L'uranio è un elemento chimico della famiglia degli attinidi con numero atomico 92. È il combustibile nucleare più importante. La sua concentrazione nella crosta terrestre è di circa 2 parti per milione. Importanti minerali di uranio includono l'ossido di uranio (U 3 O 8), l'uraninite (UO 2), la carnotite (uranile vanadato di potassio), l'otenite (uranile fosfato di potassio) e la torbernite (uranile fosfato di rame idrato). Questi e altri minerali di uranio sono fonti di combustibile nucleare e contengono molte volte più energia di tutti i depositi di combustibili fossili recuperabili conosciuti. 1 kg di uranio 92 U fornisce la stessa energia di 3 milioni di kg di carbone.
Storia della scoperta
L'elemento chimico uranio è un metallo denso e duro di colore bianco-argenteo. È duttile, malleabile e lucidabile. Nell'aria, il metallo si ossida e, se schiacciato, si accende. Conduce l'elettricità relativamente male. La formula elettronica dell'uranio è 7s2 6d1 5f3.
Sebbene l'elemento sia stato scoperto nel 1789 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth, che gli diede il nome del pianeta Urano recentemente scoperto, il metallo stesso fu isolato nel 1841 dal chimico francese Eugene-Melchior Peligot mediante riduzione dal tetracloruro di uranio (UCl 4) con potassio.
Radioattività
La creazione della tavola periodica da parte del chimico russo Dmitri Mendeleev nel 1869 focalizzò l'attenzione sull'uranio come l'elemento più pesante conosciuto, che rimase fino alla scoperta del nettunio nel 1940. Nel 1896, il fisico francese Henri Becquerel scoprì in esso il fenomeno della radioattività. Questa proprietà è stata successivamente riscontrata in molte altre sostanze. È ormai noto che l'uranio, radioattivo in tutti i suoi isotopi, è costituito da una miscela di 238 U (99,27%, emivita - 4.510.000.000 di anni), 235 U (0,72%, emivita - 713.000.000 di anni) e 234 U (0,006 %, emivita - 247.000 anni). Ciò consente, ad esempio, di determinare l'età delle rocce e dei minerali per studiare i processi geologici e l'età della Terra. Per fare ciò, misurano la quantità di piombo, che è il prodotto finale del decadimento radioattivo dell'uranio. In questo caso 238 U è l'elemento iniziale e 234 U è uno dei prodotti. 235 U dà origine alla serie di decadimento dell'attinio.
Scoperta di una reazione a catena
L'elemento chimico uranio divenne oggetto di vasto interesse e di studi intensivi dopo che i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann scoprirono in esso la fissione nucleare alla fine del 1938 quando fu bombardato con neutroni lenti. All'inizio del 1939, il fisico italo-americano Enrico Fermi suggerì che tra i prodotti della fissione atomica potessero esserci particelle elementari capaci di generare una reazione a catena. Nel 1939, i fisici americani Leo Szilard e Herbert Anderson, così come il chimico francese Frederic Joliot-Curie e i loro colleghi confermarono questa previsione. Studi successivi hanno dimostrato che, in media, vengono rilasciati 2,5 neutroni durante la fissione di un atomo. Queste scoperte portarono alla prima reazione nucleare a catena autosufficiente (02/12/1942), alla prima bomba atomica (16/07/1945), al suo primo utilizzo in guerra (06/08/1945), al primo sottomarino nucleare ( 1955) e la prima centrale nucleare su vasta scala (1957).
Stati di ossidazione
L'elemento chimico uranio, essendo un forte metallo elettropositivo, reagisce con l'acqua. Si dissolve negli acidi, ma non negli alcali. Importanti stati di ossidazione sono +4 (come nell'ossido di UO 2, nei tetraalogenuri come UCl 4 e lo ione acqua verde U4+) e +6 (come nell'ossido di UO 3, nell'esafluoruro di UF 6 e nello ione uranile UO 2 2+). In una soluzione acquosa, l'uranio è più stabile nella composizione dello ione uranile, che ha una struttura lineare [O = U = O] 2+. L'elemento ha anche gli stati +3 e +5, ma sono instabili. Red U 3+ si ossida lentamente in acqua, che non contiene ossigeno. Il colore dello ione UO 2+ non è noto perché subisce sproporzione (UO 2+ viene sia ridotto a U 4+ che ossidato a UO 2 2+) anche in soluzioni molto diluite.
Combustibile nucleare
Quando esposto a neutroni lenti, la fissione dell'atomo di uranio avviene nell'isotopo relativamente raro 235 U. Questo è l'unico materiale fissile presente in natura e deve essere separato dall'isotopo 238 U. Tuttavia, dopo l'assorbimento e il decadimento beta negativo, l'uranio -238 si trasforma nell'elemento sintetico plutonio, che viene diviso sotto l'influenza di neutroni lenti. Pertanto, l'uranio naturale può essere utilizzato nei reattori convertitori e autofertilizzanti, in cui la fissione è supportata dal raro 235 U e il plutonio viene prodotto contemporaneamente alla trasmutazione di 238 U. Il fissile 233 U può essere sintetizzato dall'isotopo naturale torio-232 ampiamente diffuso in natura per l'uso come combustibile nucleare. L'uranio è importante anche come materiale primario da cui si ottengono gli elementi transuranici sintetici.
Altri usi dell'uranio
I composti dell'elemento chimico erano precedentemente utilizzati come coloranti per la ceramica. L'esafluoruro (UF 6) è un solido con una pressione di vapore insolitamente elevata (0,15 atm = 15.300 Pa) a 25 °C. L'UF 6 è chimicamente molto reattivo, ma nonostante la sua natura corrosiva allo stato di vapore, l'UF 6 è ampiamente utilizzato nei metodi di diffusione gassosa e centrifugazione di gas per la produzione di uranio arricchito.
I composti organometallici sono un gruppo interessante e importante di composti in cui i legami metallo-carbonio collegano il metallo a gruppi organici. L'uranocene è un composto organouranico U(C 8 H 8) 2 in cui l'atomo di uranio è inserito tra due strati di anelli organici associati al cicloottatetraene C 8 H 8. La sua scoperta nel 1968 ha aperto un nuovo campo della chimica organometallica.
L'uranio naturale impoverito viene utilizzato come protezione dalle radiazioni, zavorra, nei proiettili perforanti e nelle armature dei carri armati.
Raccolta differenziata
L'elemento chimico, sebbene molto denso (19,1 g/cm3), è una sostanza relativamente debole e non infiammabile. In effetti, le proprietà metalliche dell'uranio sembrano collocarlo da qualche parte tra l'argento e gli altri veri metalli e non metalli, quindi non viene utilizzato come materiale strutturale. Il valore principale dell'uranio risiede nelle proprietà radioattive dei suoi isotopi e nella loro capacità di fissione. In natura, quasi tutto (99,27%) del metallo è costituito da 238 U. Il resto è 235 U (0,72%) e 234 U (0,006%). Di questi isotopi naturali, solo 235 U vengono fissi direttamente dall'irradiazione neutronica. Tuttavia, quando viene assorbito, il 238 U forma 239 U, che alla fine decade in 239 Pu, un materiale fissile di grande importanza per l'energia nucleare e le armi nucleari. Un altro isotopo fissile, 233 U, può essere formato dall'irradiazione neutronica di 232 Th.
Forme di cristallo
Le caratteristiche dell'uranio lo fanno reagire con l'ossigeno e l'azoto anche in condizioni normali. A temperature più elevate reagisce con un'ampia gamma di metalli leganti per formare composti intermetallici. La formazione di soluzioni solide con altri metalli è rara a causa delle speciali strutture cristalline formate dagli atomi dell'elemento. Tra la temperatura ambiente e il punto di fusione di 1132 °C, l'uranio metallico esiste in 3 forme cristalline note come alfa (α), beta (β) e gamma (γ). La trasformazione dallo stato α allo stato β avviene a 668 °C e da β a γ a 775 °C. Il γ-uranio ha una struttura cristallina cubica a corpo centrato, mentre il β ha una struttura cristallina tetragonale. La fase α è costituita da strati di atomi in una struttura ortorombica altamente simmetrica. Questa struttura distorta anisotropa impedisce agli atomi di metallo leganti di sostituire gli atomi di uranio o di occupare lo spazio tra loro nel reticolo cristallino. Si è scoperto che solo il molibdeno e il niobio formano soluzioni solide.
Minerale
La crosta terrestre contiene circa 2 parti per milione di uranio, il che indica la sua diffusa presenza in natura. Si stima che gli oceani contengano 4,5 × 109 tonnellate di questo elemento chimico. L'uranio è un costituente importante di oltre 150 minerali diversi e un componente minore di altri 50. I minerali primari presenti nelle vene idrotermali magmatiche e nelle pegmatiti includono l'uraninite e la sua variante pechblenda. In questi minerali l'elemento si presenta sotto forma di biossido, che per ossidazione può variare da UO 2 a UO 2,67. Altri prodotti economicamente significativi provenienti dalle miniere di uranio sono l'autunite (fosfato di uranile idrato di calcio), la tobernite (fosfato di uranile idrato di rame), il coffinit (silicato di uranile idrato nero) e la carnotite (vanadato di uranile idrato di potassio).
Si stima che oltre il 90% delle riserve conosciute di uranio a basso costo si trovino in Australia, Kazakistan, Canada, Russia, Sud Africa, Niger, Namibia, Brasile, Cina, Mongolia e Uzbekistan. Grandi depositi si trovano nelle formazioni rocciose conglomerate del lago Elliot, situato a nord del lago Huron in Ontario, Canada, e nella miniera d'oro sudafricana di Witwatersrand. Anche le formazioni di sabbia nell'altopiano del Colorado e nel bacino del Wyoming negli Stati Uniti occidentali contengono significative riserve di uranio.
Produzione
I minerali di uranio si trovano sia in depositi vicini alla superficie che in profondità (300-1200 m). Nel sottosuolo, lo spessore del giacimento raggiunge i 30 m Come nel caso dei minerali di altri metalli, l'uranio viene estratto in superficie utilizzando grandi attrezzature di movimento terra e lo sviluppo di depositi profondi viene effettuato utilizzando metodi tradizionali di verticale e inclinato miniere. La produzione mondiale di concentrato di uranio è stata di 70mila tonnellate nel 2013. Le miniere di uranio più produttive si trovano in Kazakistan (32% di tutta la produzione), Canada, Australia, Niger, Namibia, Uzbekistan e Russia.
I minerali di uranio contengono tipicamente solo piccole quantità di minerali contenenti uranio e non sono fondibili con metodi pirometallurgici diretti. Invece, per estrarre e purificare l'uranio devono essere utilizzate procedure idrometallurgiche. L’aumento della concentrazione riduce significativamente il carico sui circuiti di lavorazione, ma nessuno dei metodi di arricchimento convenzionali comunemente utilizzati per la lavorazione dei minerali, come gravità, flottazione, elettrostatica e persino selezione manuale, è applicabile. Con poche eccezioni, questi metodi comportano una significativa perdita di uranio.
Bruciando
La lavorazione idrometallurgica dei minerali di uranio è spesso preceduta da una fase di calcinazione ad alta temperatura. La cottura disidrata l'argilla, rimuove i materiali carboniosi, ossida i composti dello zolfo in solfati innocui e ossida qualsiasi altro agente riducente che possa interferire con la successiva lavorazione.
Lisciviazione
L'uranio viene estratto dai minerali arrostiti mediante soluzioni acquose sia acide che alcaline. Affinché tutti i sistemi di lisciviazione funzionino con successo, l'elemento chimico deve essere inizialmente presente nella forma esavalente più stabile o essere ossidato in questo stato durante la lavorazione.
La lisciviazione acida viene solitamente effettuata agitando una miscela di minerale e lisciviante per 4-48 ore a temperatura ambiente. Salvo circostanze particolari, viene utilizzato l'acido solforico. Viene fornito in quantità sufficienti ad ottenere il bagno finale a pH 1,5. Gli schemi di lisciviazione dell'acido solforico utilizzano tipicamente biossido di manganese o clorato per ossidare l'U4+ tetravalente in uranile esavalente (UO22+). Tipicamente, circa 5 kg di biossido di manganese o 1,5 kg di clorato di sodio per tonnellata sono sufficienti per l'ossidazione dell'U 4+. In entrambi i casi, l'uranio ossidato reagisce con l'acido solforico per formare il complesso anione 4- del solfato di uranile.
Il minerale contenente quantità significative di minerali essenziali come calcite o dolomite viene lisciviato con una soluzione 0,5-1 molare di carbonato di sodio. Sebbene siano stati studiati e testati vari reagenti, il principale agente ossidante dell'uranio è l'ossigeno. Tipicamente il minerale viene lisciviato in aria a pressione atmosferica e ad una temperatura di 75-80 °C per un periodo di tempo che dipende dalla specifica composizione chimica. Gli alcali reagiscono con l'uranio per formare lo ione complesso 4- facilmente solubile.
Le soluzioni risultanti dalla lisciviazione acida o carbonatica devono essere chiarificate prima dell'ulteriore lavorazione. La separazione su larga scala di argille e altri fanghi minerali viene ottenuta mediante l'uso di efficaci agenti flocculanti, tra cui poliacrilammidi, gomma guar e colla animale.
Estrazione
Gli ioni complessi 4 e 4 possono essere assorbiti dalle rispettive soluzioni di lisciviazione della resina a scambio ionico. Queste resine speciali, caratterizzate dalla cinetica di adsorbimento ed eluizione, dimensione delle particelle, stabilità e proprietà idrauliche, possono essere utilizzate in una varietà di tecnologie di lavorazione, come letto fisso, letto mobile, resina a cestello e resina continua. Tipicamente, per eluire l'uranio assorbito vengono utilizzate soluzioni di cloruro di sodio e ammoniaca o nitrati.
L'uranio può essere isolato da liquori minerali acidi mediante estrazione con solvente. Gli acidi alchilfosforici e le alchilammine secondarie e terziarie vengono utilizzati nell'industria. Generalmente, l'estrazione con solvente è preferita rispetto ai metodi di scambio ionico per filtrati acidi contenenti più di 1 g/L di uranio. Tuttavia, questo metodo non è applicabile alla lisciviazione del carbonato.
L'uranio viene quindi purificato sciogliendolo in acido nitrico per formare nitrato di uranile, estratto, cristallizzato e calcinato per formare triossido di UO 3. Il biossido ridotto UO2 reagisce con il fluoruro di idrogeno per formare il tafluoruro UF4, da cui l'uranio metallico viene ridotto mediante magnesio o calcio ad una temperatura di 1300 °C.
Il tetrafluoruro può essere fluorurato a 350 ° C per formare esafluoruro di UF 6, che viene utilizzato per separare l'uranio-235 arricchito mediante diffusione gassosa, centrifugazione di gas o diffusione termica liquida.
Urano è uno degli elementi metallici pesanti della tavola periodica. L'uranio è ampiamente utilizzato nell'industria energetica e militare. Nella tavola periodica si trova al numero 92 ed è indicato con la lettera latina U con numero di massa 238.
Come è stato scoperto Urano
In generale, un elemento chimico come l'uranio è noto da molto tempo. È noto che anche prima della nostra era, l'ossido di uranio naturale veniva utilizzato per produrre smalto giallo per ceramica. La scoperta di questo elemento può essere fatta risalire al 1789, quando un chimico tedesco di nome Martin Heinrich Klaproth recuperò un materiale simile al metallo nero da un minerale. Martin decise di chiamare questo materiale Urano per supportare il nome del nuovo pianeta scoperto con lo stesso nome (il pianeta Urano fu scoperto nello stesso anno). Nel 1840 si scoprì che questo materiale, scoperto da Klaproth, si rivelò essere ossido di uranio, nonostante la caratteristica lucentezza metallica. Eugene Melchior Peligot sintetizzò l'uranio atomico dall'ossido e determinò il suo peso atomico in 120 UA, e nel 1874 Mendeleev raddoppiò questo valore, collocandolo nella cella più lontana della sua tabella. Solo 12 anni dopo, la decisione di Mendeleev di raddoppiare la massa fu confermata dagli esperimenti del chimico tedesco Zimmermann.
Dove e come viene estratto l'uranio?
L'uranio è un elemento abbastanza comune, ma è comune sotto forma di minerale di uranio. Per farti capire, il suo contenuto nella crosta terrestre è lo 0,00027% della massa totale della Terra. Il minerale di uranio si trova tipicamente in rocce minerali acide con un alto contenuto di silicio. I principali tipi di minerali di uranio sono pechblenda, carnotite, casolite e samarskite. Le maggiori riserve di minerali di uranio, tenendo conto dei depositi di riserva, si trovano in paesi come Australia, Russia e Kazakistan e tra tutti questi il Kazakistan occupa una posizione di leadership. L’estrazione dell’uranio è una procedura molto difficile e costosa. Non tutti i paesi possono permettersi di estrarre e sintetizzare uranio puro. La tecnologia di produzione è la seguente: nelle miniere vengono estratti minerali o minerali paragonabili all'oro o alle pietre preziose. Le rocce estratte vengono frantumate e mescolate con acqua per separare la polvere di uranio dal resto. La polvere di uranio è molto pesante e quindi precipita più velocemente delle altre. Il passo successivo è purificare la polvere di uranio da altre rocce mediante lisciviazione acida o alcalina. La procedura è più o meno questa: la miscela di uranio viene riscaldata a 150 °C e viene fornito ossigeno puro sotto pressione. Di conseguenza, si forma acido solforico, che purifica l'uranio da altre impurità. Ebbene, nella fase finale, vengono selezionate le particelle di uranio puro. Oltre alla polvere di uranio, ci sono anche altri minerali utili.
Il pericolo delle radiazioni radioattive dell'uranio
Tutti sono ben consapevoli del concetto di radiazione radioattiva e del fatto che provoca danni irreparabili alla salute, che portano alla morte. L'uranio è uno di questi elementi che, in determinate condizioni, può rilasciare radiazioni radioattive. In forma libera, a seconda della varietà, può emettere raggi alfa e beta. I raggi alfa non rappresentano un grande pericolo per l'uomo se l'irradiazione è esterna poiché queste radiazioni hanno una bassa capacità di penetrazione, ma quando entrano nel corpo causano danni irreparabili. Anche un foglio di carta da lettere è sufficiente per contenere i raggi alfa esterni. Con le radiazioni beta le cose sono più serie, ma non di molto. Il potere di penetrazione delle radiazioni beta è superiore a quello delle radiazioni alfa, ma per contenere le radiazioni beta saranno necessari 3-5 mm di tessuto. Puoi dirmi com'è? L'uranio è un elemento radioattivo utilizzato nelle armi nucleari! Esatto, viene utilizzato nelle armi nucleari, che causano danni colossali a tutti gli esseri viventi. È solo che quando una testata nucleare esplode, il danno principale agli organismi viventi è causato dalle radiazioni gamma e da un flusso di neutroni. Questi tipi di radiazioni si formano a seguito di una reazione termonucleare durante l'esplosione di una testata, che rimuove le particelle di uranio da uno stato stabile e distrugge tutta la vita sulla terra.
Varietà di uranio
Come accennato in precedenza, l'uranio ha diverse varietà. Le varietà implicano la presenza di isotopi, quindi capisci che gli isotopi implicano gli stessi elementi, ma con numeri di massa diversi.
Quindi ne esistono di due tipi:
- Naturale;
- Artificiale;
Come avrai intuito, quello naturale è quello estratto dalla terra e quello artificiale è creato dalle persone da sole. Gli isotopi naturali includono gli isotopi dell'uranio con numeri di massa 238, 235 e 234. Inoltre, l'U-234 è figlia dell'U-238, cioè il primo è ottenuto dal decadimento del secondo in condizioni naturali. Il secondo gruppo di isotopi, creato artificialmente, ha un numero di massa compreso tra 217 e 242. Ciascuno degli isotopi ha proprietà diverse ed è caratterizzato da un comportamento diverso in determinate condizioni. A seconda delle necessità, gli scienziati nucleari cercano di trovare ogni tipo di soluzione ai problemi, perché ogni isotopo ha un valore energetico diverso.
Emivite
Come accennato in precedenza, ciascuno degli isotopi dell'uranio ha un valore energetico diverso e proprietà diverse, una delle quali è l'emivita. Per capire di cosa si tratta è necessario partire da una definizione. L'emivita è il tempo durante il quale il numero di atomi radioattivi viene ridotto della metà. L'emivita influenza molti fattori, ad esempio il suo valore energetico o la completa purificazione. Se prendiamo quest’ultimo come esempio, possiamo calcolare quanto tempo ci vorrà per eliminare completamente la contaminazione radioattiva dalla terra. Emivita degli isotopi dell'uranio:
Come si può vedere dalla tabella, il tempo di dimezzamento degli isotopi varia da pochi minuti a centinaia di milioni di anni. Ognuno di essi trova applicazione in diversi ambiti della vita delle persone.
L'utilizzo dell'uranio è molto diffuso in molti campi di attività, ma riveste maggior valore nei settori energetico e militare. L'isotopo U-235 è di grande interesse. Il suo vantaggio è che è in grado di mantenere in modo indipendente una reazione nucleare a catena, ampiamente utilizzata negli affari militari per la produzione di armi nucleari e come combustibile nei reattori nucleari. Inoltre, l'uranio è ampiamente utilizzato in geologia per determinare l'età di minerali e rocce, nonché per determinare il corso dei processi geologici. Nell'industria automobilistica e aeronautica, l'uranio impoverito viene utilizzato come contrappeso e elemento di centraggio. Trovava applicazione anche in pittura, e più specificatamente come pittura per porcellana e per la fabbricazione di smalti e smalti ceramici. Un altro punto interessante può essere considerato l'uso dell'uranio impoverito per la protezione dalle radiazioni radioattive, per quanto strano possa sembrare.
URANIO (elemento chimico) URANIO (elemento chimico)
URANIO (lat. Uranio), U (leggi “uranio”), elemento chimico radioattivo con numero atomico 92, massa atomica 238,0289. Attinoide. L'uranio naturale è costituito da una miscela di tre isotopi: 238 U, 99,2739%, con un tempo di dimezzamento T 1/2 = 4,51 10 9 anni, 235 U, 0,7024%, con emivita T 1/2 = 7,13 10 8 anni, 234 U, 0,0057%, con emivita T 1/2 = 2,45 10 5 anni. 238 U (uranio-I, UI) e 235 U (attinouranio, AcU) sono i fondatori della serie radioattiva. Degli 11 radionuclidi prodotti artificialmente con numeri di massa 227-240, il longevo 233 U ( T 1/2 = 1,62 10 5 anni), si ottiene mediante irradiazione neutronica del torio (cm. TORIO).
Configurazione di tre strati elettronici esterni 5 S 2
P 6
D 10 F 3 6S 2
P 6
D 1 7 S 2
, a cui appartiene l'uranio F-elementi. Situato nel gruppo IIIB nel 7° periodo della tavola periodica degli elementi. Nei composti presenta stati di ossidazione +2, +3, +4, +5 e +6, valenze II, III, IV, V e VI.
Il raggio di un atomo di uranio neutro è 0,156 nm, il raggio degli ioni: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm e U 6+ - 0,083 nm. Le energie della successiva ionizzazione dell'atomo sono 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Elettronegatività secondo Pauling (cm. PAULING Linus) 1,22.
Storia della scoperta
L'uranio fu scoperto nel 1789 dal chimico tedesco M. G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) quando si studia il minerale “resina blenda”. È stato chiamato in onore del pianeta Urano, scoperto da W. Herschel (cm. HERSCHEL) nel 1781. Allo stato metallico, l'uranio fu ottenuto nel 1841 dal chimico francese E. Peligot (cm. PELIGOT Eugenio Melchiorre) quando si riduce UCl 4 con potassio metallico. Le proprietà radioattive dell'uranio furono scoperte nel 1896 dal francese A. Becquerel (cm. BECQUEREL Antoine Henri).
Inizialmente, all'uranio fu assegnata una massa atomica di 116, ma nel 1871 D. I. Mendeleev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovic) Sono giunto alla conclusione che dovrebbe essere raddoppiato. Dopo la scoperta degli elementi con numeri atomici da 90 a 103, il chimico americano G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) ha concluso che questi elementi (attinidi) (cm. ACTINOIDI)È più corretto posizionarlo nella tavola periodica nella stessa cella con l'elemento n. 89 attinio. Questa disposizione è dovuta al fatto che gli attinidi subiscono il completamento di 5 F-sottolivello elettronico.
Essere nella natura
L'uranio è un elemento caratteristico dello strato granitico e del guscio sedimentario della crosta terrestre. Il contenuto nella crosta terrestre è del 2,5·10 -4% in peso. Nell'acqua di mare la concentrazione di uranio è inferiore a 10 -9 g/l; in totale l'acqua di mare contiene da 10 9 a 10 10 tonnellate di uranio. L'uranio non si trova in forma libera nella crosta terrestre. Si conoscono circa 100 minerali di uranio, i più importanti dei quali sono la pechblenda U 3 O 8 e l'uraninite (cm. URANINITE)(U,Th)O 2, minerale di resina di uranio (contiene ossidi di uranio di composizione variabile) e tyuyamunite Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2 ] 8H 2 O.
Ricevuta
L'uranio è ottenuto da minerali di uranio contenenti 0,05-0,5% U. L'estrazione dell'uranio inizia con la produzione del concentrato. I minerali vengono lisciviati con soluzioni di acido solforico, nitrico o alcali. La soluzione risultante contiene sempre impurità di altri metalli. Quando si separa l'uranio da essi, vengono utilizzate le differenze nelle loro proprietà redox. I processi redox sono combinati con processi di scambio ionico ed estrazione.
Dalla soluzione risultante si estrae l'uranio sotto forma di ossido o tetrafluoruro UF 4 mediante il metodo metallotermico:
UF4 + 2Mg = 2MgF2 + U
L'uranio risultante contiene piccole quantità di impurità di boro (cm. BOR (elemento chimico)),
cadmio (cm. CADMIO) e alcuni altri elementi, i cosiddetti veleni dei reattori. Assorbendo i neutroni prodotti durante il funzionamento di un reattore nucleare, rendono l'uranio inadatto all'uso come combustibile nucleare.
Per eliminare le impurità, l'uranio metallico viene sciolto nell'acido nitrico, producendo nitrato di uranile UO 2 (NO 3) 2. Il nitrato di uranile viene estratto da una soluzione acquosa con tributilfosfato. Il prodotto di purificazione dell'estratto viene nuovamente convertito in ossido di uranio o tetrafluoruro, da cui si ottiene nuovamente il metallo.
Parte dell'uranio viene ottenuta rigenerando il combustibile nucleare esaurito nel reattore. Tutte le operazioni di rigenerazione dell'uranio vengono effettuate da remoto.
Proprietà fisiche e chimiche
L'uranio è un metallo lucido bianco-argenteo. L'uranio metallico esiste in tre forme allotropiche (cm. ALLOTROPIA) modifiche. La modifica a con un reticolo ortorombico è stabile fino a 669°C, parametri UN= 0,2854 nm, V= 0,5869 nm e Con= 0,4956 nm, densità 19,12 kg/dm3. Da 669°C a 776°C, la modifica b con reticolo tetragonale è stabile (parametri UN= 1,0758 nm, Con= 0,5656 nm). La modifica g con un reticolo cubico a corpo centrato è stabile fino ad una temperatura di fusione di 1135°C ( UN= 0,3525 nm). Punto di ebollizione 4200°C.
L'attività chimica dell'uranio metallico è elevata. Nell'aria si ricopre di una pellicola di ossido. L'uranio in polvere è piroforico; dopo la combustione dell'uranio e la decomposizione termica di molti dei suoi composti nell'aria, si forma l'ossido di uranio U 3 O 8. Se questo ossido viene riscaldato in un'atmosfera di idrogeno (cm. IDROGENO) a temperature superiori a 500°C si forma biossido di uranio UO 2:
U3O8 + H2 = 3UO2 + 2H2O
Se il nitrato di uranile UO 2 (NO 3) 2 viene riscaldato a 500°C, durante la decomposizione forma triossido di uranio UO 3. Oltre agli ossidi di uranio della composizione stechiometrica UO 2 , UO 3 e U 3 O 8 , sono noti l'ossido di uranio della composizione U 4 O 9 e numerosi ossidi metastabili e ossidi di composizione variabile.
Quando gli ossidi di uranio vengono fusi con ossidi di altri metalli, si formano gli uranati: K 2 UO 4 (uranato di potassio), CaUO 4 (uranato di calcio), Na 2 U 2 O 7 (diuranato di sodio).
Interazione con gli alogeni (cm. ALOGENE), l'uranio produce alogenuri di uranio. Tra questi, l'esafluoruro di UF 6 è una sostanza cristallina gialla che sublima facilmente anche a basso riscaldamento (40-60°C) e viene altrettanto facilmente idrolizzata dall'acqua. L'esafluoruro di uranio UF 6 è della massima importanza pratica. Si ottiene facendo reagire l'uranio metallico, gli ossidi di uranio o l'UF 4 con fluoro o agenti fluoruranti BrF 3, CCl 3 F (Freon-11) o CCl 2 F 2 (Freon-12):
U3O8 + 6CCl2 F2 = UF4 + 3COCl2 + CCl4 + Cl2
UF4 + F2 = UF6
O
U3O8 + 9F2 = 3UF6 + 4O2
Sono noti fluoruri e cloruri che corrispondono agli stati di ossidazione dell'uranio +3, +4, +5 e +6. Sono stati ottenuti bromuri di uranio UBr 3, UBr 4 e UBr 5, nonché ioduri di uranio UI 3 e UI 4. Sono stati sintetizzati ossialogenuri di uranio come UO 2 Cl 2 UOCl 2 e altri.
Quando l'uranio interagisce con l'idrogeno, si forma l'idruro di uranio UH 3, che ha un'elevata attività chimica. Quando riscaldato, l'idruro si decompone producendo idrogeno e uranio in polvere. Quando l'uranio viene sinterizzato con boro, a seconda del rapporto molare dei reagenti e delle condizioni del processo, compaiono boruri UB 2, UB 4 e UB 12.
Con carbonio (cm. CARBONIO) l'uranio forma tre carburi UC, U 2 C 3 e UC 2.
Interazione dell'uranio con il silicio (cm. SILICIO) furono ottenuti i siliciuri U 3 Si, U 3 Si 2, USi, U 3 Si 5, USi 2 e U 3 Si 2.
Sono stati ottenuti nitruri di uranio (UN, UN 2, U 2 N 3) e fosfuri di uranio (UP, U 3 P 4, UP 2). Con zolfo (cm. ZOLFO) l'uranio forma una serie di solfuri: U 3 S 5, US, US 2, US 3 e U 2 S 3.
L'uranio metallico si dissolve in HCl e HNO 3 e reagisce lentamente con H 2 SO 4 e H 3 PO 4. Si formano sali contenenti il catione uranile UO 2 2+.
Nelle soluzioni acquose, i composti dell'uranio esistono negli stati di ossidazione da +3 a +6. Potenziale di ossidazione standard della coppia U(IV)/U(III) - 0,52 V, coppia U(V)/U(IV) 0,38 V, coppia U(VI)/U(V) 0,17 V, coppia U(VI)/ U(IV) 0,27. Lo ione U 3+ è instabile in soluzione, lo ione U 4+ è stabile in assenza di aria. Il catione UO 2+ è instabile e in soluzione è sproporzionato in U 4+ e UO 2 2+. Gli ioni U 3+ hanno un caratteristico colore rosso, gli ioni U 4+ hanno un colore verde e gli ioni UO 2 2+ hanno un colore giallo.
Nelle soluzioni, i composti dell'uranio sono più stabili nello stato di ossidazione +6. Tutti i composti di uranio nelle soluzioni sono soggetti a idrolisi e formazione di complessi, soprattutto - cationi U 4+ e UO 2 2+.
Applicazione
L'uranio metallico e i suoi composti sono utilizzati principalmente come combustibile nucleare nei reattori nucleari. Una miscela a basso arricchimento di isotopi di uranio viene utilizzata nei reattori stazionari delle centrali nucleari. Prodotto altamente arricchito - nei reattori nucleari che funzionano con neutroni veloci. 235 U è la fonte di energia nucleare nelle armi nucleari. 238 U funge da fonte di combustibile nucleare secondario: il plutonio.
Azione fisiologica
Si trova in microquantità (10 -5 -10 -8%) nei tessuti delle piante, degli animali e dell'uomo. Si accumula in massima misura da alcuni funghi e alghe. I composti dell'uranio vengono assorbiti nel tratto gastrointestinale (circa l'1%), nei polmoni - 50%. I principali depositi nel corpo: milza, reni, scheletro, fegato, polmoni e linfonodi broncopolmonari. Il contenuto negli organi e nei tessuti dell'uomo e degli animali non supera i 10 -7 g.
L'uranio e i suoi composti sono altamente tossici. Gli aerosol di uranio e dei suoi composti sono particolarmente pericolosi. Per gli aerosol di composti di uranio solubili in acqua, l'MPC nell'aria è 0,015 mg/m 3 , per le forme insolubili di uranio l'MPC è 0,075 mg/m 3 . Quando l'uranio entra nel corpo, colpisce tutti gli organi, essendo un veleno cellulare generale. Il meccanismo d'azione molecolare dell'uranio è associato alla sua capacità di sopprimere l'attività enzimatica. I reni sono colpiti principalmente (proteine e zuccheri compaiono nelle urine, oliguria). Con l'intossicazione cronica sono possibili disturbi dell'ematopoiesi e del sistema nervoso.
Dizionario enciclopedico. 2009 .
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U (Uran, uranio; a O = 16 peso atomico U = 240) l'elemento con il peso atomico più alto; Tutti gli elementi, in peso atomico, si collocano tra l'idrogeno e l'uranio. Questo è il membro più pesante del sottogruppo metallico del gruppo VI della tavola periodica (vedi Cromo, ... ... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron
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- (cielo greco di Urano). 1) dio del cielo, padre di Saturno, il più antico degli dei, in greco. mitol. 2) un metallo raro che allo stato puro ha l'aspetto di foglie argentate. 3) un grande pianeta scoperto da Herschel nel 1781. Dizionario di parole straniere incluso in ... ... Dizionario delle parole straniere della lingua russa
Urano:* Urano (mitologia) antico dio greco. Figlio di Gaia * Urano (pianeta) pianeta del sistema solare * Urano (strumento musicale) antico strumento a fiato musicale turco e kazako * Urano (elemento) elemento chimico * Operazione ... ... Wikipedia
- (Uranio), U, elemento chimico radioattivo del gruppo III della tavola periodica, numero atomico 92, massa atomica 238,0289; appartiene agli attinidi; metallo, punto di fusione 1135shC. L'uranio è l'elemento principale dell'energia nucleare (combustibile nucleare), utilizzato in... ... Enciclopedia moderna
Una scoperta su scala planetaria. Questa può essere chiamata la scoperta di Urano da parte degli scienziati. Il pianeta fu scoperto nel 1781.
La sua scoperta è diventata la ragione per nominarne uno elementi della tavola periodica. Urano il metallo fu isolato dalla resina blenda nel 1789.
L'entusiasmo attorno al nuovo pianeta non si era ancora calmato, quindi l'idea di dare un nome alla nuova sostanza giaceva in superficie.
Alla fine del XVIII secolo non esisteva il concetto di radioattività. Nel frattempo, questa è la proprietà principale dell'uranio terrestre.
Gli scienziati che hanno lavorato con lui sono stati esposti alle radiazioni senza saperlo. Chi è stato il pioniere e quali sono le altre proprietà dell'elemento, lo diremo ulteriormente.
Proprietà dell'uranio
Uranio - elemento, scoperto da Martin Klaproth. Ha fuso la resina con la sostanza caustica. Il prodotto della fusione era incompletamente solubile.
Klaproth si rese conto che i presunti , e non sono presenti nella composizione del minerale. Quindi, lo scienziato ha sciolto la blenda in .
Dalla soluzione sono caduti esagoni verdi. Il chimico li ha esposti al sangue giallo, cioè all'esacianoferrato di potassio.
Dalla soluzione precipita un precipitato marrone. Klaproth ha ripristinato questo ossido con olio di lino e lo ha calcinato. Il risultato è stato una polvere.
Dovevo già calcinarlo mescolandolo con il marrone. Nella massa sinterizzata sono stati trovati grani di nuovo metallo.
Successivamente si è scoperto che non lo era uranio puro, e il suo biossido. L'elemento fu ottenuto separatamente solo 60 anni dopo, nel 1841. E altri 55 anni dopo, Antoine Becquerel scoprì il fenomeno della radioattività.
Radioattività dell'uranio a causa della capacità del nucleo dell’elemento di catturare neutroni e frammentarsi. Allo stesso tempo viene rilasciata un'energia impressionante.
È determinato dai dati cinetici della radiazione e dei frammenti. È possibile garantire la fissione continua dei nuclei.
La reazione a catena inizia quando l'uranio naturale si arricchisce del suo 235esimo isotopo. Non è come se fosse aggiunto al metallo.
Al contrario, il 238esimo nuclide poco radioattivo e inefficace, così come il 234esimo, vengono rimossi dal minerale.
La loro miscela è detta impoverita e l'uranio rimanente è detto arricchito. Questo è esattamente ciò di cui hanno bisogno gli industriali. Ma di questo parleremo in un capitolo a parte.
Urano irradia, sia alfa che beta con raggi gamma. Sono stati scoperti vedendo l'effetto del metallo su una lastra fotografica avvolta nel nero.
Divenne chiaro che il nuovo elemento emetteva qualcosa. Mentre i Curie stavano indagando su cosa esattamente, Maria ricevette una dose di radiazioni che fece sviluppare al chimico un cancro al sangue, di cui la donna morì nel 1934.
Le radiazioni beta possono distruggere non solo il corpo umano, ma anche il metallo stesso. Quale elemento è formato dall'uranio? Risposta: - breve.
Altrimenti si chiama protoattinio. Scoperto nel 1913, proprio durante lo studio dell'uranio.
Quest'ultimo si trasforma in brevio senza influenze e reagenti esterni, solo per decadimento beta.
Esternamente uranio – elemento chimico- colori con una lucentezza metallica.
Ecco come appaiono tutti gli attinidi, a cui appartiene la sostanza 92. Il gruppo inizia con il numero 90 e termina con il numero 103.
In cima alla lista elemento radioattivo uranio, si manifesta come agente ossidante. Gli stati di ossidazione possono essere 2°, 3°, 4°, 5°, 6°.
Cioè, il 92esimo metallo è chimicamente attivo. Se maciniamo l'uranio in polvere, si accenderà spontaneamente nell'aria.
Nella sua forma abituale, la sostanza si ossida a contatto con l'ossigeno, ricoprendosi di una pellicola iridescente.
Se porti la temperatura a 1000 gradi Celsius, chimico. elemento uranio connesso con . Si forma un nitruro metallico. Questa sostanza è di colore giallo.
Gettatelo nell'acqua e si dissolverà, proprio come l'uranio puro. Anche tutti gli acidi lo corrodono. L'elemento sposta l'idrogeno dagli elementi organici.
L'uranio lo spinge anche fuori dalle soluzioni saline, , , , . Se si agita tale soluzione, le particelle del 92esimo metallo inizieranno a brillare.
Sali di uranio instabili, si disintegrano alla luce o in presenza di materia organica.
L'elemento forse è indifferente solo agli alcali. Il metallo non reagisce con loro.
Scoperta dell'uranioè la scoperta di un elemento superpesante. La sua massa permette di isolare il metallo, o più precisamente, i minerali che lo contengono, dal minerale.
Basta schiacciarlo e versarlo nell'acqua. Le particelle di uranio si depositeranno per prime. È qui che inizia l'estrazione dei metalli. Dettagli nel prossimo capitolo.
Estrazione dell'uranio
Dopo aver ricevuto un sedimento pesante, gli industriali lisciviano il concentrato. L'obiettivo è convertire l'uranio in soluzione. Viene utilizzato acido solforico.
Viene fatta un'eccezione per tar. Questo minerale non è solubile in acido, quindi vengono utilizzati gli alcali. Il segreto delle difficoltà sta nello stato quadrivalente dell'uranio.
Anche la lisciviazione acida non funziona con. In questi minerali anche il 92° metallo è quadrivalente.
Questo viene trattato con idrossido, noto come soda caustica. In altri casi, lo spurgo dell'ossigeno è utile. Non è necessario fare scorta di acido solforico separatamente.
È sufficiente riscaldare il minerale con minerali solforati a 150 gradi e dirigervi un flusso di ossigeno. Ciò porta alla formazione di acido, che viene lavato via Urano.
Elemento chimico e sua applicazione associato a forme pure di metallo. Per rimuovere le impurità, viene utilizzato l'assorbimento.
Viene effettuato su resine a scambio ionico. È adatta anche l'estrazione con solventi organici.
Resta da aggiungere gli alcali alla soluzione per far precipitare gli uranati di ammonio, scioglierli in acido nitrico e sottoporli.
Il risultato saranno gli ossidi del 92esimo elemento. Vengono riscaldati a 800 gradi e ridotti con idrogeno.
L'ossido finale viene convertito in fluoruro di uranio, da cui si ottiene il metallo puro mediante riduzione termica del calcio. , come puoi vedere, non è semplice. Perché sforzarsi così tanto?
Applicazioni dell'uranio
Il 92esimo metallo è il principale combustibile dei reattori nucleari. Per quelle stazionarie è adatta una miscela magra e per le centrali elettriche viene utilizzato un elemento arricchito.
Il 235° isotopo è anche la base delle armi nucleari. Il combustibile nucleare secondario può essere ottenuto anche dal metallo 92.
Qui vale la pena porsi la domanda: in quale elemento si trasforma l'uranio?. Dal suo 238esimo isotopo, , c'è un'altra sostanza radioattiva e superpesante.
Proprio al 238esimo uranio Grande metà vita, dura 4,5 miliardi di anni. Tale distruzione a lungo termine porta a una bassa intensità energetica.
Se consideriamo l'uso dei composti dell'uranio, i suoi ossidi sono utili. Sono utilizzati nell'industria del vetro.
Gli ossidi agiscono come coloranti. Può essere ottenuto dal giallo pallido al verde scuro. Il materiale emette fluorescenza ai raggi ultravioletti.
Questa proprietà viene utilizzata non solo nei vetri, ma anche negli smalti all'uranio. Gli ossidi di uranio in essi contenuti vanno dallo 0,3 al 6%.
Di conseguenza, lo sfondo è sicuro e non supera i 30 micron all'ora. Foto di elementi di uranio, o meglio, i prodotti con la sua partecipazione, sono molto colorati. Il bagliore del vetro e dei piatti attira lo sguardo.
Prezzo dell'uranio
Per un chilogrammo di ossido di uranio non arricchito danno circa 150 dollari. I valori di picco sono stati osservati nel 2007.
Poi il costo ha raggiunto i 300 dollari al chilo. Lo sviluppo dei minerali di uranio rimarrà redditizio anche ad un prezzo di 90-100 unità convenzionali.
Chi ha scoperto l'elemento uranio, non sapeva quali fossero le sue riserve nella crosta terrestre. Ora vengono contati.
I grandi depositi con un prezzo di produzione redditizio saranno esauriti entro il 2030.
Se non verranno scoperti nuovi giacimenti o alternative al metallo, il suo costo aumenterà.
Urano è il settimo pianeta del sistema solare e il terzo gigante gassoso. Il pianeta è il terzo e il quarto più grande in massa e ha ricevuto il suo nome in onore del padre del dio romano Saturno.
Esattamente Urano ha l'onore di essere il primo pianeta scoperto nella storia moderna. Tuttavia, in realtà, la sua scoperta iniziale come pianeta non è realmente avvenuta. Nel 1781, l'astronomo William Herschel mentre osservava le stelle nella costellazione dei Gemelli, notò un certo oggetto a forma di disco, che inizialmente registrò come una cometa, che riferì alla Royal Scientific Society of England. Tuttavia, in seguito lo stesso Herschel rimase perplesso dal fatto che l'orbita dell'oggetto si rivelò praticamente circolare e non ellittica, come nel caso delle comete. Fu solo quando questa osservazione fu confermata da altri astronomi che Herschel arrivò alla conclusione di aver effettivamente scoperto un pianeta, non una cometa, e la scoperta fu finalmente ampiamente accettata.
Dopo aver confermato i dati secondo cui l'oggetto scoperto era un pianeta, Herschel ricevette lo straordinario privilegio di dargli il suo nome. Senza esitazione, l’astronomo scelse il nome del re Giorgio III d’Inghilterra e chiamò il pianeta Georgium Sidus, che tradotto significa “Stella di Giorgio”. Tuttavia, il nome non ha mai ricevuto il riconoscimento scientifico e gli scienziati, per la maggior parte,è giunto alla conclusione che è meglio aderire a una certa tradizione nel nominare i pianeti del sistema solare, vale a dire nominarli in onore degli antichi dei romani. È così che Urano ha preso il suo nome moderno.
Attualmente, l'unica missione planetaria che è riuscita a raccogliere informazioni su Urano è Voyager 2.
Questo incontro, avvenuto nel 1986, ha permesso agli scienziati di ottenere una quantità abbastanza grande di dati sul pianeta e di fare molte scoperte. La navicella spaziale ha trasmesso migliaia di fotografie di Urano, delle sue lune e degli anelli. Anche se molte fotografie del pianeta mostravano poco più del colore blu-verde visibile dai telescopi terrestri, altre immagini mostravano la presenza di dieci lune precedentemente sconosciute e di due nuovi anelli. Non sono previste nuove missioni su Urano nel prossimo futuro.
A causa del colore blu scuro di Urano, si è rivelato molto più difficile creare un modello atmosferico del pianeta rispetto ai modelli dello stesso o addirittura . Fortunatamente, le immagini del telescopio spaziale Hubble hanno fornito un quadro più ampio. Le più moderne tecnologie di imaging dei telescopi hanno permesso di ottenere immagini molto più dettagliate di quelle della Voyager 2. Così, grazie alle fotografie di Hubble, è stato possibile scoprire che su Urano ci sono bande latitudinali, come su altri giganti gassosi. Inoltre, la velocità del vento sul pianeta può raggiungere più di 576 km/ora.
Si ritiene che la ragione dell'apparizione di un'atmosfera monotona sia la composizione del suo strato più alto. Gli strati visibili delle nuvole sono composti principalmente da metano, che assorbe queste lunghezze d'onda osservate corrispondenti al colore rosso. Pertanto, le onde riflesse sono rappresentate come colori blu e verde.
Sotto questo strato esterno di metano, l'atmosfera è costituita per circa l'83% da idrogeno (H2) e per il 15% da elio, con la presenza di metano e acetilene. Questa composizione è simile a quella di altri giganti gassosi del Sistema Solare. Tuttavia, l'atmosfera di Urano è sorprendentemente diversa anche per un altro aspetto. Mentre Giove e Saturno hanno atmosfere prevalentemente gassose, l'atmosfera di Urano contiene molto più ghiaccio. La prova di ciò sono le temperature estremamente basse sulla superficie. Considerando il fatto che la temperatura dell'atmosfera di Urano raggiunge i -224 ° C, può essere definita l'atmosfera più fredda del sistema solare. Inoltre, i dati disponibili indicano che temperature così estremamente basse sono presenti su quasi tutta la superficie di Urano, anche sul lato non illuminato dal Sole.
Urano, secondo gli scienziati planetari, è costituito da due strati: il nucleo e il mantello. I modelli attuali suggeriscono che il nucleo sia composto principalmente da roccia e ghiaccio e abbia una massa circa 55 volte superiore. Il mantello del pianeta pesa 8,01 x 10 elevato a 24 kg, ovvero circa 13,4 masse terrestri. Inoltre, il mantello è costituito da acqua, ammoniaca e altri elementi volatili. La differenza principale tra il mantello di Urano e quello di Giove e Saturno è che è ghiacciato, anche se non nel senso tradizionale del termine. Il fatto è che il ghiaccio è molto caldo e spesso e lo spessore del mantello è di 5.111 km.
Ciò che più sorprende nella composizione di Urano, e ciò che lo distingue dagli altri giganti gassosi del nostro sistema stellare, è che non irradia più energia di quanta ne riceve dal Sole. Dato che anche , che è molto vicino per dimensioni a Urano, produce circa 2,6 volte più calore di quello che riceve dal Sole, gli scienziati oggi sono molto incuriositi da una potenza così debole generata da Urano. Al momento ci sono due spiegazioni per questo fenomeno. Il primo indica che Urano è stato esposto a un enorme oggetto spaziale in passato, causando la perdita nello spazio di gran parte del suo calore interno (acquisito durante la formazione). La seconda teoria afferma che esiste una sorta di barriera all'interno del pianeta che non consente al calore interno del pianeta di fuoriuscire verso la superficie.
Orbita e rotazione di Urano
La stessa scoperta di Urano ha permesso agli scienziati di quasi raddoppiare il raggio del Sistema Solare conosciuto. Ciò significa che in media l'orbita di Urano è di circa 2,87 x 10 elevato alla potenza di 9 km. La ragione di una distanza così grande è la durata del passaggio della radiazione solare dal Sole al pianeta. La luce solare impiega circa due ore e quaranta minuti per raggiungere Urano, un tempo quasi venti volte superiore a quello impiegato dalla luce solare per raggiungere la Terra. L'enorme distanza influisce anche sulla durata dell'anno su Urano; dura quasi 84 anni terrestri.
L'eccentricità orbitale di Urano è 0,0473, che è solo leggermente inferiore a quella di Giove - 0,0484. Questo fattore rende Urano il quarto di tutti i pianeti del Sistema Solare in termini di orbita circolare. La ragione di un'eccentricità così piccola dell'orbita di Urano è che la differenza tra il suo perielio di 2,74 x 10 alla potenza di 9 km e il suo afelio di 3,01 x 109 km è solo 2,71 x 10 alla potenza di 8 km.
Il punto più interessante riguardo alla rotazione di Urano è la posizione dell'asse. Il fatto è che l'asse di rotazione di ogni pianeta tranne Urano è approssimativamente perpendicolare al loro piano orbitale, ma l'asse di Urano è inclinato di quasi 98°, il che significa effettivamente che Urano ruota su un lato. Il risultato di questa posizione dell'asse del pianeta è che il polo nord di Urano si trova sul Sole per metà dell'anno planetario e l'altra metà si trova sul polo sud del pianeta. In altre parole, il giorno in un emisfero di Urano dura 42 anni terrestri, e la notte nell'altro emisfero dura la stessa quantità. Gli scienziati citano ancora una volta la collisione con un enorme corpo cosmico come motivo per cui Urano “si è girato su un fianco”.
Considerando il fatto che gli anelli di Saturno sono rimasti per lungo tempo i più popolari tra gli anelli del nostro sistema solare, gli anelli di Urano non sono stati scoperti fino al 1977. Ma questo non è l’unico motivo; ci sono altri due motivi per un rilevamento così tardivo: la distanza del pianeta dalla Terra e la bassa riflettività degli anelli stessi. Nel 1986, la navicella spaziale Voyager 2 riuscì a determinare la presenza di altri due anelli sul pianeta, oltre a quelli allora conosciuti. Nel 2005, il telescopio spaziale Hubble ne ha individuati altri due. Oggi gli scienziati planetari conoscono 13 anelli di Urano, il più luminoso dei quali è l'anello Epsilon.
Gli anelli di Urano differiscono da quelli di Saturno in quasi ogni aspetto: dalla dimensione delle particelle alla composizione. Innanzitutto le particelle che compongono gli anelli di Saturno sono piccole, poco più di qualche metro di diametro, mentre gli anelli di Urano contengono molti corpi fino a venti metri di diametro. In secondo luogo, le particelle negli anelli di Saturno sono per lo più costituite da ghiaccio. Gli anelli di Urano, tuttavia, sono composti sia da ghiaccio che da polvere e detriti.
William Herschel scoprì Urano solo nel 1781 perché il pianeta era troppo debole per essere visto dalle antiche civiltà. Lo stesso Herschel inizialmente credeva che Urano fosse una cometa, ma in seguito modificò la sua opinione e la scienza confermò lo status planetario dell'oggetto. Pertanto, Urano divenne il primo pianeta scoperto nella storia moderna. Il nome originale proposto da Herschel era "George's Star" - in onore del re Giorgio III, ma la comunità scientifica non lo accettò. Il nome "Urano" è stato proposto dall'astronomo Johann Bode, in onore dell'antico dio romano Urano.
Urano ruota attorno al proprio asse una volta ogni 17 ore e 14 minuti. Ad esempio, il pianeta ruota in direzione retrograda, opposta alla direzione della Terra e degli altri sei pianeti.
Si ritiene che l'insolita inclinazione dell'asse di Urano possa causare un'enorme collisione con un altro corpo cosmico. La teoria è che un pianeta presumibilmente delle dimensioni della Terra si sia scontrato bruscamente con Urano, che ha spostato il suo asse di quasi 90 gradi.
La velocità del vento su Urano può raggiungere i 900 km orari.
Urano ha una massa pari a circa 14,5 volte quella della Terra, il che lo rende il più leggero dei quattro giganti gassosi del nostro sistema solare.
Urano viene spesso definito il "gigante del ghiaccio". Oltre all'idrogeno e all'elio nel suo strato superiore (come altri giganti gassosi), Urano ha anche un mantello ghiacciato che circonda il suo nucleo di ferro. L'atmosfera superiore è costituita da cristalli di ammoniaca e metano ghiacciato, che conferiscono a Urano il caratteristico colore azzurro pallido.
Urano è il secondo pianeta meno denso del sistema solare, dopo Saturno.
