Uranium (U), élément chimique radioactif de la série des actinoïdes du tableau périodique, numéro atomique 92. Il s'agit d'un combustible nucléaire important.
élément actinoïde
les membres du groupe, y compris l'uranium (le plus familier), se produisent naturellement, la plupart sont artificiels. L'uranium et le plutonium ont tous deux été utilisés
L'uranium constitue environ deux parties par million de croûte terrestre. Certains minéraux uranifères importants sont la pitchblende (U 3 O 8 impur), l'uraninite (UO 2), la carnotite (un vanadate d'uranium potassique), l'autunite (un phosphate d'uranium calcium) et la torbernite (un phosphate d'uranium cuivre). Ces minerais d'uranium récupérables et d'autres, en tant que sources de combustibles nucléaires, contiennent beaucoup plus d'énergie que tous les gisements récupérables connus de combustibles fossiles. Une livre d'uranium produit autant d'énergie que 1,4 million de kilogrammes (3 millions de livres) de charbon.
Pour plus d'informations sur les gisements de minerai d'uranium, ainsi que la couverture des techniques d'extraction, de raffinage et de récupération, voir Traitement de l'uranium. Pour des données statistiques comparatives sur la production d'uranium, voir le tableau.
Uranium
| pays | production minière 2013 (tonnes métriques) | % de la production minière mondiale |
|---|---|---|
| *Estimation. | ||
| Source: World Nuclear Association, World Uranium Mining Production (2014). | ||
| Kazakhstan | 22 574 | 37,9 |
| Canada | 9,332 | 15,6 |
| Australie | 6 350 | 10,6 |
| Niger* | 4,528 | 7.6 |
| Namibie | 4 315 | 7.2 |
| Russie | 3 135 | 5.3 |
| Ouzbékistan * | 2 400 | 4,0 |
| États Unis | 1 835 | 3.1 |
| Chine* | 1 450 | 2.4 |
| Malawi | 1 132 | 1,9 |
| Ukraine | 1 075 | 1,9 |
| Afrique du Sud | 540 | 0,9 |
| Inde* | 400 | 0,7 |
| République Tchèque | 225 | 0,4 |
| Brésil | 198 | 0,3 |
| Roumanie* | 80 | 0,1 |
| Pakistan* | 41 | 0,1 |
| Allemagne | 27 | 0,0 |
| total mondial | 59 637 | 100 |
L'uranium est un élément métallique dense et dur qui est de couleur blanc argenté. Il est ductile, malléable et capable de prendre un polissage élevé. Dans l'air, le métal ternit et, lorsqu'il est finement divisé, se brise en flammes. C'est un conducteur d'électricité relativement pauvre. Bien que découvert (1789) par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth, qui l'a nommé d'après la planète Uranus alors récemment découverte, le métal lui-même a été isolé pour la première fois (1841) par le chimiste français Eugène-Melchior Péligot par la réduction du tétrachlorure d'uranium (UCl 4) avec potassium.
La formulation du système périodique par le chimiste russe Dmitry Mendeleyev en 1869 a attiré l'attention sur l'uranium en tant qu'élément chimique le plus lourd, une position qu'il a tenue jusqu'à la découverte du premier élément transuranium, le neptunium en 1940. En 1896, le physicien français Henri Becquerel a découvert dans l'uranium le phénomène de radioactivité, terme utilisé pour la première fois en 1898 par les physiciens français Marie et Pierre Curie. Cette propriété a été retrouvée plus tard dans de nombreux autres éléments. On sait maintenant que l'uranium, radioactif dans tous ses isotopes, se compose naturellement d'un mélange d'uranium 238 (99,27%, demi-vie de 4 510 000 000 ans), d'uranium 235 (0,72%, demi-vie de 713 000 000 ans), et uranium-234 (0,006%, demi-vie de 247 000 ans). Ces longues demi-vies permettent de déterminer l'âge de la Terre en mesurant les quantités de plomb, ultime produit de désintégration de l'uranium, dans certaines roches contenant de l'uranium. L'uranium-238 est le parent et l'uranium-234 l'une des filles de la série de la désintégration de l'uranium radioactif; l'uranium 235 est le parent de la série des désintégrations d'actinium. Voir aussi élément actinoïde.
L'élément uranium est devenu l'objet d'une étude intense et d'un large intérêt après que les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann ont découvert à la fin de 1938 le phénomène de fission nucléaire dans l'uranium bombardé par des neutrons lents. Le physicien américain d'origine italienne Enrico Fermi a suggéré (début 1939) que les neutrons pourraient être parmi les produits de fission et pourraient ainsi continuer la fission en tant que réaction en chaîne. Le physicien américain d'origine hongroise Leo Szilard, le physicien américain Herbert L. Anderson, le chimiste français Frédéric Joliot-Curie et leurs collègues ont confirmé (1939) cette prédiction; enquête ultérieure a montré que la moyenne des 2 une / deux neutrons par atome sont libérés lors de la fission. Ces découvertes ont conduit à la première réaction en chaîne nucléaire autonome (2 décembre 1942), au premier essai de bombe atomique (16 juillet 1945), à la première bombe atomique larguée pendant la guerre (6 août 1945), la première à propulsion atomique sous-marin (1955) et le premier générateur électrique à propulsion nucléaire à grande échelle (1957).
La fission se produit avec des neutrons lents dans l'isotope uranium-235 (la seule matière fissile naturelle) relativement rare, qui doit être séparé de l'uranium isotope 238 abondant pour ses diverses utilisations. L'uranium 238, cependant, après avoir absorbé des neutrons et subi une désintégration bêta négative, est transmuté en élément synthétique plutonium, qui est fissile avec des neutrons lents. L'uranium naturel peut donc être utilisé dans les réacteurs convertisseurs et surgénérateurs, dans lesquels la fission est entretenue par le rare uranium 235 et le plutonium est fabriqué en même temps par transmutation de l'uranium 238. L'uranium 233 fissile peut être synthétisé pour être utilisé comme combustible nucléaire à partir de l'isotope du thorium non fissile thorium 232, qui est abondant dans la nature. L'uranium est également important en tant que matériau principal à partir duquel les éléments synthétiques de transuranium ont été préparés par des réactions de transmutation.
L'uranium, qui est fortement électropositif, réagit avec l'eau; il se dissout dans les acides mais pas dans les alcalis. Les états d'oxydation importants sont +4 (comme dans l'oxyde UO 2, les tétrahalogénures tels que UCl 4 et l'ion aqueux vert U 4 +) et +6 (comme dans l'oxyde UO 3, l'hexafluorure UF 6 et l'uranyle jaune ion UO 2 2+). Dans une solution aqueuse, l'uranium est plus stable que l'ion uranyle, qui a une structure linéaire [O = U = O] 2+. L'uranium présente également un état +3 et +5, mais les ions respectifs sont instables. L' ion rouge U 3+ s'oxyde lentement même dans l'eau qui ne contient pas d'oxygène dissous. La couleur de l' ion UO 2 + est inconnue car il subit une disproportionation (UO 2 + est simultanément réduit en U 4 + et oxydé en UO 2 2+) même dans des solutions très diluées.
Les composés d'uranium ont été utilisés comme colorants pour la céramique. L'hexafluorure d'uranium (UF 6) est un solide avec une pression de vapeur inhabituellement élevée (115 torr = 0,15 atm = 15 300 Pa) à 25 ° C (77 ° F). L'UF 6 est chimiquement très réactif, mais, malgré sa nature corrosive à l'état de vapeur, l'UF 6 a été largement utilisé dans les méthodes de diffusion de gaz et de centrifugation pour séparer l'uranium 235 de l'uranium 238.
Les composés organométalliques sont un groupe intéressant et important de composés dans lesquels il existe des liaisons métal-carbone reliant un métal à des groupes organiques. L'uranocène est un composé organouranique U (C 8 H 8) 2, dans lequel un atome d'uranium est pris en sandwich entre deux couches cycliques organiques liées au cyclooctatétraène C 8 H 8. Sa découverte en 1968 a ouvert un nouveau domaine de la chimie organométallique.
Propriétés des éléments
| numéro atomique | 92 |
|---|---|
| poids atomique | 238.03 |
| point de fusion | 1132,3 ° C (2070,1 ° F) |
| point d'ébullition | 3818 ° C (6904 ° F) |
| gravité spécifique | 19.05 |
| états d'oxydation | +3, +4, +5, +6 |
| configuration électronique de l'état atomique gazeux | [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 |
