrons.
Isótopos de ocorrência natural
Isótopo |
Abundância |
número de nêutrons |
233 U (instável) |
vestígio |
141 |
234 U (instável) |
0,005% |
142 |
235 U (instável) |
0,720% |
143 |
236 U (instável) |
vestígio |
144 |
238 U (instável) |
99,274% |
144 |
Isótopos Instáveis Típicos
Isótopo |
Meia-vida |
Modo Decaimento |
produtos |
232U |
68,9 a |
fissão espontânea ou decaimento alfa |
– ou 228Th |
233U |
1,592×105 a |
fissão espontânea ou decaimento alfa |
– ou 229Th |
234U |
2,455×105 a |
fissão espontânea ou decaimento alfa |
– ou 230Th |
235U |
7,04×108 a |
fissão espontânea ou decaimento alfa |
– ou 231Th |
236U |
2,342×107 a |
fissão espontânea ou decaimento alfa |
– ou 232Th |
2383U |
4,468×109 a |
decaimento alfa ou fissão espontânea ou decaimento beta duplo |
234Th ou – ou 238Pu |
Elétrons e configuração eletrônica
O número de elétrons em um átomo eletricamente neutro é o mesmo que o número de prótons no núcleo. Portanto, o número de elétrons no átomo neutro de Urânio é 92. Cada elétron é influenciado pelos campos elétricos produzidos pela carga nuclear positiva e os outros (Z – 1) elétrons negativos no átomo.
Como o número de elétrons e seu arranjo são responsáveis pelo comportamento químico dos átomos, o número atômico identifica os vários elementos químicos. A configuração desses elétrons segue os princípios da mecânica quântica. O número de elétrons nas camadas de elétrons de cada elemento, particularmente na camada de valência mais externa, é o fator primário na determinação de seu comportamento de ligação química. Na tabela periódica, os elementos são listados em ordem crescente de número atômico Z.
A configuração eletrônica do Urânio é [Rn] 5f3 6d1 7s2.
Possíveis estados de oxidação são +3,4,5,6.
Composto mais comum de Urânio
O dióxido de urânio é um composto de urânio refratário cerâmico, em muitos casos usado como combustível nuclear. A maioria dos LWRs usa o combustível de urânio, que está na forma de dióxido de urânio (quimicamente UO 2). O dióxido de urânio é um sólido semicondutor preto com condutividade térmica muito baixa. Por outro lado, o dióxido de urânio tem um ponto de fusão muito alto e um comportamento bem conhecido.
Sobre os prótons
Um próton é uma das partículas subatômicas que compõem a matéria. No universo, os prótons são abundantes, constituindo cerca de metade de toda a matéria visível. Tem uma carga elétrica positiva (+1e) e uma massa de repouso igual a 1,67262 × 10−27 kg (938,272 MeV/c2) — ligeiramente mais leve que a do nêutron, mas quase 1.836 vezes maior que a do elétron. O próton tem um raio quadrado médio de cerca de 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, e é um spin – ½ férmion.
Os prótons existem nos núcleos de átomos típicos, junto com suas contrapartes neutras, os nêutrons. Nêutrons e prótons, comumente chamados de núcleons, estão unidos no núcleo atômico, onde representam 99,9% da massa do átomo. A pesquisa em física de partículas de alta energia no século 20 revelou que nem o nêutron nem o próton não são o menor bloco de construção da matéria.
Sobre Neutrons
Um nêutron é uma das partículas subatômicas que compõem a matéria. No universo, os nêutrons são abundantes, constituindo mais da metade de toda a matéria visível. Ele não tem carga elétrica e uma massa de repouso igual a 1,67493 × 10−27 kg – ligeiramente maior que a do próton, mas quase 1,839 vezes maior que a do elétron. O nêutron tem um raio quadrado médio de cerca de 0,8 × 10−15 m, ou 0,8 fm, e é um férmion spin-½.
Os núcleos atômicos consistem em prótons e nêutrons, que se atraem através da força nuclear, enquanto os prótons se repelem através da força elétrica devido à sua carga positiva. Essas duas forças competem, levando a várias estabilidades de núcleos. Existem apenas certas combinações de nêutrons e prótons, que formam núcleos estáveis.
Os nêutrons estabilizam o núcleo, pois atraem uns aos outros e os prótons, o que ajuda a compensar a repulsão elétrica entre os prótons. Como resultado, à medida que o número de prótons aumenta, uma proporção crescente de nêutrons para prótons é necessária para formar um núcleo estável. Se houver muitos ou poucos nêutrons para um determinado número de prótons, o núcleo resultante não é estável e sofre decaimento radioativo. Isótopos instáveis decaem através de vários caminhos de decaimento radioativo, mais comumente decaimento alfa, decaimento beta ou captura de elétrons. Muitos outros tipos raros de decaimento, como fissão espontânea ou emissão de nêutrons, são conhecidos. Deve-se notar que todas essas vias de decaimento podem ser acompanhadas pela subsequente emissão de radiação gama. Decaimentos alfa ou beta puros são muito raros.
Sobre elétrons e configuração de elétrons
A tabela periódica é uma exibição tabular dos elementos químicos organizados com base em seus números atômicos, configurações eletrônicas e propriedades químicas. A configuração eletrônica é a distribuição de elétrons de um átomo ou molécula (ou outra estrutura física) em orbitais atômicos ou moleculares. O conhecimento da configuração eletrônica de diferentes átomos é útil para entender a estrutura da tabela periódica dos elementos.
Todo sólido, líquido, gás e plasma é composto de átomos neutros ou ionizados. As propriedades químicas do átomo são determinadas pelo número de prótons, na verdade, pelo número e disposição dos elétrons. A configuração desses elétrons segue os princípios da mecânica quântica. O número de elétrons nas camadas de elétrons de cada elemento, particularmente na camada de valência mais externa, é o fator primário na determinação de seu comportamento de ligação química. Na tabela periódica, os elementos são listados em ordem crescente de número atômico Z.
É o princípio de exclusão de Pauli que exige que os elétrons de um átomo ocupem diferentes níveis de energia, em vez de todos se condensarem no estado fundamental. A ordenação dos elétrons no estado fundamental de átomos multieletrônicos começa com o estado de energia mais baixo (estado fundamental) e se move progressivamente a partir daí na escala de energia até que cada um dos elétrons do átomo receba um conjunto único de números quânticos. Este fato tem implicações importantes para a construção da tabela periódica dos elementos.
As duas primeiras colunas do lado esquerdo da tabela periódica são onde os subníveis s estão sendo ocupados. Por causa disso, as duas primeiras linhas da tabela periódica são rotuladas como o bloco s. Da mesma forma, o bloco p são as seis colunas mais à direita da tabela periódica, o bloco d são as 10 colunas intermediárias da tabela periódica, enquanto o bloco f é a seção de 14 colunas que normalmente é descrita como separada do corpo principal da tabela periódica. Poderia ser parte do corpo principal, mas então a tabela periódica seria bastante longa e complicada.
Para átomos com muitos elétrons, essa notação pode se tornar extensa e, portanto, uma notação abreviada é usada. A configuração eletrônica pode ser visualizada como os elétrons do núcleo, equivalentes ao gás nobre do período anterior, e os elétrons de valência (por exemplo, [Xe] 6s2 para o bário).
Estados de Oxidação
Os estados de oxidação são tipicamente representados por números inteiros que podem ser positivos, zero ou negativos. A maioria dos elementos tem mais de um estado de oxidação possível. Por exemplo, o carbono tem nove possíveis estados inteiros de oxidação de -4 a +4.
A definição atual do IUPAC Gold Book de estado de oxidação é:
“O estado de oxidação de um átomo é a carga desse átomo após a aproximação iônica de suas ligações heteronucleares…”
e o termo número de oxidação é quase sinônimo. Um elemento que não é combinado com nenhum outro elemento diferente tem um estado de oxidação de 0. O estado de oxidação 0 ocorre para todos os elementos – é simplesmente o elemento em sua forma elementar. Um átomo de um elemento em um composto terá um estado de oxidação positivo se tiver seus elétrons removidos. Da mesma forma, a adição de elétrons resulta em um estado de oxidação negativo. Também distinguimos entre os estados de oxidação possíveis e comuns de cada elemento. Por exemplo, o silício tem nove possíveis estados inteiros de oxidação de -4 a +4, mas apenas -4, 0 e +4 são estados de oxidação comuns.
Resumo
Elemento |
Urânio |
Número de prótons |
92 |
Número de nêutrons (isótopos típicos) |
238, 235 |
Número de elétrons |
92 |
configuração eletrônica |
[Rn] 5f3 6d1 7s2 |
Estados de oxidação |
+3,4,5,6 |
Fonte: www.luciteria.com
Propriedades de outros elementos
Outras propriedades do Urânio