Enriquecimento de urânio

Mestre em Química (UFRJ, 2012)
Graduada em Química (UFRJ, 2010)

Em 1789, o farmacêutico alemão Martin Heinrich Klaproth, utilizando o mineral peachblenda que tinha composição química não muito conhecida, conseguiu isolar pela primeira vez o trióxido de urânio (UO3). Alguns anos mais tarde, o químico francês Peligot conseguiu isolar pela primeira vez o metal em pó, batizando-o com o nome de urânio e descobrindo assim o elemento natural mais pesado na crosta terrestre.

O urânio é encontrado na natureza sob a forma de dióxido de urânio (UO2), e é constituído de três isótopos: 238U, 235U e 234U, nas proporções de 99,27%, 0,72% e 0,006% respectivamente. O 238U é considerado um isótopo fértil, pois pode dar origem a outro elemento por reação nuclear induzida, já o 235U é considerado um isótopo físsil, ou seja, pode ser usado na obtenção de outros elementos por reações de fissão nuclear.

Wölsendorfita, um mineral raro que contém urânio em sua composição. Foto: Marcel Clemens / Shutterstock.com

Tanto os isótopos 235U quanto o 238U, têm as mesmas propriedades químicas, diferenciando apenas pelos três nêutrons que explicam uma pequena diferença de massa atômica. Apesar disso, o urânio-238 não é interessante para as usinas nucleares pois não é capaz de gerar energia e por isso, o processo de enriquecimento de urânio se torna necessário.

Para provocar uma reação de fissão em reatores nucleares é necessário que a amostra de urânio utilizada contenha de 3 a 5% do isótopo 235, mas no caso de utilizações militares (bombas nucleares), devido a necessidade de alta geração de energia, são necessárias quantidades maiores do isótopo 235, podendo chegar a faixas de 80 a 99% de concentração do isótopo. Nestes casos, uma pequena quantidade de produto gera uma energia absurda em frações de segundo, podendo causar mais destruição que a bomba lançada em Hiroshima em 1945. A nível de comparação, bomba detonada sobre Hiroshima tinha 7 quilogramas de 235U e um poder destrutivo equivalente a 20 mil toneladas de TNT, ou seja, a uma bomba de 20 quilotons, que provocou a morte imediata de aproximadamente 100 mil pessoas.

Industrialmente são utilizados dois processos para o enriquecimento do urânio: a difusão gasosa e a ultra centrifugação.

Primeiramente, o dióxido de urânio é convertido no gás hexafluoreto de urânio (UF6). Na difusão gasosa, o gás é passado através de placas porosas. Como urânio-235 é menor que o urânio-238 ele passa pelos poros mais facilmente. A passagem pela “peneira” é repetida até a concentração de urânio-235 chegar ao nível desejado. Com isso, consegue-se separar o (U235F6) do (U238F6). Ao final do processo, o gás hexafluoreto de urânio enriquecido volta a ser convertido em dióxido de urânio.

Na alta centrifugação, a separação é feita pela força centrífuga agindo nas partículas de UF6, cujo princípio é idêntico àquele que conhecemos em nossa casa, concentrando-se o urânio-238 em uma região mais externa do que o urânio-235, porque o primeiro é mais pesado somente cerca de 1% em relação ao segundo. Daí aparecer o termo “ultra” centrifugação (operar em velocidades tangenciais muito altas), para separar dois elementos cujas massas são muito próximas.

O urânio pobre – o 238U barrado na ‘peneira’ pode ser aplicado na blindagem de tanques de guerra e na construção de projéteis (munições), já que é 2,5 vezes mais pesado que o aço. Mas também há um uso civil: denso, ele serve como contrapeso na carcaça de aviões.

Bibliografia:

Atkins, P.W., Jones, L., Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente 5ª ed., Porto Alegre: Ed. Bookman, 2012.

Usberco J., Salvador E., Química Geral, 12ª.ed., São Paulo: Saraiva, 2006.

http://pelicano.ipen.br/PosG30/TextoCompleto/Inez%20Cristina%20de%20Oliveira_M.pdf

http://www.inb.gov.br/pt-br/Nossas-Atividades/Ciclo-do-combustivel-nuclear/Enriquecimento

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