| Symbool | U |
|---|---|
| Atoomnummer | 92 |
| Atoommassa | 238,03 u |
| Categorie | Actinide |
| Groep | — (f-blok) |
| Periode | 7 |
| Blok | f-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 1132 °C |
| Kookpunt | 4131 °C |
| Dichtheid | 19,1 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Rn] 5f3 6d1 7s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,38 |
| Oxidatiegetallen | +4, +6 (ook +3, +5) |
| Ontdekt | 1789 door Martin Heinrich Klaproth |
| Engelse naam | Uranium |
Eigenschappen van uranium
Uranium is een zacht, zilverwit metaal met een dichtheid van 19,1 g/cm³, ongeveer 70 procent hoger dan die van lood. In lucht vormt het snel een donker oxidelaagje, en fijn verdeeld uraniumpoeder kan spontaan ontbranden. Het reageert met zuren en met heet water. De belangrijkste oxidatietoestanden zijn +4 en +6. In de natuur zit uranium vaak als uraniumdioxide (UO2), terwijl het geelgroene uranylion (UO22+) goed oplost in water. Natuurlijk uranium bestaat voor 99,3 procent uit uranium-238 (halfwaardetijd 4,5 miljard jaar) en voor 0,7 procent uit uranium-235 (704 miljoen jaar). Alleen uranium-235 is gemakkelijk splijtbaar met langzame neutronen: bij de splijting komen nieuwe neutronen vrij, waardoor een kettingreactie mogelijk is. Uranium-238 kan een neutron opvangen en zo via enkele stappen plutonium-239 vormen. Het langzame radioactief verval van uranium in de aardkorst levert een groot deel van de warmte in het binnenste van de aarde.
Naam. Klaproth noemde het element naar de planeet Uranus, die acht jaar eerder door William Herschel was ontdekt.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Uranium staat in periode 7 van het periodiek systeem, in het f-blok.
Een neutraal atoom heeft 92 protonen in de kern en 92 elektronen, verdeeld over 7 schillen: 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2. Het periodenummer (7) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Protactinium (Pa, 91); rechts/erna: Neptunium (Np, 93).
De andere actiniden: Actinium, Thorium, Protactinium, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium, Lawrencium.
Voorkomen
Uranium is in de aardkorst ongeveer even algemeen als tin, met gemiddeld zo'n 2 tot 3 gram per ton gesteente. Het belangrijkste erts is uraniniet, ook pekblende genoemd. Kazachstan, Canada, Namibië en Australië zijn grote producenten. Het erts wordt gewonnen in mijnen of door in-situ-uitloging, waarbij een oplossing door de ondergrond wordt gepompt die het uranium oplost. Na zuivering ontstaat 'yellowcake', een geel concentraat van uraniumoxiden. Voor kerncentrales wordt het aandeel uranium-235 vervolgens verrijkt van 0,7 naar 3 à 5 procent, bijvoorbeeld met gascentrifuges zoals in de verrijkingsfabriek in Almelo. Zeewater bevat ook uranium, maar in een zeer lage concentratie.
Toepassingen
- Verrijkt uranium is de brandstof van de meeste kerncentrales, die wereldwijd ongeveer een tiende van alle elektriciteit leveren.
- Hoogverrijkt uranium wordt gebruikt in kernwapens en in reactoren van onderzeeërs en vliegdekschepen.
- Verarmd uranium, dat overblijft na verrijking, dient door zijn hoge dichtheid als contragewicht in vliegtuigen en als stralingsafscherming.
- Geologen dateren gesteenten met de uranium-loodmethode, waarmee de ouderdom van de aarde op ongeveer 4,5 miljard jaar is vastgesteld.
- Vroeger werd uranium gebruikt om glas en aardewerk geelgroen te kleuren; zulk 'uraniumglas' licht op onder uv-licht.
Veelgestelde vragen
Is uranium gevaarlijk om aan te raken?
Een stuk natuurlijk of verarmd uranium vasthouden is kort niet erg gevaarlijk, omdat de alfastraling de huid niet doordringt. Het echte risico ontstaat als uranium als stof wordt ingeademd of ingeslikt. Dan beschadigt het als zwaar metaal de nieren en kan de straling van binnenuit weefsel aantasten.
Hoe wordt uranium gebruikt in een kerncentrale?
In een kerncentrale splijten uranium-235-kernen wanneer ze een neutron opvangen. Daarbij komt veel warmte vrij en ontstaan nieuwe neutronen die weer andere kernen splijten. Die warmte verhit water tot stoom, die een turbine aandrijft. Regelstaven vangen neutronen op om de kettingreactie onder controle te houden.
Waarom moet uranium verrijkt worden?
Natuurlijk uranium bevat maar 0,7 procent splijtbaar uranium-235. Voor de meeste kerncentrales is 3 tot 5 procent nodig om een kettingreactie gaande te houden. Bij verrijking worden de iets lichtere uranium-235-atomen gescheiden van uranium-238, meestal in snel draaiende gascentrifuges.