Uranio

El uranio es un elemento químico con el símbolo U y número atómico 92. Es un metal gris plateado en la serie de actínidos de la tabla periódica. Un átomo de uranio tiene 92 protones y 92 electrones, de los cuales 6 son electrones de valencia. El uranio es débilmente radiactivo porque todos los isótopos de uranio son inestables; las vidas medias de sus isótopos naturales oscilan entre 159.200 años y 4.500 millones de años. Los isótopos más comunes en el uranio natural son el uranio-238 (que tiene 146 neutrones y representa más del 99% del uranio en la Tierra) y el uranio-235 (que tiene 143 neutrones). El uranio tiene el peso atómico más alto de los elementos primordiales. Su densidad es aproximadamente un 70% superior a la del plomo y ligeramente inferior a la del oro o el tungsteno. Ocurre naturalmente en bajas concentraciones de unas pocas partes por millón en el suelo, las rocas y el agua.

En la naturaleza, el uranio se encuentra como uranio-238 (99,2739–99,2752 %), uranio-235 (0,7198–0,7202 %) y una cantidad muy pequeña de uranio-234 (0,0050–0,0059 %). El uranio se desintegra lentamente emitiendo una partícula alfa. La vida media del uranio-238 es de unos 4470 millones de años y la del uranio-235 es de 704 millones de años, lo que los hace útiles para datar la edad de la Tierra.

Muchos usos contemporáneos del uranio explotan sus propiedades nucleares únicas. El uranio-235 es el único isótopo fisionable natural, lo que hace que se utilice ampliamente en plantas de energía nuclear y armas nucleares. Sin embargo, debido a las diminutas cantidades que se encuentran en la naturaleza, el uranio debe enriquecerse para que haya suficiente uranio-235 presente. El uranio-238 es fisionable por neutrones rápidos y es fértil, lo que significa que puede transmutarse en plutonio-239 fisionable en un reactor nuclear. Otro isótopo fisionable, el uranio-233, se puede producir a partir del torio natural y se estudia para su futuro uso industrial en la tecnología nuclear.El uranio-238 tiene una pequeña probabilidad de fisión espontánea o incluso de fisión inducida con neutrones rápidos; el uranio-235 y, en menor grado, el uranio-233 tienen una sección transversal de fisión mucho mayor para los neutrones lentos. En concentración suficiente, estos isótopos mantienen una reacción nuclear en cadena sostenida. Esto genera el calor en los reactores de energía nuclear y produce el material fisionable para las armas nucleares. El uranio empobrecido (U) se utiliza en penetradores de energía cinética y blindaje. El uranio se usa como colorante en el vidrio de uranio, produciendo colores de amarillo limón a verde. El vidrio de uranio emite una fluorescencia verde en luz ultravioleta. También se utilizó para teñir y sombrear en las primeras fotografías.

El descubrimiento de uranio en el mineral pechblenda en 1789 se atribuye a Martin Heinrich Klaproth, quien nombró al nuevo elemento en honor al planeta Urano recientemente descubierto. Eugène-Melchior Péligot fue la primera persona en aislar el metal y sus propiedades radiactivas fueron descubiertas en 1896 por Henri Becquerel. La investigación de Otto Hahn, Lise Meitner, Enrico Fermi y otros, como J. Robert Oppenheimer a partir de 1934, condujo a su uso como combustible en la industria de la energía nuclear y en Little Boy., la primera arma nuclear utilizada en la guerra. Una carrera armamentista subsiguiente durante la Guerra Fría entre los Estados Unidos y la Unión Soviética produjo decenas de miles de armas nucleares que usaban uranio metálico y plutonio-239 derivado del uranio. La seguridad de esas armas se vigila de cerca. Desde alrededor del año 2000, el plutonio obtenido del desmantelamiento de bombas de la era de la Guerra Fría se utiliza como combustible para reactores nucleares. El desarrollo y despliegue de estos reactores nucleares continúa a nivel mundial, ya que son poderosas fuentes de energía libre de CO _2.

Características

Cuando se refina, el uranio es un metal blanco plateado, débilmente radiactivo. Tiene una dureza Mohs de 6, suficiente para rayar el vidrio y aproximadamente igual a la del titanio, rodio, manganeso y niobio. Es maleable, dúctil, ligeramente paramagnético, fuertemente electropositivo y mal conductor eléctrico. El uranio metálico tiene una densidad muy alta de 19,1 g/cm, más denso que el plomo (11,3 g/cm), pero ligeramente menos denso que el tungsteno y el oro (19,3 g/cm).

El uranio metálico reacciona con casi todos los elementos no metálicos (a excepción de los gases nobles) y sus compuestos, aumentando la reactividad con la temperatura. Los ácidos clorhídrico y nítrico disuelven el uranio, pero los ácidos no oxidantes distintos del ácido clorhídrico atacan el elemento muy lentamente. Cuando está finamente dividido, puede reaccionar con agua fría; en el aire, el uranio metálico se recubre con una capa oscura de óxido de uranio. El uranio de los minerales se extrae químicamente y se convierte en dióxido de uranio u otras formas químicas utilizables en la industria.

El uranio-235 fue el primer isótopo que se descubrió que era fisionable. Otros isótopos naturales son fisionables, pero no fisionables. Al ser bombardeado con neutrones lentos, su isótopo de uranio-235 se dividirá la mayor parte del tiempo en dos núcleos más pequeños, liberando energía de enlace nuclear y más neutrones. Si muchos de estos neutrones son absorbidos por otros núcleos de uranio-235, se produce una reacción nuclear en cadena que da como resultado una ráfaga de calor o (en circunstancias especiales) una explosión. En un reactor nuclear, esta reacción en cadena se ralentiza y controla mediante un veneno de neutrones que absorbe algunos de los neutrones libres. Dichos materiales absorbentes de neutrones a menudo forman parte de las barras de control del reactor (consulte la física del reactor nuclear para obtener una descripción de este proceso de control del reactor).

Se pueden usar tan solo 6,8 kg (15 lb) de uranio-235 para fabricar una bomba atómica. El arma nuclear que detonó sobre Hiroshima, llamada Little Boy, se basó en la fisión de uranio. Sin embargo, la primera bomba nuclear (el Gadget usado en Trinity) y la bomba que fue detonada sobre Nagasaki (Fat Man) eran bombas de plutonio.

El uranio metálico tiene tres formas alotrópicas:

• α (ortorrómbico) estable hasta 668 ° C (1234 ° F). Ortorrómbico, grupo espacial No. 63, Cmcm, parámetros de red a = 285,4 pm, b = 587 pm, c = 495,5 pm.
• β (tetragonal) estable de 668 a 775 °C (1234 a 1427 °F). Tetragonal, grupo espacial P 4 ₂ / mnm, P 4 ₂ nm, o P 4 n 2, parámetros de red a = 565,6 pm, b = c = 1075,9 pm.
• γ (cúbica centrada en el cuerpo) desde 775 °C (1427 °F) hasta el punto de fusión: este es el estado más maleable y dúctil. Cúbica centrada en el cuerpo, parámetro de red a = 352,4 pm.

Aplicaciones

Militar

La principal aplicación del uranio en el sector militar se encuentra en los penetradores de alta densidad. Esta munición se compone de uranio empobrecido (DU) aleado con un 1-2 % de otros elementos, como titanio o molibdeno. A alta velocidad de impacto, la densidad, la dureza y la piroforicidad del proyectil permiten la destrucción de objetivos fuertemente blindados. El blindaje de tanques y otros blindajes de vehículos extraíbles también se pueden endurecer con placas de uranio empobrecido. El uso de uranio empobrecido se volvió polémico desde el punto de vista político y ambiental después de que el uso de tales municiones por parte de EE. UU., el Reino Unido y otros países durante las guerras en el Golfo Pérsico y los Balcanes planteó dudas sobre los compuestos de uranio que quedan en el suelo (consulte el síndrome de la Guerra del Golfo).

El uranio empobrecido también se utiliza como material de protección en algunos contenedores utilizados para almacenar y transportar materiales radiactivos. Si bien el metal en sí es radiactivo, su alta densidad lo hace más efectivo que el plomo para detener la radiación de fuentes fuertes como el radio. Otros usos del uranio empobrecido incluyen contrapesos para superficies de control de aeronaves, como lastre para vehículos de reingreso de misiles y como material de protección. Debido a su alta densidad, este material se encuentra en sistemas de guía inercial y en brújulas giroscópicas. Se prefiere el uranio empobrecido a los metales de densidad similar debido a su capacidad para mecanizarse y fundirse fácilmente, así como a su costo relativamente bajo.El principal riesgo de exposición al uranio empobrecido es el envenenamiento químico por el óxido de uranio en lugar de la radiactividad (el uranio es solo un emisor alfa débil).

Durante las últimas etapas de la Segunda Guerra Mundial, toda la Guerra Fría y, en menor medida, después, el uranio-235 se ha utilizado como material explosivo fisionable para producir armas nucleares. Inicialmente, se construyeron dos tipos principales de bombas de fisión: un dispositivo relativamente simple que usa uranio-235 y un mecanismo más complicado que usa plutonio-239 derivado del uranio-238. Más tarde, se construyó un tipo de bomba de fisión/fusión (arma termonuclear) mucho más complicada y mucho más poderosa, que utiliza un dispositivo a base de plutonio para hacer que una mezcla de tritio y deuterio experimente una fusión nuclear. Tales bombas están encamisadas en una caja de uranio no fisionable (no enriquecido), y obtienen más de la mitad de su poder de la fisión de este material por medio de neutrones rápidos del proceso de fusión nuclear.

Civil

El uso principal del uranio en el sector civil es para alimentar plantas de energía nuclear. Un kilogramo de uranio-235 teóricamente puede producir alrededor de 20 terajulios de energía (2 × 10 julios), suponiendo una fisión completa; tanta energía como 1,5 millones de kilogramos (1.500 toneladas) de carbón.

Las plantas de energía nuclear comerciales usan combustible que normalmente está enriquecido hasta alrededor del 3% de uranio-235. Los diseños CANDU y Magnox son los únicos reactores comerciales capaces de utilizar combustible de uranio no enriquecido. El combustible utilizado para los reactores de la Armada de los Estados Unidos suele estar muy enriquecido en uranio-235 (los valores exactos están clasificados). En un reactor reproductor, el uranio-238 también se puede convertir en plutonio mediante la siguiente reacción:₉₂tu+ norte → ₉₂tu+ γβ→ ₉₃Notario públicoβ→ ₉₄PU

Antes (y, ocasionalmente, después) del descubrimiento de la radiactividad, el uranio se usaba principalmente en pequeñas cantidades para el vidrio amarillo y los esmaltes de cerámica, como el vidrio de uranio y en Fiestaware.

El descubrimiento y aislamiento de radio en el mineral de uranio (pechblenda) por parte de Marie Curie provocó el desarrollo de la minería de uranio para extraer el radio, que se utilizó para fabricar pinturas que brillan en la oscuridad para esferas de relojes y aviones. Esto dejó una cantidad prodigiosa de uranio como producto de desecho, ya que se necesitan tres toneladas de uranio para extraer un gramo de radio. Este producto de desecho se desvió a la industria del vidriado, lo que hizo que los vidriados de uranio fueran muy económicos y abundantes. Además de los vidriados de cerámica, los vidriados de azulejos de uranio representaron la mayor parte del uso, incluidos los azulejos comunes para baños y cocinas que se pueden producir en verde, amarillo, malva, negro, azul, rojo y otros colores.

El uranio también se usó en productos químicos fotográficos (especialmente nitrato de uranio como tóner), en filamentos de lámparas para bombillas de iluminación de escenarios, para mejorar la apariencia de las dentaduras postizas y en las industrias del cuero y la madera para tintes. Las sales de uranio son mordientes de la seda o la lana. El acetato de uranilo y el formiato de uranilo se utilizan como "tinciones" densas en electrones en la microscopía electrónica de transmisión, para aumentar el contraste de las muestras biológicas en secciones ultrafinas y en la tinción negativa de virus, orgánulos celulares aislados y macromoléculas.

El descubrimiento de la radiactividad del uranio marcó el comienzo de usos científicos y prácticos adicionales del elemento. La larga vida media del isótopo uranio-238 (4,47 × 10 años) lo hace muy adecuado para estimar la edad de las rocas ígneas más antiguas y para otros tipos de datación radiométrica, incluida la datación con uranio-torio, uranio-plomo. Datación y datación de uranio-uranio. El uranio metálico se utiliza para objetivos de rayos X en la fabricación de rayos X de alta energía.

Historia

Uso previo al descubrimiento

El uso del uranio en su forma de óxido natural se remonta por lo menos al año 79 EC, cuando se usaba en el Imperio Romano para agregar un color amarillo a los esmaltes cerámicos. Vidrio amarillo con 1% de óxido de uranio fue encontrado en una villa romana en Cabo Posillipo en la Bahía de Nápoles, Italia, por RT Gunther de la Universidad de Oxford en 1912. A partir de finales de la Edad Media, la pechblenda se extrajo de las minas de plata de los Habsburgo. en Joachimsthal, Bohemia (ahora Jáchymov en la República Checa), y se usaba como agente colorante en la industria vidriera local.A principios del siglo XIX, las únicas fuentes conocidas de mineral de uranio en el mundo eran estas minas. La extracción de uranio en los Montes Metálicos cesó en el lado alemán después de que terminó la Guerra Fría y se cerró SDAG Wismut. En el lado checo hubo intentos durante la burbuja de precios del uranio de 2007 para reiniciar la minería, pero se abandonaron rápidamente tras la caída de los precios del uranio.

Descubrimiento

El descubrimiento del elemento se atribuye al químico alemán Martin Heinrich Klaproth. Mientras trabajaba en su laboratorio experimental en Berlín en 1789, Klaproth pudo precipitar un compuesto amarillo (probablemente diuranato de sodio) al disolver pechblenda en ácido nítrico y neutralizar la solución con hidróxido de sodio. Klaproth asumió que la sustancia amarilla era el óxido de un elemento aún no descubierto y la calentó con carbón para obtener un polvo negro, que pensó que era el metal recién descubierto (de hecho, ese polvo era un óxido de uranio). Llamó al elemento recién descubierto por el planeta Urano (llamado así por el dios primordial griego del cielo), que había sido descubierto ocho años antes por William Herschel.

En 1841, Eugène-Melchior Péligot, profesor de química analítica en el Conservatoire National des Arts et Métiers (Escuela Central de Artes y Manufacturas) de París, aisló la primera muestra de uranio metálico calentando tetracloruro de uranio con potasio.

Henri Becquerel descubrió la radiactividad usando uranio en 1896. Becquerel hizo el descubrimiento en París al dejar una muestra de una sal de uranio, K ₂ UO ₂ (SO ₄) ₂ (sulfato de uranilo de potasio), encima de una placa fotográfica no expuesta en un cajón. y observando que la placa se había "empañado". Determinó que una forma de luz invisible o rayos emitidos por el uranio habían expuesto la placa.

Durante la Primera Guerra Mundial, cuando las potencias centrales sufrieron una escasez de molibdeno para fabricar cañones de armas de artillería y aceros para herramientas de alta velocidad, sustituyeron de forma rutinaria las aleaciones de ferrouranio que presentan muchas de las mismas características físicas. Cuando esta práctica se conoció en 1916, el gobierno de EE. UU. solicitó a varias universidades destacadas que investigaran estos usos del uranio y las herramientas fabricadas con estas fórmulas se mantuvieron en uso durante varias décadas y terminaron cuando el Proyecto Manhattan y la Guerra Fría generaron una gran demanda de uranio para la fisión. investigación y desarrollo de armas.

Investigación de fisión

Un equipo dirigido por Enrico Fermi en 1934 observó que el bombardeo de uranio con neutrones produce la emisión de rayos beta (electrones o positrones de los elementos producidos; ver partícula beta). Los productos de fisión se confundieron en un principio con nuevos elementos de números atómicos 93 y 94, que el decano de la Facultad de Roma, Orso Mario Corbino, bautizó como ausonio y hesperio, respectivamente. Otto Hahn y Fritz Strassmann llevaron a cabo los experimentos que condujeron al descubrimiento de la capacidad del uranio para fisionarse (descomponerse) en elementos más livianos y liberar energía vinculante en el laboratorio de Hahn en Berlín. Lise Meitner y su sobrino, el físico Otto Robert Frisch, publicaron la explicación física en febrero de 1939 y llamaron al proceso "fisión nuclear".Poco después, Fermi planteó la hipótesis de que la fisión del uranio podría liberar suficientes neutrones para sostener una reacción de fisión. La confirmación de esta hipótesis llegó en 1939, y un trabajo posterior encontró que en promedio se liberan alrededor de 2,5 neutrones por cada fisión del raro isótopo de uranio uranio-235. Fermi instó a Alfred OC Nier a separar los isótopos de uranio para determinar el componente fisionable y, el 29 de febrero de 1940, Nier usó un instrumento que construyó en la Universidad de Minnesota para separar la primera muestra de uranio-235 del mundo en el Laboratorio Tate. Después de enviarla por correo al ciclotrón de la Universidad de Columbia, John Dunning confirmó que la muestra era el material fisible aislado el 1 de marzo.El trabajo posterior encontró que el isótopo de uranio-238, mucho más común, se puede transmutar en plutonio, que, como el uranio-235, también es fisionable por los neutrones térmicos. Estos descubrimientos llevaron a numerosos países a comenzar a trabajar en el desarrollo de armas nucleares y energía nuclear. A pesar de que se descubrió la fisión en Alemania, el Uranverein("club de uranio") El proyecto de guerra de Alemania para investigar la energía y/o las armas nucleares se vio obstaculizado por recursos limitados, luchas internas, el exilio o la no participación de varios científicos prominentes en el campo y varios errores cruciales, como no tener en cuenta las impurezas en muestras de grafito disponibles que lo hicieron parecer menos adecuado como moderador de neutrones de lo que es en realidad. Los intentos de Alemania de construir un reactor de uranio natural / agua pesada no habían llegado a alcanzar la criticidad cuando los estadounidenses llegaron a Haigerloch, el sitio del último experimento de reactor alemán en tiempos de guerra.

El 2 de diciembre de 1942, como parte del Proyecto Manhattan, otro equipo dirigido por Enrico Fermi pudo iniciar la primera reacción en cadena nuclear autosostenida artificial, Chicago Pile-1. Se abandonó un plan inicial que utilizaba uranio-235 enriquecido porque todavía no estaba disponible en cantidades suficientes. Trabajando en un laboratorio debajo de las gradas de Stagg Field en la Universidad de Chicago, el equipo creó las condiciones necesarias para tal reacción apilando 400 toneladas cortas (360 toneladas métricas) de grafito, 58 toneladas cortas (53 toneladas métricas) de uranio óxido y seis toneladas cortas (5,5 toneladas métricas) de uranio metálico, la mayoría de las cuales fueron suministradas por Westinghouse Lamp Plant en un proceso de producción improvisado.

Armamento nuclear

Estados Unidos desarrolló dos tipos principales de bombas atómicas durante la Segunda Guerra Mundial: un dispositivo basado en uranio (nombre en código "Little Boy") cuyo material fisible era uranio altamente enriquecido y un dispositivo basado en plutonio (ver Prueba Trinity y "Fat Man") cuyo plutonio se derivó del uranio-238. El dispositivo Little Boy basado en uranio se convirtió en la primera arma nuclear utilizada en la guerra cuando fue detonado sobre la ciudad japonesa de Hiroshima el 6 de agosto de 1945. Explotando con un rendimiento equivalente a 12.500 toneladas de TNT, la explosión y la onda térmica de la bomba destruyeron cerca de 50.000 edificios y mató aproximadamente a 75.000 personas (ver los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki).Inicialmente se creía que el uranio era relativamente raro y que la proliferación nuclear podía evitarse simplemente comprando todas las existencias conocidas de uranio, pero en una década se descubrieron grandes depósitos en muchos lugares del mundo.

Reactores

El reactor de grafito X-10 en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en Oak Ridge, Tennessee, anteriormente conocido como Clinton Pile y X-10 Pile, fue el segundo reactor nuclear artificial del mundo (después del Chicago Pile de Enrico Fermi) y fue el primero reactor diseñado y construido para operación continua. El Reactor Reproductor Experimental I del Laboratorio Nacional Argonne, ubicado en la Estación Nacional de Pruebas de Reactores de la Comisión de Energía Atómica cerca de Arco, Idaho, se convirtió en el primer reactor nuclear en generar electricidad el 20 de diciembre de 1951.Inicialmente, el reactor encendía cuatro bombillas de 150 vatios, pero las mejoras finalmente permitieron que alimentara toda la instalación (más tarde, la ciudad de Arco se convirtió en la primera en el mundo en tener toda su electricidad proveniente de energía nuclear generada por BORAX- III, otro reactor diseñado y operado por Argonne National Laboratory). La primera central nuclear a escala comercial del mundo, Obninsk en la Unión Soviética, comenzó a generar con su reactor AM-1 el 27 de junio de 1954. Otras centrales nucleares tempranas fueron Calder Hall en Inglaterra, que comenzó a generar el 17 de octubre de 1956, y Shippingport Estación de energía atómica en Pensilvania, que comenzó el 26 de mayo de 1958. La energía nuclear se utilizó por primera vez para la propulsión de un submarino, el USS Nautilus, en 1954.

Fisión natural prehistórica

En 1972, el físico francés Francis Perrin descubrió quince reactores de fisión nuclear natural antiguos y que ya no están activos en tres depósitos de mineral separados en la mina Oklo en Gabón, África occidental, conocidos colectivamente como los reactores fósiles de Oklo. El depósito de mineral tiene 1.700 millones de años; entonces, el uranio-235 constituía alrededor del 3% del uranio total en la Tierra. Esto es lo suficientemente alto como para permitir que ocurra una reacción en cadena de fisión nuclear sostenida, siempre que existan otras condiciones de apoyo. La capacidad del sedimento circundante para contener los productos de desecho nuclear ha sido citada por el gobierno federal de EE. UU. como prueba de la viabilidad de almacenar combustible nuclear gastado en el depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain.

La contaminación y el legado de la Guerra Fría

Las pruebas nucleares sobre el suelo realizadas por la Unión Soviética y los Estados Unidos en la década de 1950 y principios de la de 1960 y por Francia en las décadas de 1970 y 1980 esparcieron una cantidad significativa de lluvia radiactiva de los isótopos hijos del uranio en todo el mundo. Se produjeron lluvias radiactivas y contaminación adicionales a causa de varios accidentes nucleares.

Los mineros de uranio tienen una mayor incidencia de cáncer. Un exceso de riesgo de cáncer de pulmón entre los mineros de uranio navajo, por ejemplo, ha sido documentado y relacionado con su ocupación. La Ley de Compensación por Exposición a la Radiación, una ley de 1990 en los EE. UU., requería $100,000 en "pagos de compasión" a los mineros de uranio diagnosticados con cáncer u otras enfermedades respiratorias.

Durante la Guerra Fría entre la Unión Soviética y los Estados Unidos, se acumularon enormes reservas de uranio y se crearon decenas de miles de armas nucleares utilizando uranio enriquecido y plutonio a partir de uranio. Desde la desintegración de la Unión Soviética en 1991, se han almacenado unas 600 toneladas cortas (540 toneladas métricas) de uranio altamente enriquecido apto para armas (suficiente para fabricar 40.000 ojivas nucleares) en instalaciones a menudo inadecuadamente protegidas en la Federación Rusa y varios otros antiguos estados soviéticos. La policía en Asia, Europa y América del Sur en al menos 16 ocasiones entre 1993 y 2005 ha interceptado cargamentos de uranio o plutonio apto para bombas de contrabando, la mayoría de los cuales procedían de fuentes exsoviéticas.De 1993 a 2005, el Programa de Protección, Control y Contabilidad de Materiales, operado por el gobierno federal de los Estados Unidos, gastó aproximadamente US $ 550 millones para ayudar a salvaguardar las reservas de uranio y plutonio en Rusia. Este dinero se utilizó para mejoras y mejoras de seguridad en las instalaciones de investigación y almacenamiento. Scientific American informó en febrero de 2006 que en algunas de las instalaciones la seguridad consistía en vallas de tela metálica que se encontraban en grave estado de deterioro. Según una entrevista del artículo, una instalación había estado almacenando muestras de uranio enriquecido (grado armamentístico) en un armario de escobas antes del proyecto de mejora; otro había estado haciendo un seguimiento de su stock de ojivas nucleares usando fichas guardadas en una caja de zapatos.

Ocurrencia

Origen

Junto con todos los elementos que tienen pesos atómicos superiores al del hierro, el uranio solo se forma naturalmente mediante el proceso r (captura rápida de neutrones) en supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. El torio y el uranio primordiales solo se producen en el proceso r, porque el proceso s (captura lenta de neutrones) es demasiado lento y no puede pasar la brecha de inestabilidad después del bismuto. Además de los dos isótopos de uranio primordiales existentes, U y U, el proceso r también produjo cantidades significativas de U, que tiene una vida media más corta y, por lo tanto, es un radionúclido extinto, hace mucho tiempo que se descompuso por completo a Th. El propio uranio-236 se enriqueció con la desintegración del Pu, lo que explica la abundancia de torio superior a la esperada observada y la abundancia de uranio inferior a la esperada.Si bien la abundancia natural de uranio se ha visto complementada por la descomposición del Pu extinto (vida media 0,375 millones de años) y Cm (vida media 16 millones de años), produciendo U y U respectivamente, esto ocurrió en un grado casi insignificante debido a la vidas medias más cortas de estos padres y su menor producción que U y Pu, los padres del torio: la relación Cm: U en la formación del Sistema Solar fue(7,0 ± 1,6) × 10.

Biótico y abiótico

El uranio es un elemento natural que se puede encontrar en niveles bajos en todas las rocas, el suelo y el agua. El uranio es el elemento número 51 en orden de abundancia en la corteza terrestre. El uranio es también el elemento con el número más alto que se encuentra naturalmente en cantidades significativas en la Tierra y casi siempre se encuentra combinado con otros elementos. Se cree que la descomposición del uranio, el torio y el potasio-40 en el manto de la Tierra es la principal fuente de calor que mantiene el núcleo externo de la Tierra en estado líquido e impulsa la convección del manto, que a su vez impulsa la tectónica de placas.

La concentración promedio de uranio en la corteza terrestre es (según la referencia) de 2 a 4 partes por millón, o aproximadamente 40 veces más abundante que la plata. Se calcula que la corteza terrestre desde la superficie hasta 25 km (15 millas) hacia abajo contiene 10 kg (2 × 10 lb) de uranio, mientras que los océanos pueden contener 10 kg (2 × 10 lb). La concentración de uranio en el suelo oscila entre 0,7 y 11 partes por millón (hasta 15 partes por millón en suelos agrícolas debido al uso de fertilizantes fosfatados), y su concentración en el agua de mar es de 3 partes por mil millones.

El uranio es más abundante que el antimonio, el estaño, el cadmio, el mercurio o la plata, y es tan abundante como el arsénico o el molibdeno. El uranio se encuentra en cientos de minerales, incluida la uraninita (el mineral de uranio más común), la carnotita, la autunita, el uranófano, la torbernita y la coffinita. Se producen concentraciones significativas de uranio en algunas sustancias, como los depósitos de roca de fosfato y minerales como el lignito y las arenas de monacita en minerales ricos en uranio (se recupera comercialmente de fuentes con tan solo un 0,1% de uranio).

Algunas bacterias, como Shewanella putrefaciens, Geobacter metallireducens y algunas cepas de Burkholderia fungorum, utilizan uranio para su crecimiento y convierten U(VI) en U(IV). Investigaciones recientes sugieren que esta vía incluye la reducción del U(VI) soluble a través de un estado pentavalente de U(V) intermedio.

Otros organismos, como el liquen Trapelia involuta o microorganismos como la bacteria Citrobacter, pueden absorber concentraciones de uranio de hasta 300 veces el nivel de su entorno. Las especies de Citrobacter absorben iones de uranilo cuando se les administra fosfato de glicerol (u otros fosfatos orgánicos similares). Después de un día, un gramo de bacteria puede incrustarse con nueve gramos de cristales de fosfato de uranilo; esto crea la posibilidad de que estos organismos puedan usarse en la biorremediación para descontaminar el agua contaminada con uranio. También se ha demostrado que la proteobacteria Geobacter biorremedia el uranio en las aguas subterráneas. El hongo micorrícico Glomus intraradices aumenta el contenido de uranio en las raíces de su planta simbiótica.

En la naturaleza, el uranio (VI) forma complejos de carbonato altamente solubles a pH alcalino. Esto conduce a un aumento en la movilidad y disponibilidad de uranio para las aguas subterráneas y el suelo a partir de desechos nucleares, lo que genera riesgos para la salud. Sin embargo, es difícil precipitar el uranio como fosfato en presencia de un exceso de carbonato a pH alcalino. Una Sphingomonas sp. Se ha encontrado que la cepa BSAR-1 expresa una fosfatasa alcalina de alta actividad (PhoK) que se ha aplicado para la bioprecipitación de uranio como especies de fosfato de uranilo a partir de soluciones alcalinas. La capacidad de precipitación se mejoró mediante la sobreexpresión de la proteína PhoK en E. coli.

Las plantas absorben algo de uranio del suelo. Las concentraciones de peso seco de uranio en las plantas oscilan entre 5 y 60 partes por mil millones, y las cenizas de la madera quemada pueden tener concentraciones de hasta 4 partes por millón. Las concentraciones de peso seco de uranio en las plantas alimenticias suelen ser más bajas, con uno o dos microgramos por día ingeridos a través de los alimentos que consumen las personas.

Producción y minería

La producción mundial de U ₃ O ₈ (torta amarilla) en 2013 ascendió a 70 015 t, de las cuales 22 451 t (32 %) se extrajeron en Kazajistán. Otros importantes países mineros de uranio son Canadá (9.331 t), Australia (6.350 t), Níger (4.518 t), Namibia (4.323 t) y Rusia (3.135 t).

El mineral de uranio se extrae de varias maneras: a cielo abierto, bajo tierra, lixiviación in situ y extracción de pozos (ver extracción de uranio). El mineral de uranio de bajo grado extraído normalmente contiene de 0,01 a 0,25 % de óxidos de uranio. Deben emplearse amplias medidas para extraer el metal de su mineral. Los minerales de alta ley que se encuentran en los depósitos de la cuenca de Athabasca en Saskatchewan, Canadá, pueden contener hasta un 23% de óxidos de uranio en promedio. El mineral de uranio se tritura y se convierte en un polvo fino y luego se lixivia con un ácido o un álcali. El lixiviado se somete a una de varias secuencias de precipitación, extracción con solventes e intercambio iónico. La mezcla resultante, denominada torta amarilla, contiene al menos un 75% de óxidos de uranio U ₃ O ₈. Luego, la torta amarilla se calcina para eliminar las impurezas del proceso de molienda antes del refinado y la conversión.

El uranio de grado comercial se puede producir mediante la reducción de haluros de uranio con metales alcalinos o alcalinotérreos. El uranio metálico también se puede preparar mediante electrólisis de KUF.₅o UF₄, disuelto en cloruro de calcio fundido (CaCl₂) y solución de cloruro de sodio (NaCl). El uranio muy puro se produce mediante la descomposición térmica de haluros de uranio en un filamento caliente.

• Producción mundial de uranio (minas) y demanda
• Yellowcake es una mezcla concentrada de óxidos de uranio que se refina aún más para extraer uranio puro.

Recursos y reservas

Se estima que existen 5,5 millones de toneladas de uranio en reservas de mineral que son económicamente viables a US$59 por libra de uranio, mientras que 35 millones de toneladas se clasifican como recursos minerales (perspectivas razonables para una eventual extracción económica). Los precios pasaron de alrededor de $10/lb en mayo de 2003 a $138/lb en julio de 2007. Esto ha provocado un gran aumento en el gasto en exploración, con US$200 millones gastados en todo el mundo en 2005, un 54% más que el año anterior. Esta tendencia continuó hasta 2006, cuando el gasto en exploración se disparó a más de $774 millones, un aumento de más del 250 % en comparación con 2004. La Agencia de Energía Nuclear de la OCDE dijo que las cifras de exploración para 2007 probablemente coincidirían con las de 2006.

Australia tiene el 31% de las reservas de mineral de uranio conocidas del mundo y el depósito de uranio individual más grande del mundo, ubicado en la mina Olympic Dam en el sur de Australia. Hay una importante reserva de uranio en Bakouma, una subprefectura de la prefectura de Mbomou en la República Centroafricana.

Parte del combustible nuclear proviene del desmantelamiento de armas nucleares, como el Programa Megatons to Megawatts.

Se estima que otros 4600 millones de toneladas de uranio se disuelven en el agua de mar (científicos japoneses en la década de 1980 demostraron que la extracción de uranio del agua de mar mediante intercambiadores de iones era técnicamente factible). Ha habido experimentos para extraer uranio del agua de mar, pero el rendimiento ha sido bajo debido al carbonato presente en el agua. En 2012, los investigadores de ORNL anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo material absorbente denominado HiCap que realiza la retención superficial de moléculas, átomos o iones sólidos o gaseosos y también elimina de manera efectiva los metales tóxicos del agua, según los resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.

Suministros

En 2005, diecisiete países produjeron óxidos de uranio concentrados: Canadá (27,9 % de la producción mundial), Australia (22,8 %), Kazajstán (10,5 %), Rusia (8,0 %), Namibia (7,5 %), Níger (7,4 %), Uzbekistán (5,5%), Estados Unidos (2,5%), Argentina (2,1%), Ucrania (1,9%) y China (1,7%). En 2008, se pronosticó que Kazajstán aumentaría la producción y podría haberse convertido en el mayor productor de uranio del mundo en 2009 con una producción esperada de 12.826 toneladas, en comparación con Canadá con 11.100 toneladas y Australia con 9.430 toneladas.Las predicciones se han hecho realidad. En 2019, Kazajstán produce la mayor parte de uranio de las minas, el 42 % del suministro mundial, seguido de Canadá (13 %) y Australia (12 %), Namibia (10 %), Uzbekistán (6 %), Níger (5 %), Rusia. (5%), China (3%), Ucrania (1,5%), EE. UU. (0,12%), India (0,6%), Irán (0,13%), con una producción mundial total de 54752 toneladas de minas. Sin embargo, cabe mencionar que en 2019 el uranio se extrajo no solo por minería subterránea convencional de minerales 43% de la producción (54752 toneladas), donde se extrae del suelo la roca mineralizada, desmenuzándola y tratándola para retirar los minerales buscados. pero también por métodos de lixiviación in situ (LIS) el 57% de la producción mundial (64.566 toneladas).

A fines de la década de 1960, los geólogos de la ONU también descubrieron importantes depósitos de uranio y otras reservas de minerales raros en Somalia. El hallazgo fue el más grande de su tipo, y los expertos de la industria estimaron los depósitos en más del 25% de las reservas de uranio conocidas en el mundo de 800,000 toneladas.

Se cree que la oferta final disponible será suficiente por lo menos durante los próximos 85 años, aunque algunos estudios indican que la falta de inversión a finales del siglo XX puede producir problemas de oferta en el siglo XXI. Los depósitos de uranio parecen tener una distribución logarítmica normal. Hay un aumento de 300 veces en la cantidad de uranio recuperable por cada disminución de diez veces en la ley del mineral. En otras palabras, hay poco mineral de alta ley y proporcionalmente mucho más mineral de baja ley disponible.

Compuestos

Estados de oxidación y óxidos

Óxidos

La torta amarilla de uranio calcinada, tal como se produce en muchos molinos grandes, contiene una distribución de especies de oxidación de uranio en varias formas que van desde la más oxidada hasta la menos oxidada. Las partículas con tiempos de residencia cortos en un calcinador generalmente se oxidarán menos que aquellas con tiempos de retención largos o las partículas recuperadas en el depurador de pilas. El contenido de uranio generalmente se refiere a U₃O₈, que data de los días del Proyecto Manhattan cuando U₃O₈se utilizó como un estándar de informes de química analítica.

Las relaciones de fase en el sistema uranio-oxígeno son complejas. Los estados de oxidación más importantes del uranio son el uranio (IV) y el uranio (VI), y sus dos óxidos correspondientes son, respectivamente, el dióxido de uranio (UO₂) y trióxido de uranio (UO₃). Otros óxidos de uranio como el monóxido de uranio (UO), el pentóxido de diuranio (U₂O₅) y peróxido de uranio (UO₄·2H₂O) también existen.

Las formas más comunes de óxido de uranio son el octóxido de triuranio (U₃O₈) y UO₂. Ambas formas de óxido son sólidos que tienen baja solubilidad en agua y son relativamente estables en una amplia gama de condiciones ambientales. El octóxido de triuranio es (dependiendo de las condiciones) el compuesto de uranio más estable y es la forma que se encuentra más comúnmente en la naturaleza. El dióxido de uranio es la forma en que el uranio se usa más comúnmente como combustible para reactores nucleares. A temperatura ambiente, UO₂se convertirá gradualmente en U₃O₈. Debido a su estabilidad, los óxidos de uranio generalmente se consideran la forma química preferida para el almacenamiento o la eliminación.

Química acuosa

Las sales de muchos estados de oxidación del uranio son solubles en agua y pueden estudiarse en soluciones acuosas. Las formas iónicas más comunes son U(marrón-rojo), U(verde), UO₂(inestable), y UO₂(amarillo), para U(III), U(IV), U(V) y U(VI), respectivamente. Existen algunos compuestos sólidos y semimetálicos como UO y US para el estado de oxidación formal del uranio (II), pero no se sabe que existan iones simples en solución para ese estado. Iones de Uliberan hidrógeno del agua y, por lo tanto, se consideran altamente inestables. la OU₂El ion representa el estado de uranio (VI) y se sabe que forma compuestos como el carbonato de uranilo, el cloruro de uranilo y el sulfato de uranilo. UO₂también forma complejos con varios agentes quelantes orgánicos, el más común de los cuales es el acetato de uranilo.

A diferencia de las sales de uranilo de uranio y las formas catiónicas de óxido de uranio poliatómico, los uranatos, sales que contienen un anión de óxido de uranio poliatómico, generalmente no son solubles en agua.

Carbonatos

Las interacciones de los aniones de carbonato con el uranio (VI) hacen que el diagrama de Pourbaix cambie mucho cuando el medio cambia de agua a una solución que contiene carbonato. Si bien la gran mayoría de los carbonatos son insolubles en agua (a menudo se les enseña a los estudiantes que todos los carbonatos, excepto los de metales alcalinos, son insolubles en agua), los carbonatos de uranio a menudo son solubles en agua. Esto se debe a que un catión U(VI) puede unir dos óxidos terminales y tres o más carbonatos para formar complejos aniónicos.

Uranio en un medio acuoso no complejante (por ejemplo, ácido perclórico/hidróxido de sodio).	Uranio en solución de carbonato
Concentraciones relativas de las diferentes formas químicas del uranio en un medio acuoso no complejante (por ejemplo, ácido perclórico/hidróxido de sodio).	Concentraciones relativas de las diferentes formas químicas del uranio en una solución acuosa de carbonato.

Efectos del pH

Los diagramas de fracción de uranio en presencia de carbonato ilustran esto aún más: cuando el pH de una solución de uranio (VI) aumenta, el uranio se convierte en un hidróxido de óxido de uranio hidratado y, a pH elevados, se convierte en un complejo de hidróxido aniónico.

Cuando se agrega carbonato, el uranio se convierte en una serie de complejos de carbonato si se aumenta el pH. Un efecto de estas reacciones es el aumento de la solubilidad del uranio en el rango de pH de 6 a 8, un hecho que tiene una relación directa con la estabilidad a largo plazo de los combustibles nucleares de dióxido de uranio gastado.

Hidruros, carburos y nitruros

El uranio metálico calentado de 250 a 300 °C (482 a 572 °F) reacciona con hidrógeno para formar hidruro de uranio. Incluso temperaturas más altas eliminarán reversiblemente el hidrógeno. Esta propiedad hace que los hidruros de uranio sean materiales de partida convenientes para crear polvo de uranio reactivo junto con varios compuestos de carburo, nitruro y haluro de uranio. Existen dos modificaciones cristalinas del hidruro de uranio: una forma α que se obtiene a bajas temperaturas y una forma β que se crea cuando la temperatura de formación es superior a 250 °C.

Los carburos de uranio y los nitruros de uranio son compuestos semimetálicos relativamente inertes que son mínimamente solubles en ácidos, reaccionan con el agua y pueden encenderse en el aire para formar U₃O₈. Los carburos de uranio incluyen monocarburo de uranio (UC), dicarburo de uranio (UC₂), y tricarburo de diuranio (U₂C₃). Tanto la UC como la UC₂se forman añadiendo carbono al uranio fundido o exponiendo el metal a monóxido de carbono a altas temperaturas. Estable por debajo de 1800 °C, U₂C₃se prepara sometiendo una mezcla calentada de UC y UC₂al estrés mecánico. Los nitruros de uranio obtenidos por exposición directa del metal al nitrógeno incluyen mononitruro de uranio (UN), dinitruro de uranio (UN₂), y trinitruro de diuranio (U₂norte₃).

Haluros

Todos los fluoruros de uranio se crean utilizando tetrafluoruro de uranio (UF₄); UF₄se prepara por hidrofluoración del dióxido de uranio. Reducción de UF₄con hidrógeno a 1000 °C produce trifluoruro de uranio (UF₃). En las condiciones adecuadas de temperatura y presión, la reacción del UF sólido₄con hexafluoruro de uranio gaseoso (UF₆) puede formar los fluoruros intermedios de U₂F₉, tu₄F₁₇, y UF₅.

A temperatura ambiente, UF₆tiene una alta presión de vapor, lo que lo hace útil en el proceso de difusión gaseosa para separar el raro uranio-235 del isótopo común de uranio-238. Este compuesto se puede preparar a partir de dióxido de uranio e hidruro de uranio mediante el siguiente proceso:UO₂+ 4 HF → UF₄+ 2H₂O (500 °C, endotérmico)UF₄+ F₂→ UF₆(350 °C, endotérmico)

La UF resultante₆, un sólido blanco, es altamente reactivo (por fluoración), se sublima fácilmente (emite un vapor que se comporta como un gas casi ideal) y es el compuesto de uranio más volátil que se conoce.

Un método para preparar tetracloruro de uranio (UCl₄) es combinar directamente cloro con uranio metálico o hidruro de uranio. La reducción de UCl₄por hidrógeno produce tricloruro de uranio (UCl₃) mientras que los cloruros superiores de uranio se preparan por reacción con cloro adicional. Todos los cloruros de uranio reaccionan con el agua y el aire.

Los bromuros y yoduros de uranio se forman por reacción directa de, respectivamente, bromo y yodo con uranio o por adición de UH₃a los ácidos de esos elementos. Los ejemplos conocidos incluyen: UBr₃, UBr₄, interfaz de usuario₃y la interfaz de usuario₄. interfaz de usuario₅nunca se ha preparado. Los oxihalogenuros de uranio son solubles en agua e incluyen UO₂F₂, UOCl₂, UO₂cl₂, y UO₂hermano₂. La estabilidad de los oxihaluros disminuye a medida que aumenta el peso atómico del componente haluro.

Isótopos

Concentraciones naturales

El uranio natural consta de tres isótopos principales: uranio-238 (99,28 % de abundancia natural), uranio-235 (0,71 %) y uranio-234 (0,0054 %). Los tres son radiactivos y emiten partículas alfa, con la excepción de que estos tres isótopos tienen pequeñas probabilidades de sufrir una fisión espontánea. También hay otros cuatro isótopos traza: uranio-239, que se forma cuando el U sufre una fisión espontánea, liberando neutrones que son capturados por otro átomo de U; uranio-237, que se forma cuando U captura un neutrón pero emite dos más, que luego se descompone en neptunio-237; el uranio-236, que se produce en pequeñas cantidades debido a la captura de neutrones en el U y como producto de la descomposición del plutonio-244;y finalmente, el uranio-233, que se forma en la cadena de desintegración del neptunio-237. También se espera que el torio-232 pueda sufrir una desintegración beta doble, lo que produciría uranio-232, pero esto aún no se ha observado experimentalmente.La única desviación significativa de la proporción de U-235 a U-238 en cualquier muestra natural conocida ocurre en Oklo, Gabón, donde los reactores de fisión nuclear natural consumieron parte del U-235 hace unos dos mil millones de años cuando la proporción de U-235 a U -238 era más parecido al del uranio poco enriquecido que permitía que el agua normal ("ligera") actuara como un moderador de neutrones similar al proceso en los reactores de agua ligera fabricados por humanos. La existencia de tales reactores de fisión natural que se habían predicho teóricamente de antemano se demostró cuando se descubrió la ligera desviación de la concentración de U-235 de los valores esperados durante el enriquecimiento de uranio en Francia.

El uranio-238 es el isótopo más estable del uranio, con una vida media de aproximadamente 4,468 × 10 años, aproximadamente la edad de la Tierra. El uranio-235 tiene una vida media de aproximadamente 7,13 × 10 años y el uranio-234 tiene una vida media de aproximadamente 2,48 × 10 años. El uranio-238 suele ser un emisor alfa (ocasionalmente, sufre una fisión espontánea), descomponiéndose a través de la serie de uranio, que tiene 18 miembros, en plomo-206, por una variedad de caminos de descomposición diferentes.

La cadena de desintegración de U, que se denomina serie de actinio, tiene 15 miembros y finalmente se desintegra en plomo-207. Las tasas constantes de descomposición en estas series de descomposición hacen que la comparación de las proporciones de los elementos padre e hijo sea útil en la datación radiométrica.

El uranio-234, que es miembro de la serie del uranio (la cadena de desintegración del uranio-238), se desintegra en plomo-206 a través de una serie de isótopos de vida relativamente corta.

El uranio-233 se fabrica a partir del torio-232 mediante bombardeo de neutrones, generalmente en un reactor nuclear, y el U también es fisionable. Su cadena de desintegración forma parte de la serie del neptunio y termina en el bismuto-209 y el talio-205.

El uranio-235 es importante tanto para los reactores nucleares como para las armas nucleares, porque es el único isótopo de uranio que existe en la naturaleza en la Tierra en una cantidad significativa que es fisionable. Esto significa que puede dividirse en dos o tres fragmentos (productos de fisión) mediante neutrones térmicos.

El uranio-238 no es fisionable, pero es un isótopo fértil, porque después de la activación de neutrones puede convertirse en plutonio-239, otro isótopo fisionable. De hecho, el núcleo U puede absorber un neutrón para producir el isótopo radiactivo uranio-239. U decae por emisión beta a neptunio-239, también un emisor beta, que decae a su vez, en unos pocos días, en plutonio-239. Pu se utilizó como material fisionable en la primera bomba atómica detonada en la "prueba Trinity" el 15 de julio de 1945 en Nuevo México.

Enriquecimiento

En la naturaleza, el uranio se encuentra como uranio-238 (99,2742%) y uranio-235 (0,7204%). La separación de isótopos concentra (enriquece) el uranio-235 fisionable para las armas nucleares y la mayoría de las centrales nucleares, excepto los reactores refrigerados por gas y los reactores de agua pesada presurizada. La mayoría de los neutrones liberados por un átomo de uranio-235 en fisión deben impactar con otros átomos de uranio-235 para sostener la reacción nuclear en cadena. La concentración y la cantidad de uranio-235 necesaria para lograr esto se denomina "masa crítica".

Para ser considerado 'enriquecido', la fracción de uranio-235 debe estar entre el 3% y el 5%. Este proceso produce enormes cantidades de uranio empobrecido en uranio-235 y con una fracción correspondientemente mayor de uranio-238, llamado uranio empobrecido o 'DU'. Para ser considerado 'empobrecido', la concentración de isótopos de uranio-235 no debe ser superior al 0,3%. El precio del uranio ha aumentado desde 2001, por lo que los relaves de enriquecimiento que contienen más del 0,35 % de uranio-235 se están considerando para el reenriquecimiento, lo que eleva el precio del hexafluoruro de uranio empobrecido a más de $130 por kilogramo en julio de 2007 desde $5 en 2001.

El proceso de centrifugación de gas, donde el hexafluoruro de uranio gaseoso (UF₆) se separa por la diferencia de peso molecular entre UF ₆ y UF ₆ utilizando centrífugas de alta velocidad, es el proceso de enriquecimiento más económico y líder. El proceso de difusión gaseosa había sido el principal método de enriquecimiento y se utilizó en el Proyecto Manhattan. En este proceso, el hexafluoruro de uranio se difunde repetidamente a través de una membrana de plata y zinc, y los diferentes isótopos de uranio se separan por velocidad de difusión (dado que el uranio-238 es más pesado, se difunde un poco más lento que el uranio-235).El método de separación de isótopos por láser molecular emplea un rayo láser de energía precisa para cortar el enlace entre el uranio-235 y el flúor. Esto deja el uranio-238 unido al flúor y permite que el uranio-235 metálico se precipite de la solución. Un método alternativo de enriquecimiento por láser se conoce como separación de isótopos por láser de vapor atómico (AVLIS) y emplea láseres sintonizables visibles, como los láseres de colorante. Otro método utilizado es la difusión térmica líquida.

Exposición humana

Una persona puede estar expuesta al uranio (oa sus derivados radiactivos, como el radón) al inhalar polvo en el aire o al ingerir agua y alimentos contaminados. La cantidad de uranio en el aire suele ser muy pequeña; sin embargo, las personas que trabajan en fábricas que procesan fertilizantes de fosfato, viven cerca de instalaciones gubernamentales que fabricaron o probaron armas nucleares, viven o trabajan cerca de un campo de batalla moderno donde se han usado armas de uranio empobrecido, o viven o trabajan cerca de una central eléctrica a carbón, las instalaciones que extraen o procesan mineral de uranio, o enriquecen uranio para combustible de reactores, pueden tener una mayor exposición al uranio.Las casas o estructuras que se encuentran sobre depósitos de uranio (ya sean depósitos de escoria naturales o artificiales) pueden tener una mayor incidencia de exposición al gas radón. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite de exposición permisible para la exposición al uranio en el lugar de trabajo en 0,25 mg/m durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,2 mg/m durante una jornada laboral de 8 horas y un límite a corto plazo de 0,6 mg/m. A niveles de 10 mg/m3, el uranio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud.

La mayor parte del uranio ingerido se excreta durante la digestión. Solo el 0,5 % se absorbe cuando se ingieren formas insolubles de uranio, como su óxido, mientras que la absorción del ion uranilo más soluble puede ser de hasta el 5 %. Sin embargo, los compuestos de uranio soluble tienden a atravesar rápidamente el cuerpo, mientras que los compuestos de uranio insoluble, especialmente cuando se inhalan en forma de polvo hacia los pulmones, presentan un riesgo de exposición más grave. Después de ingresar al torrente sanguíneo, el uranio absorbido tiende a bioacumularse y permanecer durante muchos años en el tejido óseo debido a la afinidad del uranio por los fosfatos. El uranio no se absorbe a través de la piel y las partículas alfa liberadas por el uranio no pueden penetrar la piel.

El uranio incorporado se convierte en iones de uranilo, que se acumulan en los huesos, el hígado, los riñones y los tejidos reproductivos. El uranio se puede descontaminar de superficies de acero y acuíferos.

Efectos y precauciones

El funcionamiento normal de los riñones, el cerebro, el hígado, el corazón y otros sistemas puede verse afectado por la exposición al uranio porque, además de ser débilmente radiactivo, el uranio es un metal tóxico. El uranio también es un tóxico para la reproducción. Los efectos radiológicos son generalmente locales porque la radiación alfa, la forma principal de descomposición U, tiene un alcance muy corto y no penetrará en la piel. Se ha demostrado que la radiación alfa del uranio inhalado causa cáncer de pulmón en los trabajadores nucleares expuestos. Uranilo (UO₂) Se ha demostrado que los iones, como los del trióxido de uranio o el nitrato de uranilo y otros compuestos de uranio hexavalente, causan defectos de nacimiento y daños al sistema inmunitario en animales de laboratorio. Si bien los CDC publicaron un estudio en el que no se ha observado cáncer humano como resultado de la exposición al uranio natural o empobrecido, la exposición al uranio y sus productos de descomposición, especialmente el radón, son amenazas para la salud ampliamente conocidas y significativas. La exposición al estroncio-90, el yodo-131 y otros productos de fisión no está relacionada con la exposición al uranio, pero puede resultar de procedimientos médicos o la exposición al combustible gastado del reactor o la lluvia radiactiva de las armas nucleares. Aunque la exposición por inhalación accidental a una alta concentración de hexafluoruro de uranio ha provocado muertes humanas, esas muertes se asociaron con la generación de ácido fluorhídrico y fluoruro de uranilo altamente tóxicos en lugar del uranio en sí. El uranio metálico finamente dividido presenta un peligro de incendio porque el uranio es pirofórico; los granos pequeños se encenderán espontáneamente en el aire a temperatura ambiente.

El uranio metálico se suele manipular con guantes como precaución suficiente. El concentrado de uranio se manipula y contiene para garantizar que las personas no lo inhalen ni lo ingieran.

Sistema corporal	estudios humanos	estudios con animales	in vitro
Renal	Niveles elevados de excreción de proteínas, catalasa urinaria y diuresis	Daño a los túbulos contorneados proximales, células necróticas emitidas por el epitelio tubular, cambios glomerulares (insuficiencia renal)	sin estudios
Cerebro/SNC	Disminución del rendimiento en las pruebas neurocognitivas	Toxicidad colinérgica aguda; Acumulación dependiente de la dosis en la corteza, el mesencéfalo y el vermis; Cambios electrofisiológicos en el hipocampo	sin estudios
ADN	Aumento de informes de cánceres	Aumento de la mutagenicidad (en ratones) e inducción de tumores	Células binucleadas con micronúcleos, Inhibición de la cinética y proliferación del ciclo celular; Inducción de cromátidas hermanas, fenotipo tumorigénico
Hueso/músculo	sin estudios	Inhibición de la formación de hueso periodontal; y cicatrización de heridas alveolares	sin estudios
Reproductivo	Mineros de uranio tienen más hijas primogénitas	Atrofia tubular focal moderada a severa; vacuolización de células de Leydig	sin estudios
pulmones/respiratorio	No se informaron efectos adversos para la salud	Congestión nasal grave y hemorragia, lesiones pulmonares y fibrosis, edema e hinchazón, cáncer de pulmón	sin estudios
Gastrointestinal	Vómitos, diarrea, albuminuria	sin estudios	sin estudios
Hígado	No se observan efectos a la dosis de exposición	Hígados grasos, necrosis focal	sin estudios
Piel	No hay datos de evaluación de la exposición disponibles	Células epidérmicas vacuoladas inflamadas, daño a los folículos pilosos y glándulas sebáceas	sin estudios
Tejidos que rodean fragmentos de DU incrustados	Concentraciones elevadas de uranio en orina	Concentraciones elevadas de uranio en la orina, perturbaciones en las pruebas bioquímicas y neuropsicológicas	sin estudios
Sistema inmunitario	Fatiga crónica, sarpullido, infecciones de oídos y ojos, pérdida de cabello y peso, tos. Puede deberse a la exposición química combinada en lugar de al uranio empobrecido solo	sin estudios	sin estudios
Ojos	sin estudios	Conjuntivitis, irritación inflamación, edema, ulceración de sacos conjuntivales	sin estudios
Sangre	sin estudios	Disminución del recuento de glóbulos rojos y la concentración de hemoglobina	sin estudios
Cardiovascular	Miocarditis resultante de la ingestión de uranio, que finalizó seis meses después de la ingestión	Sin efectos	sin estudios