Urânio

O urânio é um metal radioativo de número atômico 92. Pertence ao grupo dos actinídeos e é essencial para a produção de energia nuclear através do processo de fissão.

O urânio é um elemento químico radioativo do grupo dos actinídeos, identificado pelo número atômico 92 e encontrado em minerais como a pechblenda. Destaca-se por seu isótopo 235, que é físsil e capaz de sustentar uma reação em cadeia, liberando quantidades significativas de energia. O urânio exige um processo de enriquecimento para aumentar a concentração desse isótopo, tornando-o viável para o uso como combustível em reatores de usinas nucleares.

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O urânio possui aplicações que vão além da energia, servindo como suporte para catalisadores químicos e até na blindagem de veículos militares devido à sua alta densidade. Há grandes reservas de urânio no Brasil, especialmente no Ceará e na Bahia, embora elas ainda representem uma pequena parcela da matriz energética nacional. O urânio oferece riscos à saúde, principalmente aos rins, mas o manejo moderno em mineradoras mantém a exposição radioativa em níveis seguros para os trabalhadores.

Resumo sobre urânio

O urânio é um metal radioativo de número atômico 92, essencial para a produção de energia nuclear através do processo de fissão.
O processo conhecido como enriquecimento do urânio consiste em aumentar a concentração do isótopo 235, pois esse é o isótopo utilizado para reações de fissão nuclear.
Como combustível nuclear, o urânio libera uma quantidade de energia imensa: uma pequena pastilha metálica equivale a cerca de uma tonelada de carvão.
O Brasil possui grandes reservas naturais de urânio, com jazidas importantes localizadas nos estados da Bahia e do Ceará.
Embora o urânio seja radioativo, os trabalhadores de mineradoras que entram em contato com o elemento utilizam protocolos que dificultam a sua contaminação.

O que é urânio?

O urânio, símbolo U, é um elemento químico de número atômico 92, localizado no sétimo período da tabela periódica, dentro da série dos actinídeos. É um elemento radioativo que foi descoberto em 1789 pelo cientista Martin Heinrich Klaproth, a partir do seu minério, a pechblenda. Seu nome é dado em homenagem ao planeta Urano, que havia sido descoberto em 1781.

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Para que serve o urânio?

O primeiro uso do urânio foi como corante para cerâmicas e vidros. Já na virada do século XIX para o século XX, os experimentos de Henri Becquerel, e depois, do casal Pierre e Marie Curie, permitiram perceber que o urânio se tratava de um elemento radioativo.

Embora essa característica tenha sido encontrada ainda na primeira década do século XX, apenas em 1938, com a descoberta da fissão nuclear por Hahn, Strassman e Meitner, o urânio foi levado para o centro do campo de energia nuclear. Assim, o urânio passou a ser explorado como combustível nuclear, já que seu isótopo de massa 235 pode sofrer fissão nuclear mediante a assimilação de um nêutron:

²³⁵U + n → produtos de fissão + energia + 2 a 3 nêutrons

A quantidade de energia cresce em progressão geométrica nesse processo reacional, uma vez que os nêutrons produzidos podem ativar outros núcleos de ²³⁵U presentes no meio, os quais produzirão mais nêutrons mediante fissão nuclear e, assim, sucessivamente, em um processo conhecido como “reação em cadeia”. A energia produzida pela fissão do urânio é de cerca de 2 x 10⁷ kWh/kg (apenas para comparação, por exemplo, 1 kg de gasolina produz cerca de 12 a 13 kWh).

Usina nuclear, local onde o urano é usado como combustível. — *O urânio é um dos principais elementos utilizados como combustível nuclear.*

Outro uso do urânio, mas nesse caso, do urânio depletado (muito pouco radioativo), é como escudo para tanques para projéteis perfurantes de blindagem, já que ele é bem denso (por volta de 19 g/cm³). Uma vez incorporado no projétil, o urânio depletado consegue penetrar profundamente em veículos altamente blindados.

O urânio pode ainda, na forma do óxido U₃O₈, ser ativo na decomposição de compostos orgânicos, como benzeno e butano, além de servir como suporte para catalisadores da reforma a vapor do metano. Nitretos de urânio também podem ser utilizados como catalisadores, como no craqueamento da amônia a 550 °C, que leva à geração de grandes quantidades de gás hidrogênio.

Veja também: Como funciona uma bomba atômica?

Características do urânio

Número atômico: 92.
Massa atômica: 238,02891 u.m.a.
Ponto de fusão: 1135 °C.
Ponto de ebulição: 4131 °C.
Densidade: 19,1 g/cm³.
Distribuição eletrônica: [Rn] 5f³7s²6d^1.
Série química: actinídeos, elementos de transição interna, metais, elementos radioativos, grupo 3.

O urânio corrói quando exposto ao ar, sendo atacado por água e ácidos diluídos, mas não por bases. As suas principais reações são as que seguem:

U + ³/₂ H₂ → UH₃

U + 3 F₂ → UF₆

3 U + ¹⁵/₂ Cl₂ → UCl₄ + UCl₅ + UCl₆

U + O₂ → UO₂

A reação com O₂ pode formar U₃O₈ também, um óxido misto de UO₂ com UO₃, porém, só ocorre mediante aquecimento.

O urânio possui três isótopos naturais 234, 235 e 238, todos com elevados tempos de meia-vida. O urânio 238 é utilizado na produção do plutônio, por meio da captura de um nêutron e sucessivos decaimentos beta.

²³⁸U + n → ²³⁹U → ²³⁹Np → ²³⁹Pu

Urânio no Brasil

Atualmente, o Brasil detém a oitava maior reserva de urânio do mundo, com cerca de 280.000 toneladas, mas com potencial para estar entre as cinco maiores reservas globais, segundo o Serviço Geológico do Brasil. Por exemplo, a região Norte do Brasil tem potencial para abrir mais de 300 mil toneladas de urânio, em áreas como Pitinga (Amazonas), ou no estado do Pará.

Outro ponto que destaca o potencial brasileiro na exploração de urânio foi a descoberta de uma jazida de urânio entre os municípios de Santa Quitéria e Itatira, no estado do Ceará, em 2024, que foi apelidada de “Petrobras do urânio”.

Atualmente, a única mina de urânio em operação no Brasil é a que funciona no depósito de Lagoa Real, em Caetité, Bahia. Nessa localidade, os recursos são estimados em 99,1 mil toneladas, com uma capacidade de produção de cerca de 400 toneladas/ano, porém com um potencial para atingir a marca de 800 toneladas de urânio produzido por ano.

Segundo o Balanço Energético Nacional do Brasil, em 2024, o urânio representou 1,3% da repartição da oferta interna de energia, sendo o recurso energético menos utilizado no país. Dos 288,3 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep) de energia consumidos no Brasil, o urânio foi responsável por apenas 4,2 Mtep.

Urânio enriquecido

O urânio enriquecido é prioritariamente utilizado como combustível nuclear, os quais são carregados em varas de combustível, como as representadas nesta imagem:

O urânio natural é majoritariamente correspondente ao isótopo 238 (²³⁸U). Ocorre que esse isótopo não é considerado físsil (mas sim, fértil). Dessa forma, por mais que possa vir a sofrer uma reação de fissão, esta não se sustenta, diferentemente do isótopo 235, o qual é físsil e consegue manter uma reação em cadeia para boa produção de energia. Porém, o isótopo 235 apresenta uma abundância natural de cerca de 0,72%, o que é muito pouco, para produção de eletricidade em reatores nucleares, que exigem níveis de 3 a 5% de ²³⁵U.

Para aumentar os níveis de urânio 235 nas amostras, o minério de urânio, U₃O₈, é convertido, após diversas etapas, em UF₆, hexafluoreto de urânio. Tal composto, na forma gasosa, permite o emprego de diversas técnicas de enriquecimento, como difusão gasosa, centrifugação gasosa ou técnicas a laser. As duas primeiras se aproveitam na diferença de massa que existe entre os isótopos ²³⁵U e ²³⁸U para fazer a separação, sendo a difusão gasosa a técnica mais empregada.

Após enriquecido, o UF₆ é reduzido a urânio metálico ou a UO₂, para que então sejam confeccionados os pellets (pastilhas) de urânio. Cada pastilha dessas, que têm uma massa na faixa de gramas, possui um potencial energético de cerca de 1 tonelada de carvão.

Urânio-235

O urânio-235 é o isótopo de massa 235 do urânio, sendo um dos isótopos naturais desse elemento. Possui uma abundância natural de, aproximadamente, 0,72%. Sofre decaimento alfa e tem um tempo de meia-vida na faixa de 7 x 10⁸ anos. Foi identificado pela primeira vez no ano de 1935, por Dempster, por meio de espectrometria de massa.

O isótopo 235 é sempre lembrado por ser um isótopo físsil, ou seja, ele pode sofrer uma reação de fissão nuclear e, além disso, sustentar a reação em cadeia. Isso ocorre quando um nêutron colide com o urânio 235, fazendo gerar a espécie instável ²³⁶U, o que se parte em produtos de fissão, 2 a 3 nêutrons por átomo, além de uma grande quantidade de energia.

²³⁵U + n → ²³⁶U → produtos de fissão + energia + 2 a 3 nêutrons

Essa energia só aumenta, uma vez que os nêutrons produzidos podem, posteriormente, encontrar outros núcleos de urânio-235, continuando e propagando a reação (por isso o nome reação em cadeia).

Onde o urânio é encontrado?

*Uma amostra de pechblenda, mineral mais comum onde o urânio pode ser encontrado.*

O urânio é um elemento encontrado em fontes minerais. Até tempos atrás, era considerado um elemento raro, mas atualmente já se sabe que sua presença natural supera elementos como mercúrio, antimônio, prata ou cádmio, sendo tão abundante quanto o molibdênio e o arsênio.

Estima-se que existem cerca de 200 minerais que possuem o urânio como um componente essencial. Destes componentes minerais, o mais comum é a pechblenda, ou uraninita, onde o urânio se apresenta na forma de um óxido misto, o U₃O₈ (UO₂ + 2 UO₃). Outras fontes minerais de destaque para o urânio são a carnotita, a autunita, o uranofano, a davidita e a torbernita.

Saiba mais: Existem elementos terras-raras no Brasil?

Urânio é perigoso?

O urânio natural ou o depletado apresentam baixos níveis de radiação. Dessa forma, seus riscos são associados a fenômenos químicos, mas não à radiação. O principal alvo do urânio são os rins, podendo causar danos nesses órgãos. Outros efeitos significativos à saúde não foram reportados de maneira concisa. Alguns estudos tentam ligar o urânio à queda de fertilidade, mas outros estudos não comprovaram o mesmo.

Quanto à radiação, essa, sim, é perigosa, e suas principais vítimas são os trabalhadores de mineradoras. Segundo a World Nuclear Association, atividades de mineração de urânio não elevam a radiação para níveis acima do permitido em locais adjacentes à atividade econômica.

Os trabalhadores, entretanto, devem ter monitoramento constante, além de protocolos para controle de riscos. Mesmo assim, é importante saber, também, que nem toda dose de radiação representará um risco para a saúde humana. As evidências científicas mostram que não há risco para câncer imediato quando as doses ficam abaixo de 100 milisieverts por ano (mSv/ano).

Atualmente, zonas de mineração buscam níveis de radiação próximos a 20 mSv/ano, o que é muito diferente de tempos atrás, como nas décadas de 1940 e 1950, quando os trabalhadores podiam estar expostos a até 750 mSv/ano. Segundo o órgão Indústrias Nucleares do Brasil, responsável pela atividade mineradora de urânio no município baiano de Caetité, cada trabalhador recebe uma dose média de 0,46 mSv/ano.

Créditos das imagens

^[1] Vladimir Tretyakov/ Shutterstok

^[2] Claudine Van Massenhove/ Shutterstok

Fontes

AGÊNCIA PARA O DESENVOLVIMENTO E INOVAÇÃO DO SETOR MINERAL BRASILEIRO (ADIMB). Brasil descobre reservas gigantescas de urânio na região Nordeste. [S. l.], 2024. Disponível em: https://www.jmendes.com.br/noticias/brasil-descobre-reservas-gigantescas-de-uranio-na-regiao-nordeste/

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Símbolo do urânio e mineral que contém urânio.

Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).