Uranij

Uranij,  ₉₂U

Uranij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Uranij, U, 92
Serija	Aktinoidi
Grupa, Perioda, Blok	Ac, 7, f
Izgled	srebreno bijeli
CAS registarski broj	7440-61-1
Zastupljenost	3,2 · 10-4 %
Atomske osobine
Atomska masa	238,02891(3) u
Atomski radijus (izračunat)	? (138,5 (α-U)) pm
Kovalentni radijus	142 pm
Van der Waalsov radijus	- pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f36d17s2
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
1. energija ionizacije	597,6 kJ/mol
2. energija ionizacije	1420 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto
Mohsova skala tvrdoće	2,5-3
Kristalna struktura	ortorompska (Cmcm)
Gustoća	19160 kg/m3
Magnetizam	paramagnetičan (Χm = 4,1×10-4)
Tačka topljenja	1406 K (1133 °C)
Tačka ključanja	4203 K (3930 °C)
Molarni volumen	12,49×10-6 m3/mol
Toplota isparavanja	417,1 kJ/mol
Toplota topljenja	15,5 kJ/mol
Brzina zvuka	(long.) 3400 m/s pri 293 K
Specifična toplota	116 J/(kg · K) kod 298 K
Specifična električna provodljivost	3,24×106 S/m pri 293 K
Toplotna provodljivost	27,6 W/(m · K) kod 300 K
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	3, 4, 5, 6
Elektrodni potencijal	-1,660 V (U3+ + 3e- → U)
Elektronegativnost	1,38 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 232U sin 68,9 g α 5,414 228Th SR 233U sin 1,592×105 g α 4,824 229Th SR 234U 0,0055 % 2,455×105 g α 4,774 230Th 235U 0,72 % 7,038×108 g α 4,398 231Th SR 20Ne (8,0×10-10 %) 215Pb 238U 99,27 % 4,468×109 g α 4,270 234Th SR β-β- 238Pu 239U sin 23,45 min β− 239Np
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja T+ Vrlo otrovno
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: 26/28-33-53 S: (1/2-)20/21-45-61
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element Radioaktivni element
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

Uranij (nazvan po planeti Uran) jeste hemijski element sa simbolom U i atomskim brojem 92. U periodnom sistemu elemenata nalazi se u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok). On je metal, čiji su svi izotopi radioaktivni. Prirodni uranij, koji se u prirodi nalazi u sastavu nekih minerala, sastoji se iz 99,27% izotopa ²³⁸U, 0,72% ²³⁵U, te vrlo malih količina ²³⁴U (0,0055%). Ovaj element dobio je poseban značaj nakon otkrića razbijanja atoma 1938. godine. Izotop ²³⁵U se može razbiti djelovanjem termičkih neutrona čime se omogućava lančana nuklearna reakcija razbijanja atoma, a osim toga nastaje i izuzetno rijedak izotop plutonija ²³⁹Pu, jedini prirodni nuklid ovog elementa. Iz ovog razloga, uranij je pronašao primjenu kao izvor primarne energije u nuklearnim centralama i nuklearnom oružju.

Historija

Ploča na mjestu gdje je prvi put pronađena ruda uranija 1789. (uraninit) u blizini grada Johanngeorgenstadta

Uranij je 1789. godine otkrio njemački profesor hemije i apotekar Martin Heinrich Klaproth, koji je u to doba živio u Berlinu. Klaproth je uranij izdvojio iz minerala uraninita (poznatog i pod imenom pehblenda). Dobio je ime po planeti Uranu (a time i prema božanstvu iz grčke mitologije, Uranu), kojeg je osam godine ranije (1781) otkrio astronom William Herschel. Dana 24. septembra 1789. Klaproth je svoje otkriće elementa objavio u govoru pred Kraljevskom pruskom akademijom nauka. Njegovo otkriće najprije je nazvano uranit, a naredne godine, 1790. promijenjeno je u uranij. Ruda koju je ispitivao Klaproth, poticala je iz rudnika "Georg Wagsfort" kod njemačkog grada Johanngeorgenstadta u današnjoj Saksoniji, na samoj granici sa Češkom. On je rudu tretirao kiselinama te je jako zagrijavao. Kao rezultat dobio je crni prah kojeg je nazvao uran. Činjenica jeste da je zaista identificirao novi element, ali ono što je dobio nije bio elementarni uranij nego njegov oksid. Tek 50 godina kasnije, 1841. francuski naučnik Eugène Peligot uspio je dobiti čisti metalni uranij. U prvoj polovini 19. vijeka uranij se dobijao zajedno sa drugim mineralima u češkom gradu Jáchymovu, kao i iz nekoliko nalazišta i rudnika u engleskom Cornwallu.

Zeleno-žuta ploča za tortu sa postoljem od uranijskog stakla

Spojevi uranija tokom cijelog 19. vijeka korišteni su za bojenje stakla i keramike, kao i za bojenje svakodnevnih dekorativnih predmeta u zeleno-žutu boju, poput vaza, ključeva, čaša i drugo. Proizvođači stakla iz Joachimsthala (Češka) koristili su tehnike bojenja stakla uranijem već 1826. godine. Upotreba uranija za bojenje stakla nastavljena je sve do sredine 20. vijeka, nakon čega je uranij zamijenjen drugim manje opasnim obojenim mineralima. Keramičke glazure obojene u paleti od narandžaste do jarko crvene korištene su u mnoge svrhe počev od posuđa pa do arhitektonske opreme. U oblasti fotografije, dugi niz godina 20. vijeka koristio je uranil-nitrat u svrhu toniranja u crveno i smeđe dijapozitivskih ploča na bazi platine i brom-srebra. Rizici po zdravlje pri upotrebi ili sakupljanju uranijskog stakla i keramike sa uranijskom glazurom, do danas su predmet spora između kolekcionara i naučnika. Da je uranij radioaktivan, prvi je utvrdio Henri Becquerel 1896. godine. Uranij se smatrao elementom sa najvišim atomskim brojem koji se može naći u prirodi. Tek 1971. su otkriveni sićušni tragovi izotopa plutonija ²⁴⁴Pu u prirodi, tako da se danas plutonij smatra prirodnim elementom sa najvećom atomskom težinom u periodnom sistemu.

Osobine

Fizičke

Uranij je relativno mehak, srebrenasto-svijetli metal velike gustoće. Javlja se u tri alotropske modifikacije.

Modifikacije pri
atmosferskom pritisku

Faza	Stabilni temperaturni raspon	Kristalni sistem
α-uranij	do 688 °C	ortorompski (a = 285,4 pm, b = 586,9 pm, c = 495,6 pm)
β-uranij	između 688 °C i 776 °C	tetragonalni (a = 1075,9 pm, c = 565,6 pm)
γ-uranij	iznad 776 °C	kubični (a = 352,5 pm)

Uranij-rodij-germanij (URhGe) je prva otkrivena legura koja u izuzetno snažnim magnetnim poljima iskazuje protočno invarijantnu (reentrantnu) superprovodljivost.

Hemijske

Uranij u obliku praška je samozapaljiv. Većina kiselina rastvara uranij u metalnom obliku, dok ga baze ne napadaju. Stajanjem na zraku, na površini metalnog uranija nastaje sloj oksida koji ga štiti od daljnje oksidacije.

Uranij gradi cijeli niz spojeva u kojim se može nalaziti u stanjima od +2 do +6. Boja kompleksa uranija po pravilu jako zavisi od oksidacijskog broja, ali i od liganda u okruženju. U vodenim rastvorima, kao i u čvrstim spojevima najčešće se javljaju sljedeće kombinacije boje i oksidacijskog stanja: U³⁺ (ljubičast), U⁴⁺ (zelen), U^VO₂⁺ (roza) i U^VIO₂²⁺ (žut). U nevodenim rastvorima sa organskim ligandima najčešće se javljaju neke druge kombinacije boja. Uranij u prirodi pretežno se javlja u valencijama +4 ili +6. Četverovalentni minerali uranija u vodi sa normalnim pH uslovima okruženja su gotovo nerastvorljivi. Spojevi uranija su vrlo otrovni. Otrovnost zavisi između ostalog i od njihove rastvorljivosti. Lahko rastvorljive soli uranila su najotrovnije, dok su teško rastvorljivi oksidi manje otrovni. Uranij je teratogen tj. uzrokuje deformacije i/ili oštećenja ploda (fetusa) u utrobi.

Biološke

Kod proteobakterija iz roda Desulfovibrio otkrivena je sposobnost da koriste uranij kao primalac (akceptor) elektrona, pri čemu se uranij(VI) reducira na uranij(IV). Vrsta Desulfovibrio vulgaris koristi citohrom-c3 kao uranij-reduktazu. Međutim, kada je uranij(VI) dostupan za bakteriju kao jedini koristi primalac elektrona, nije zabilježen rast bakterije. Jedna od bakterija koja može koristiti uranij(VI) kao jedini primalac elektrona i pri tom još raste jeste Geobacter metallireducens iz porodice Geobacteraceae.

Nerastvorljivi uranij se može mobilizirati putem bakteriološke aktivnosti. U aerobnim uslovima okoline željezo-sumporne bakterije Thiobacillus ferrooxidans i Leptospirillum ferrooxidans mogu oksidirati pirit (FeS₂) do željezo(II)-sulfata (FeSO₄) i zatim do željezo(III)-sulfata (Fe₂(SO₄)₃). Ioni željeza(III) mogu oksidirati nerastvorljivi uranij(IV) do rastvorljivog uranija(VI).

Redukcija rastvorljivog uranija(VI) do nerastvorljivog uranija(IV) djelovanjem prokariota se razmatra kao moguća metoda biološke sanacije podzemnih voda kontaminiranih uranijem i opasnim otpadom.

Rasprostranjenost

Ruda uranija (uraninit, pehblenda)

Uranij u prirodi se ne nalazi samorodan, već u sklopu oksidnih minerala. Neki od značajnijih minerala uranija su, između ostalih, brannerit i uraninit (oksidi), torbernit, heinrichit i karnotit (fosfati, arsenati i vanadati) kao i kofinit i uranofan (silikati). Ukupno je do danas otkriveno oko 230 minerala koji u svom sastavu sadrže uranij. Međutim, većina njih ima samo lokalni značaj za privredu. U sedimentarnim nalazištima mogu se javljati i pseudomorfoze minerala uranija (većinom uraninit u obliku pehblende) srasle sa fosilima drveta ili bakterija.

Dva odlučujuća faktora za raspodjelu radioaktivnog elementa uranija na Zemlji su, kao prvo, litofilni karakter elementa a zatim i njegova različita mobilnost u vodenim rastvorima u oksidirajućim ili reducirajući uslovima okruženja. Litofilni karakter uranija odgovoran je za to da se on obogaćuje u magmatskim stijena bogatim silikatima. Stoga po pravilu, felzitski magmatiti poput granita kao plutonita ili riolita kao vulkanita sadrže najvišu koncentraciju uranija. Kontinentalna Zemljina kora je područje na Zemlji sa najvišim prosječnim udjelom uranija od oko 2,5 ppm, dok okeanska Zemljina kora i Zemljin omotač općenito imaju znatno manji udio ovog elementa. U magmatskim stijenama uranij se pretežno srastao u pratećim mineralima poput cirkona ili monacita, prema kojim se vrlo dobro može procijeniti starost stijena.

Različita rastvorljivost uranija u oksidirajućim ili reducirajućim okruženjima u rastvorima jeste drugi odlučujući faktor za raspodjelu uranija, te igra vrlo značajnu ulogu u nastajanju uranijevih depozita i nalazišta. U oksidirajućim uslovima (UO₂²⁺), uranij u vodenim rastvorima je relativno mobilan, dok je u reducirajućim uslovima (U⁴⁺) veoma slabo i teško rastvorljiv. Stoga su redoks granice vrlo često faktori koji određuju izdašnost nalazišta uranija. Osim navedenih faktora i nekih drugih nepomenutih, postoji cijeli niz nalazišta uranija počev od hidrotermalnih magmatskih pa sve do sedimentarnih vrsta. Međunarodna agencija za atomsku energiju razlikuje neke od najvažnijih pojedinačnih tipova.

Najveći udio uranija imaju nalazišta povezana sa diskordancijama, gdje se prosječni udio uranija kreće od 0,3 do 20 %. U nalazišta ove vrsta također spadaju i dva najveća najveća proizvođača uranija današnjice. Najveći pojedinačno nalazište uranija na Zemlji je Olympic Dam, gdje su rezerve uranija procijenjene na preko dva miliona tona, uz prosječni udio uranija od samo 0,03 %. Prvi rudnik uranija na svijetu, gdje se kopao uranij u industrijskom obimu jeste Jáchymov (Češka). U njemu se uranij dobijao iz hidrotermalnih izvora.

Posebnost među nalazištima predstavlja prirodni nuklearni reaktor Oklo u Gabonu, kao i neka susjedna nalazišta uranija. Za njega je poznato da se u njemu već 1,5 do dvije milijarde godina odvijaju lančane nuklearne reakcije u prirodnom okruženju, pri čemu su nastali i neki izotopi plutonija. U običnom zemljištu, uranij se nalazi kao element u tragovima. Američka agencija za otrovne supstance i registar oboljenja (ATSDR) procijenila je da se u gornjih 33 cm zemljišta na površini od oko jedne kvadratne milje (2,58998 km²) prosječno nalazi oko četiri tone uranija, što otprilike odgovara oko 1,5 tone po kvadratnom kilometru.

Uranij vezan u kompleksima je također vrlo uobičajen element u hidrosferi. Koncentracija uranija u morskoj vodi iznosi oko 3,3 µg/l za razliku od dosta različitih koncentracija u rijekama (naprimjer od 0,03 µg/l u Amazonu do 3,9 µg/l u Gangesu). To ukazuje da se uranij u morskoj vodi stalno obogaćuje. Njemačke rijeke po pravilu sadrže koncentraciju uranija između 1 i 3 µg/l. Izvor uranija nalazi se u geogenim područjima kroz koja protiču rijeke. U nekim slučajevima, sadržaj uranija u rijekama potiče i od ljudskog uticaja naprimjer zbog korištenja fosfatnih đubriva koja sadrže uranij ili iz rudnika uranija. Korištenje vode za piće u kojoj je povećana koncentracija uranija može dovesti do pojave raka bubrega. Iz tog razloga, Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) preporučuje gornju granicu udjela uranija u vodi od 30 µg/l.

Najveće svjetske rezerve rude uranija, prema podacima Međunarodne organizacije za atomsku energiju (IAEA) nalaze se u: SAD, Nigeru, Australiji, Kazahstanu, Namibiji, Južnoafričkoj Republici, Kanadi, Brazilu, Rusiji, Ukrajini i Uzbekistanu. Uranij u tragovima je sadržan u kamenom uglju i lignitu. Godišnje se za potrebe proizvodnje električne energije sagori ogromna količina uglja koja, između ostalog, sadrži oko deset hiljada tona uranija i 25 hiljada tona torija, koji dalje ili dospijevaju u okolinu ili se nakupljaju u filterima za prašinu i pepelu. U manjem broju slučaja, postoje određena nastojanja da se uranij izdvaja iz pepela nastalog u termoelektranama. Na području Njemačke tokom 2009. je pokrenuto istraživanje o povezanosti između povećanog sadržaja uranija u mineralnim vodama i vodi za piće te geologiji vodonepropusnih stijena. Rezultati su pokazali da se povećani udio uranija prvenstveno javlja u formacijama stijena kao što su stijene gornjeg trijasa ili obojeni pješčar, a one sami po sebi imaju geogeno povećani udio uranija. Međutim, mjestimično su pronađene količine uranija porijeklom iz poljoprivrednih fosfatnih đubriva a koje su dospjele u podzemne vode. Takvi sirovi fosfati mogu sadržavati od 10 do 200 mg/kg uranija, što pri uobičajenoj primjeni i upotrebi đubriva može dovesti da se udio uranij u zemljištu poveća za oko 5 g/ha godišnje.

Dobijanje

Deset najvećih svjetskih proizvođača uranija (2008)

Ukupna svjetska proizvodnja uranija 2006. iznosila je 39.603 tone. Zemlje s najvećom proizvodnjom su Australija, Kanada, Rusija, Niger, Namibija, Kazahstan, Uzbekistan, Južnoafrička Republika i SAD. Do 1990. bivša Istočna Njemačka (DDR) bila je četvrta u svijetu po proizvodnji uranija, uglavnom za potrebe SSSR-a i sovjetskog nuklearnog programa. Nakon reunifikacije Njemačke, većina rudnika uranija u istočnoj Njemačkoj je zatvorena.

Potrošnja uranija 2006. godine u svijetu iznosila je 66.500 tona, a Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA) je procijenila da će se zbog gradnje novih nuklearnih centrala potrošnja do 2030. povećati na 93.775 do 121.955 tona. Proizvodnja pokriva oko 60 % današnjih potreba, a ostatak se pokriva iz nagomilanih zaliha, ponovne prerade i ugašenih nuklearnih centrala. Prema procjenama IAEA, Greenpeacea i organizacija iz oblasti nuklearne energije, postoje dosta različita mišljenja i podaci o svjetskim izvorima i budućem obimu proizvodnja i potrošnje uranija, kao i preostalog vremena do potpunog iscrpljenja svjetskih zaliha. Procjene se kreću između 20 i 200 godina. Kopanjem uranijeve rude na površinu osim uranija dospijevaju i proizvodi njegovog radioaktivnog raspada, kao što je naprimjer plemeniti gas radon. U vezi s tim dolazi do oslobađanja materija štetnih za okolinu i zdravlje.

Prerada rude

Praškasti "žuti kolač"

Uranijeva ruda, naprimjer uraninit (pehblenda, U₃O₈) ili karnotit (KUO₂VO₄ · 1,5 H₂O), najprije se zakiseljava sumpornom kiselinom ali umjesto nje može se tretirati i sodom (natrij-karbonatom). Nakon zakiseljavanja, nastali rastvor se tretira amonijakom pri čemu se istaloži "žuti kolač". On prvenstveno sadrži amonij-diuranat ((NH₄)₂U₂O₇), a može sadržavati i razne poliuranata, uranil-hidroksid i uranil-sulfat. U rastvor koji je tretiran alkalnim sredstvima najprije se dodaje natrij-hidroksid, pri čemu se istaloži natrij-diuranat (Na₂U₂O₇). Da bi se natrij uklonio, taj spoj se rastvara u H₂SO₄ te se pomoću amonij-hidroksida istaloži kao (NH₄)₂U₂O₇. "Žuti kolač" se najprije rastvara s dušičnom kiselinom (HNO₃), čime se nerastvorljive nečistoće istalože te se filtriranje ili centrifugiranjem izdvajaju. Iz rastvora se može iskristalizirati sirovi uranil-nitrat (UO₂(NO₃)₂). Zatim se rastvor uranil-nitrila ekstrahira tributilfosfatom u takozvanom PUREX procesu, te se parenjem i pranjem dobija čisti urani-nitrat. Dalje se proces nastavlja pažljivom pirolizom koja daje razne modifikacije uranij(VI)-oksida(UO₃), u zavisnosti od temperature i pritiska kisika. U svrhu smanjenja težine pri transportu, "žuti kolač" se termički razlaže, pri čemu nastaje crni U₃O₈.

Upotreba

Peleti uranij-oksida

Mirnodopska

Izotop uranija ²³⁵U koristi se za dobijanje energije u nuklearnim elektranama. Izotop ²³⁸U se može upotrijebiti u oplodnim reaktorima za sintezu plutonija. Izotop ²³⁵U ima vrlo mali udio u prirodnoj izotopskoj smjesi uranija (oko 0,72%), pa ga je prije upotrebe potrebno obogatiti. Preostala frakcija nakon obogaćivanja naziva se osiromašeni uranij.

Pri cijepanju jezgra atoma uranija ²³⁵U prosječno se oslobađa 210 MeV energije. Od toga je u reaktoru termički iskoristivo oko 190 MeV. Cijepanje jednog grama uranija ²³⁵U daje oko 0,95 MWd (megavat-dana) ili 22,8 MWh termičke energije. Ta energija teoretski odgovara korisnoj energiji od 78 teradžula (TJ) odnosno 2,7 miliona kilograma kamenog uglja po kilogramu ²³⁵U. Stvarna količina električne struje dobijena iz 1 kg uranija zavisi od vrste nuklearnog reaktora i ciklusa kruženja nuklearnog goriva a kreće se od 36 do 56 MWh u slučaju direktnog odlaganja potrošenih gorivih elemenata, bez ponovne prerade kao i bez "oplodnje" u oplodnom reaktoru. (U ovu cifru nisu uzete potrebe energije za vađenje rude, eventualno obogaćivanje, prevoz i konačno odlaganje.)

Zbog veoma izraženog apsorpcijskog djelovanja za ionizirajuće zračenje, osiromašeni uranij (engleski: depleted uranium, DU) se koristi kao materijal za zaštitu od zračenja. Osiromašeni uranij se zbog velike gustoće također koristi i kao dodatni teret za avione ili balans za brodove i jedrilice visokih performansi. Nakon pada jednog teretnog aviona u blizini Amsterdama, uslijedila je rasprava u naučnim krugovima da se u te svrhe osiromašeni uranij zamijeni volframom. Pretežno u prvoj polovini 20. vijeka, uranij se koristio i kao osnovni sastojak uranijskog stakla kao i glazura za keramiku, koje su se vrlo često koristili u SAD.

Vojna

Glavni članak: Nuklearno oružje

Nuklearni reaktori se koriste za pogon velikih ratnih brodova, kao i za pogone nosača aviona i podmornica. Međutim, vrlo mali broj zemalja u svijetu ima ratne brodove sa nuklearnim pogonom. Svaki od deset nosača aviona klase Nimitz američke ratne mornarice posjeduje po dva reaktora snage 140 MW. Izotop ²³⁵U, pored plutonija, je najvažniji polazni materijal za izradu nuklearnog oružja kao i za inicijatora za hidrogenske bombe. Mnoge vojske svijeta koriste uranijsku municiju. To je vrsta municije koja služi za probijanje oklopa, u kojoj se osiromašeni uranij koristi kao osnovni materijal za projektile. Takva municija pri ulasku u oklopljeni prostor (npr. tenka) mrvi se u prah i eksplozivno sagorijeva, pritom uništavajući metu. Nastali prah i aerosoli su izrazito otrovni te izazivaju ozbiljne zdravstvene probleme kod kontaminiranih osoba.

U nedavnoj historiji iskorišteno je nekoliko stotina tona uranijske municije u raznim konfliktima kao što su indijsko-pakistanski pogranični sukob, rat u Čečeniji, tokom sovjetske invazije na Afganistan, rat na Kosovu, Zalivski rat i rat u Iraku 2003. godine. Osiromašeni uranij se također koristi i za tenkovske oklope, kao što je naprimjer američki M1 Abrams. Radi se o takozvanom "sendvič"-oklopu gdje se sloj uranija stavlja između dva čelična oklopa. Kao posljedica ogromne vojne upotrebe ovog metala i velike potražnje za njim, pored legalne raširena je i nedozvoljena trgovina uranija, plutonija i materijala koji sadrže ove metale.

Spojevi

Oksidacijska stanja

Uranij u oksidacijskim stanjima od +3 do +6 u vodenom rastvoru

Uranij gradi cijeli niz spojeva u kojim se može nalaziti u oksidacijskim stanjima od +2 do +6. U prirodi se javlja pretežno kao četvero- ili šesterovalentni ion.

Uranij(II)

Uranilacetat
(UO₂(CH₃COO)₂)

Uranilnitrat
(UO₂(NO₃₎₂)

Godine 2013. prvi put je dobijen uranij u oksidacijskom stanju +2. Sinteza se odvijala redukcijom spoja tris(ciklopentadienil) uranija(III) korištenjem in situ dobijenog alkalida. Postojanje molekularnog spoja uranija(II) također je dokazano redukcijom tris(ariloksid)aren uranij(III) kompleksa, koji su se mogli hemijski reducirati pomoću elementarnog kalija u okruženju 2.2.2-kriptanda, kao i elektrohemijski gdje je iskazan potencijal od 2,5 V (u odnosu na ferocen (Fc⁺/Fc)). Oba kompleksa uranija(II) imaju različite elektronske konfiguracije, koji se mogu odrediti ligandnim poljem. Kompleks tris(ciklopentadienil) uranij(II) ima elektronsku konfiguraciju [Rn] 5f³6d¹, dok za razliku od njega spoj tris(ariloksid)aren uranij(II) ima konfiguraciju [Rn] 5f⁴.

Uranij(III)

Prvi spoj uranija(III) dobio je Peligot 1842. u vidu UCl₃. Ion U³⁺ je vrlo snažno redukcijsko sredstvo (redukcioni potencijal iznosi između -2,2 i 1,5 V u odnosu na ferocen (Fc⁺/Fc)) te u dodiru s vodom iz nje istiskuje vodik. Spojevi uranija(III) su u organskim rastvaračima u kojim nema vodika i halogenih elemenata, relativno stabilni te se mogu držati u anaerobnim uslovima okruženja. Sinteza manje valentnih kompleksa uranija(III) po pravilu slijedi iz UI₃ ili iz njega dobijenog UHMDS. UI₃ se sintetizira iz metalnog uranija sa elementarnim jodom. Poseban interes za manje valentnim uranijem nastao je zbog njegove velike reaktivnosti u odnosu na male molekule sa biološkom i industrijskom relevantnošću kao naprimjer CO, CO₂, N₂, NO ili H₂O.

Uranij(IV)

Od spojeva uranija(IV) poznati je oksid (uranij-dioksid; UO₂) i četiri halogenida (UF₄, UCl₄, UBr₄ i UI₄). Radi se o spojevima u čvrstom stanju sa vrlo visokom tačkom topljenja iznad 500 °C.

Uranij(V)

Godine 2003. otkriveni su spojevi uranila(V) u čvrstom stanju. Od tada do danas sintetizirani su brojni drugi spojevi uranila(V).

Uranij(VI)

Šestovalentni uranij u prirodi se javlja isključivo u obliku UO2+
2 grupe (uranil grupe), odnosno ne postoji ion U⁶⁺. Ova grupa se uglavnom spaja sa tvarima koji sadrže kisik: kao fosfat, sulfat, karbonat i sa vodom kao hidroksid. Uranilacetat i uranilnitrat su rastvorljive soli uranija. Te soli su dostupne na tržištu, a otrovnošću odgovaraju drugim nitratima i acetatima teških metala.

Oksidi

Uranij-dioksid (UO₂) jeste crni, kristalni prah koji se od kraja 19. do sredine 20. vijeka koristio kao glazura za keramiku. Danas se on pretežno koristi kao nuklearno gorivo u gorivim šipkama. Također su poznati i drugi oksidi poput uranij-trioksida U₃O₈ i uranil-peroksida UO₄.

Žuti kolač

"Žuti kolač" je koncentrat uranij-oksida. Ime mu je izvedeno zbog njegove ranije boje i teksture. Danas se koriste mnogo više temperature kalcinacije zbog čega se boja "žutih kolača" uglavnom kreće od tamno zelene do crne. Prvobitno se nije znalo koji hemijski spojevi ulaze u sastav "žutog kolača". Smatralo se da se radilo u amonij-diuranatu ili natrij-diuranatu. Sastav je znatno varirao i zavisio je od procesa dobijanja. Kasnije je otkriveno da se "žuti kolač" sastoji, između ostalog, iz uranil-hidroksida, uranil-sulfata, natrij-parauranata i uranil-peroksida, zajedno sa cijelim nizom oksida uranija. Danas "žuti kolač" obično sadrži između 70 % i 90 % uranij-oksida U₃O₈ po masenom udjelu.

Svijetložuti amonij-diuranat je međuproizvod u procesu dobijanja "žutog kolača". I on se također ponekad naziva istim imenom "žuti kolač", ali se ne koristi u iste svrhe.

Halogenidi

Uranij(IV)-hlorid (UCl₄)

Kristali uranij-heksafluorida u staklenoj ampuli

Kod uranija poznati su halogenidi u oksidacijskim brojevima od +3 do +6. Za stanja +3 do +5 poznati su spojevi četiri halogena elementa: fluora, hlora, broma i joda, dok su za oksidacijsko stanje +6 poznati samo UF₆ i UCl₆.

Oksidacijski broj	F	Cl	Br	I
+6	uranij(VI)-fluorid UF6 bezbojan	uranij(VI)-hlorid UCl6 zelen
+5	uranij(V)-fluorid UF5 bezbojan	uranij(V)-hlorid UCl5 smeđ	uranij(V)-bromid UBr5 crn	(uranij(V)-jodid) (UI5)
+4	uranij(IV)-fluorid UF4 zelen	uranij(IV)-hlorid UCl4 zelen	uranij(IV)-bromid UBr4 smeđ	uranij(IV)-jodid UI4 crn
+3	uranij(III)-fluorid UF3 ružičast	uranij(III)-hlorid UCl3 crven	uranij(III)-bromid UBr3 crven	uranij(III)-jodid UI3 crn

Uranij-tetrafluorid (UF₄), poznat i kao "green salt" (zelena so), je međuproizvod u procesu dobijanja uranij-heksafluorida. Uranij-heksafluorid (UF₆) jeste bijela čvrsta tvar, koja sublimira pri temperaturi od 56,5 °C a samo pod pritiskom od najmanje 1,5 bara i temperaturi od 64,1 °C gradi tečnu fazu. UF₆ je spoj uranija koji se koristi u dva najčešća procesa obogaćivanja uranija: gasnoj difuziji i gasnoj centrifugi. U industrijskom žargonu naziva se jednostavno "heks".

Organometalni

Uranocen U(C₈H₈)₂ je jedan od prvih organouranijskih spojeva i najpoznatiji spoj ciklooktatetraena sa nekim od elemenata iz f-bloka. Osim njega, poznati su između ostalih, i derivati poput U(C₈H₄Ph₄)₂ i cikloheptatrieniliona [U(C₇H₇)₂]⁻ koji su postojani na zraku.

Analitička hemija

Uranij se u rastvorima javlja uglavnom kao kation UO₂²⁺. U neorganskim analizama dokazuje se prisustvo UO₂²⁺ u amonijsulfid-urotropinskoj grupi. Nakon mnogobrojnih koraka odvajanja i taloženja, ekstrahira se UO₂(SCN)₂·3 eter u fazi etera. Dokaz prisustva ogleda se u dodavanju žutog K₄[Fe(CN)₆] pri čemu pri relativno visokim koncentracijama nastaje miješani kompleks K₂(UO₂[Fe(CN)₆]). On se zatim istaloži u vidu crveno-smeđeg taloga.

Atomska apsorpciona spektroskopija (AAS) u vidu AA spektroskopije plamena i optička emisijska spektrometrija indukovano-kuplovanom plazmom (ICP-OES) se zbog slabe osjetljivosti koriste samo u izuzetnim slučajevima za analitiku uranija. Zbog smetnji nastalih naglim formiranjem karbida, i atomska apsorpciona spektrometrija na bazi grafitne cijevi se vrlo rijetko koristi. Pomoću masene spektrometrije indukovano-kuplovanom plazmom (ICP-MS) uranij se vrlo precizno može izmjeriti, a njegova tri izotopa koja se nalaze u prirodi mogu se direktno odrediti ovom metodom. Tako naprimjer, izotop ²³⁸U (udio 99,274 %) može se ICP-MS metodom dokazati u uzorcima čovjekove kose do donje granice od 0,2 ng/g.

Neutronsko-aktivacijskom analizom (NAA) određuje se aktivirajuća reakcija uranija ²³⁸U(n,γ)²³⁹U. Izotop ²³⁹U ima vrijeme poluraspada od 23,5 minute. U svrhu kvantitativne procjene koristi se foto-vrh sa energijom gama zračenja od 74 keV. Ovom, vrlo osjetljivom, metodom može se dostići donja granica detekcije uranija u morskoj vodi od 4 pg/ml. Uranij u obliku uranil-iona (UO₂²⁺) može se kvantificirati korištenjem vremenski odgođene, laserski inducirane fluorescencijske spektrometrije (TR-LIF). Ova metoda se često koristi za kontrolu i dokazivanje uranija u površinskim i podzemnim vodama u blizini postrojenja za preradu uranija, jer, između ostalog, nudi i mogućnost praćenja putem interneta. Donja granica opažanja pomoću ove tehnike iznosi 40 ng/l. Za određivanje uranija u pitkoj vodi kao i u podzemnim i površinskim vodama, sve češće se koristi AdCSV metoda. Pri tom se ion UO₂²⁺ kompleksira u kiseloj sredini hloranilinskom kiselinom te se apsorptivno elektrohemijski obogaćuje na elektrodi sačinjenoj od kapljica žive koje prolaze kroz kapilare pri 150 mV. Kasnije se rezultati unose u voltamogram u rasponu od 50 mV do -200 mV. Redukcijski vrh se pokazuje na oko -90 mV. Pomoću ove metode donja granica detekcije uranija iznosi 24 ng/l. Zbog vrlo dobre selektivnosti ova metoda je normirana kao standardna (DIN 38406-17).

Opasnosti po zdravlje

Zbog svoje radioaktivnosti, uranij je vrlo opasan po zdravlje, te kao i većina teških metala, hemijski vrlo otrovan.

Hemijski otrovni su, prije svega, spojevi uranija koji su rastvorljivi u vodi, a koji analogno spojevima olova, kadmija i žive, prvenstveno štete nefronima u bubrezima. Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) predložila je 2003. godine, povodom upotrebe osiromašenog uranija u vojnoj municiji, gornju graničnu vrijednost dnevnog unosa rastvorljivih spojeva uranija u organizam od 0,5 μg po kilogramu tjelesne težine, te 5 μg/kg težine za nerastvorljive spojeve kao i najviše 1 μg/m³ u okolnom zraku pri udisanju preko respiratornog sistema. Pri uzimanju na usta (oralno) spojeva uranija ili samog elementa, resorbira se između 0,2% i 2% unijete količine, dok se pri udisanju resorbira oko 5%. Ostatak se izbacuje kroz mokraću.

Njegova radioaktivnost proizvodi ionizirajuće zračenje, koje je uzrok promjena u genomu živih bića kao što su naprimjer mutacije, čime se između ostalog izaziva rak. Dugoživući izotopi uranija su emiteri α-zraka, u slučaju da dospiju u organizam mogu za posljedicu imati vrlo visoke doze zračenja u njemu. Pri skladištenju i korištenju uranija i njegovih spojeva posebno se treba imati na umu da se osim uranija u njemu mogu nalaziti i proizvodi raspada iz prirodnog niza raspada uranija, a koji također emitiraju beta- i vrlo prodorne gama-zrake. Između ostalih, može se javiti i radon koji kao gas može izaći izvan zatvorenog prostora ili zemljišta.

Literatura

• Tom Zoellner (2009). Uranium : war, energy, and the rock that shaped the world. Viking Penguin, Penguin Group (USA) Inc. ISBN 1-101-02304-X.
• Uranium production and raw materials for the nuclear fuel cycle - supply and demand, economics, the environment and energy security: proceedings of an International Symposium, Beč, 20-24. juni 2005. Beč, Austrija: Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA). 2006. ISBN 9201072066. ISSN 1563–0153 .
• Zeev Karpas (2015). Analytical chemistry of uranium; Environmental, Forensic, Nuclear, and Toxicological Applications. CRC PressTaylor & Francis Group. ISBN 978-1-4822-2060-5.