Geólogo - Geologia - Geografia - Trabalho Escolar - Trabalhos Escolares

Geólogo

Um geólogo é o profissional de nível superior diplomado em Geologia ou Engenharia Geológica. Os geólogos estudam a estrutura e os processos que formaram a Terra, sua evolução ao longo do tempo e os aspectos práticos da aplicação desses conhecimentos para o bem comum. Tão logo termine a graduação, o geólogo deve ter seu diploma registrado no Conselho Regional de Engenharia e Agronomia (CREA), para exercer a profissional legalmente.
Durante o curso de graduação as matérias típicas abordadas incluem a Geografia, Química, Física, Matemática, e Biologia, além das aulas oferecidas pelo departamento de geologia; como Geologia Geral, Paleontologia (estudo de fósseis), Vulcanologia (estudo dos vulcões), Hidrogeologia (estudo dos recursos hídricos), Petrologia (estudo de rochas) e Mineralogia (estudo de minerais), Geoquímica (estudo da distribuição dos elementos nos planetas), Geofísica, Geologia Estrutural (estudo das formas e deformações das rochas e sua origem), ] e Tectônica(estudo das estruturas das rochas e sua origem em escala regional ou global), Estratigrafia,(estudo do empilhamento das rochas e idades relativas),Geomorfologia (estudo das formas do relevo terrestre e evolução das paisagens), entre outras.
Os geólogos também aprendem técnicas de cartografia geológica, topografia e comumente utilizam bases topográficas GPS (Global Positioning System ou em português Sistema de Posicionamento Global), imagens de satélites, fotografias aéreas e outras técnicas de mapeamento. Matérias de Geologia também são muito relevantes para estudantes de Geografia, Engenharia, Química, Ecologia, Biologia Planejamento Urbano, Arqueologia, Meio Ambiente,Estudos Forenses e Perícia Policial, Medicina, Agronomia e outras áreas.
Geólogos profissionais trabalham para uma grande variedade de agências governamentais, empresas privadas e instituições acadêmicas e sem fins lucrativos. Governos contratam geólogos para ajudar no planejamento e avaliação de escavações, áreas de construção, projetos de recuperação ambiental, preparação para desastres naturais assim como estudo de recursos naturais. Engenheiros geológicos (um geólogo treinado, com experiência e certificação no campo da engenharia geológica) é requisitado para investigar desafios e restrições de natureza geológica que se apresentam durante os processos de planejamento, projeto e construção de obras de engenharia públicas e privadas, perícia forense, análise de impacto ambiental e outros. Companhias de petróleo, mineração e preparação de terrenos em larga escala contam com as habilidades de geólogos e engenheiros geólogos para localizar petróleo e minerais, adaptar-se a características locais como karst deposits ou de risco de terremotos, vulcões, deslizamentos, desmoronamentos e adequar-se a regulamentações ambientais. Geólogos na academia normalmente alcançam elevado grau de formação em campos especializados dentro da disciplina.
Geólogos fazem também, estudos de locação de poços de águas subterrâneas e outras recursos hídricos e auxiliar proprietários poços de recursos hídricos, a entrar com o pedido de OUTORGA junto às autoridades competentes do poder público que realizam a fiscalização e gerenciamento dos recursos hídricos.

Urânio - História - Reatores naturais - Uso durante a sua pré-descoberta - Descoberta - Pesquisa da Fissão e Projeto Manhattan - Tuballoy e Oralloy - Características principais - Propriedades - Propriedades físicas - Propriedades químicas - Fissão - Ocorrência - Mineração - Reservas Brasileiras - Distribuição em minerais - Aplicações - Civil e exploração espacial - Militar 6 Compostos - Óxidos - Hidretos, carbonetos e nitretos - Halogenetos - Toxicidade a organismos - Isótopos - Decaimento - Familia de decaimento do urânio-238 - Enriquecimento - Geologia - Geografia - Trabalho Escolar - Trabalhos Escolares

Urânio

Protactínio ← Urânio → Neptúnio

Aparência
cinza prateado metálico

Informações gerais
Nome, símbolo, número Urânio, U, 92
Série química Actinídio
Grupo, período, bloco 3 (IIIA), 7, f
Densidade, dureza 19050 kg/m3,
Propriedade atómicas
Massa atômica 238,02891(3) u
Raio covalente 175 pm
Raio de Van der Waals 186 pm
Configuração electrónica [RN] 7s2 5f4
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação 3, 4, 5, 6 (base)
Estrutura cristalina ortorrômbico
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1405,3 K
Ponto de ebulição 4404 K
Entalpia de fusão 9,14 kJ/mol
Volume molar 12,49×10−6 m3/mol
Velocidade do som 3155 m/s a 20 °C
Classe magnética Paramagnético
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,38
Calor específico 300 J/(kg·K)
Condutividade elétrica (0 °C) 0,280 µΩ·m S/m
Condutividade térmica 27,5 W/(m·K)
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
232U sintético 68,9 a ε 5,414 48Th
233U sintético 159 200 a ε 4,909 229Th
234U 0.0054% 245 500 a ε - 230Th
235U 0.7204% 7,038×108 a α 4.679 231Th
238U 99.2742% 4,468×109 a α 4.270 234Th
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
O urânio (homenagem ao planeta Urano), é um elemento químico de símbolo U e de massa atômica igual a 238 u, apresenta número atômico 92 (92 prótons e 92 elétrons), é um elemento natural e comum, muito mais abundante que a prata, abundância comparável à do molibdenio e arsênio, porém quatro vezes menos abundante que o tório.

À temperatura ambiente, o urânio encontra-se no estado sólido. É um elemento metálico radioativo pertencente à família dos actinídeos1 .

Foi descoberto em 1789 pelo alemão Martin Klaproth na Alemanha. Foi o primeiro elemento onde se descobriu a propriedade da radioatividade, seus isótopos mais comuns têm uma meia-vida longa(~4,5 bilhões de anos para o urânio-238 e ~700 milhões de anos para o urânio-235).

O Urânio é utilizado em indústria bélica (bombas atômicas e no secundário para bombas de hidrogênio), e como combustível em usinas nucleares para geração de energia elétrica.2

A Agência Internacional de Energia atômica, estimou as reservas mundiais de urânio em 5,4 milhões de toneladas em todo mundo em 2009, sendo que 31% está na Austrália, 12% no Cazaquistão, 9% no Canadá e 9% na Rússia, a produção mundial subiu cerca de 50 000 toneladas em 2009 comparando com 2008, sendo os maiores produtores em 2009 o Cazaquistão (28%), o Canadá (20%), a Austrália (16%), a Namíbia (9%), a Rússia (7%), o Níger (6%) e Uzbequistão (5%).

A nova mina de mineração Tumalapalli revelada à imprensa em Agosto de 2011, está localizada no Estado de Andhra Pradesh, no sul da Índia, e pode se tornar a maior reserva de Urânio do mundo. Segundo o Departamento de Energia Atômica da Índia, é confirmado que a mina contém 49 mil toneladas de minério, no entanto há indicações de que esta quantidade total seja três vezes maior que isso, o que alcançaria uma capacidade total de produção de 150 mil toneladas e passaria então a ser a maior do mundo, ainda que tratando-se de urânio de baixo grau.3


História

Reatores naturais

Em 1972 o físico francês Francis Perrin, descobriu um reator de urânio natural que não está mais ativo. O reator funcionou durante 100 mil anos produzindo uma potência de 100 Kw, tendo uma reação em cadeia controlada naturalmente, que permitiu o seu funcionamento durante tanto tempo, sem criar massas que poderiam sofrer fissão espontaneamente e explodir.

Uso durante a sua pré-descoberta

Antes de sua descoberta, o urânio natural sobre a forma de dióxido de urânio era usado como corante em tintas e esmaltes dando uma cor amarelada, se adicionado ao vidro, o deixava verde e luminescente. Este uso remonta até ao ano de 79 antes de Cristo.

Descoberta


Imagem criada pelo uranio sobre a chapa fotografica, que fez Henri supor a existência da radiação.
A descoberta do urânio é creditada ao cientista alemão Martin Heinrich Klaproth em 1789. Quando estava em seu laboratório experimental em Berlim, Klaproth foi capaz de precipitar um composto amarelo (provavelmente diuranato de sódio ) através da dissolução da uraninita em ácido nítrico e neutralizar a solução com hidróxido de sódio. Klaproth achou que a substância amarela era o óxido de um elemento ainda não descoberto, e aquecido com carvão vegetal para a obtenção de um pó preto, que ele pensou ser o metal descoberto recentemente em si (na verdade, o pó era um óxido de urânio). Ele nomeou o novo elemento descoberto em honra ao planeta Urano , que tinha sido descoberto há oito anos por William Herschel (que tinha chamado o planeta após o primordial deus grego do céu Urano)4 .

Em 1841, Eugène-Melchior Peligot , Professor de Química Analítica no Conservatoire National des Arts et Métiers (Central School of Arts and Manufactures), em Paris, isolou a primeira amostra de urânio metálico por aquecimento de tetracloreto de urânio com potássio. O urânio não era visto como particularmente perigoso durante a maior parte do século XIX, levando ao desenvolvimento de várias utilizações para o elemento5 . Um tal uso para o óxido foi citada, mas já não era secreta a coloração da cerâmica e do vidro6 .

Henri Becquerel descobriu a radioatividade usando urânio em 1896. Becquerel fez a descoberta, em Paris, deixando uma amostra de um sal de urânio, K2 UO2 (SO4 )2 , em cima de uma chapa fotográfica não exposta numa gaveta e observando que a placa havia se tornado "enevoada". Ele determinou que uma forma de luz invisível ou raios emitidos pelo urânio tinha exposto a chapa criando acidentalmente a imagem.

Pesquisa da Fissão e Projeto Manhattan


Little Boy
Uma equipe liderada por Enrico Fermi bombardeou urânio com nêutrons, produzindo partículas β e o elemento 93, o netúnio e através do decaimento beta, o elemento 94 chamado de plutônio. Os produtos da fissão do U-235 foram confundidos com os novos elementos criados pelo U-238.

As experiências que conduziram à descoberta de sua capacidade de urânio para a fissão (quebra instantânea) em elementos mais leves e liberação de energia de ligação foi realizada por Otto Hahn e Strassmann Fritz no laboratório de Hahn em Berlim. Lise Meitner e seu sobrinho, o físico Otto Robert Frisch , publicada a explicação física do processo em fevereiro de 1939 e nomeou o processo fissão nuclear . Logo depois, Fermi hipótese de que a fissão do urânio pode liberar nêutrons suficiente para sustentar uma reacção de fissão. A confirmação desta hipótese veio em 1939 e, posteriormente, o trabalho concluiu que, em média, cerca de 2,5 nêutrons são liberados por cada fissão do U-235, um raro isótopo de urânio, trabalham ainda que o mais comum isótopo do urânio-238 pode ser transmutado em plutônio, que, como o urânio-235, também é fissionável por nêutrons térmicos. Essas descobertas levaram vários países para começar a trabalhar no desenvolvimento de armas nucleares e energia nuclear. Em 1942 outra equipe liderado por Enrico Fermi, conseguiu obter a primeira reação em cadeia artificial.

Em 1945 a primeira bomba atômica usada em Guerra e também a primeira bomba de urânio, o Little Boy, foi usado em Hiroshima, contra o Japão, na Segunda Guerra Mundial gerando 15 quilotons, apos essa bomba poucas outras bombas foram feitas de uranio puro, como por exemplo a W9 que rendeu o mesmo que o Little Boy mas era bem menor.

Tuballoy e Oralloy

Durante o Projeto Manhattan teve-se a necessidade de sigilo, então os termos chave durante a pesquisa para criar armas nucleares foram codificados, o urânio empobrecido recebeu a alcunha de Tuballoy, ja o urânio enriquecido, recebeu a alcunha de Oralloy em referencia a Oak Ridge, o local onde o urânio era enriquecido, esses termos ainda hoje são largamente utilizados.

Características principais


Minério de urânio
Quando refinado o urânio é branco metálico, pouco radioativo, com uma radioatividade ligeiramente maior que a do aço, fortemente eletropositivo e pobre condutor elétrico. É maleável, ductil e levemente paramagnético, fica muito denso, sendo 70% mais denso que o chumbo e pouco menos denso que o ouro. O urânio metalico reage com todos os elementos não metálicos e seus respectivos compostos, a reatividade aumenta com a temperatura. Ácido clorídrico e ácido nítrico corroem o urânio, mas o acidos não oxidantes o dissolvem muito lentamente, quando dissolvido pode reagir com água fria, se exposto ao ar ele forma uma escura camada de dióxido de urânio.

O urânio é o último elemento químico natural da tabela periódica. É o átomo com o núcleo mais pesado que existe naturalmente na Terra: contem 92 prótons e 135 a 148 nêutrons. Quando puro, é um sólido, metálico e radioativo, muito duro e denso, de aspecto cinza a branco prateado, muito semelhante à coloração do níquel.

Pensava-se que a uraninita era um minério de zinco, ferro ou tungstênio. No entanto, Klaphroth, em 1789, comprovou a existência de uma "substância semi-metálica" nesse minério. Chamou ao metal "urânio" em honra à descoberta feita por Herschel em 1781 do planeta Urano. Mais tarde, Péligot provou que Klaphroth apenas tinha conseguido isolar o óxido e não o metal e em 1842 conseguiu isolar o urânio metálico. O urânio foi o primeiro elemento no qual se descobriu a propriedade da radioatividade. Esta descoberta foi feita por Antoine Henri Becquerel em 1896.

Propriedades

Propriedades físicas

Muito pesado e denso, branco prateado com brilho metálico brilhante. Em sua forma pura é um pouco mais suave do que o aço , dúctil, flexível, tem uma pequena propriedade paramagnética. o urânio têm três formas alotrópicas: alfa , prismáticos, estável até 667,7 °C , beta , quadrado, estável de 667,7 °C a 774,8 °C , Gama, com um corpo centrado e estrutura cúbica, 774, 8 °C é ponto de fusão da forma alotrópica gama:

α(ortorrômbica) estável até ±660°C
β(tetragonal) estável a partir de ±660°C a ±760°C
γ(corpo centrado cúbico) de ponto de fusão de ±760°C, é o estado mais maleável e dúctil.
Propriedades químicas


Valências III (roxo), IV (verde), V (instável) e VI (amarelo) do urânio.
O urânio tem uma grande afinidade elementos não metálicos, como nitrogênio, carbono, enxofre e principalmente com o oxigênio, a na presença deste pode se inflamar instantâneamente formando óxidos, o mesmo efeito pode ser obtido com o plutônio que também tem a mesma afinidade com elementos não metálicos.

Esta afinidade com não metais, fez com que este se ligasse rapidamente com elementos leves, formando uma molécula com leveza ligeiramente maior que níquel e ferro, isso o salvou de ser levado ao núcleo da terra durante a atração gravitacional. Ele possui quatro possíveis estados de valência+ III + VI), a valência IV e VI, são as mais comuns em minerais. Os ions uranila(), dissolvem muito bem em ácidos, como por exemplo ácido nítrico e acido fluoridríco, sais de uranila quando em nitrato de uranila dissolvem. A equação para a dissolução do íon uranilo em sal de uranila em ácido nítrico é:


O urânio consegue comportar ate ligações tetravalentes, ele geralmente consegue arrancar átomos de hidrogênio de sais, soluções e minerais de metais como: mercúrio , prata , cobre , estanho , platina e ouro.

Fissão

Em 1934, Enrico Fermi e os seus colaboradores observaram que o bombardeamento de urânio com nêutrons, produzia emissão de partículas alfa. Esta reação só seria explicada em 1938, por Otto Hahn e Fritz Strassmann. Estes investigadores concluíram que o urânio bombardeado com nêutrons dava origem a isótopos de elementos mais leves, como o criptônio ou o bário, por fissão do seu núcleo, liberando-se uma grande quantidade de energia. Entretanto, Fermi sugeriu que a fissão produzia novos nêutrons que poderiam originar novas fissões noutros núcleos e assim tornar a reação auto-sustentada. Este fato foi comprovado por F. Joliot, Leo Szilard e H.L. Anderson, em 1939.

A primeira reação nuclear de fissão auto-sustentada foi realizada por Fermi, na Universidade de Chicago, em dezembro de 1942. Para tal, Fermi e os seus colaboradores, utilizaram 400 toneladas de grafite, seis toneladas de urânio e 58 toneladas de óxido de urânio.

O primeiro teste de uma arma nuclear baseada na fissão do plutônio foi realizado em Alamogordo, Novo México, em 16 de julho de 1945, só depois em 6 de agosto de 1945 que a primeira bomba baseada na fissão do urânio foi detonada em Hiroshima, Japão.

Ocorrência

Mineração


Países produtores de urânio
A exploração do urânio começou nos Estados Unidos, no início do século XX, embora a primeira extração de urânio para fins econômicos tenha ocorrido na República Checa, no fim do século XIX, o urânio era extraído, para depois poder extrair do urânio, o elemento altamente radioativo, radio, o radio era então impregnado em tintas fluorescentes para ponteiros de relógios e outros instrumentos, como também para ser utilizado na medicina.

O aumento da demanda do urânio ocorreu depois da Segunda Guerra Mundial, onde os Estados Unidos compravam urânio do Congo (até então colônia da Bélgica) e do Canadá para poder aumentar o número de suas armas nucleares, as minas do Congo tinham bem mais uranio que as minas dentro do próprio território dos E.U.A. A União Soviética explorava a largos passos as suas minas de urânio que se encontravam principalmente onde hoje é o Cazaquistão, para seu programa nuclear emergente, como as minas dos E.U.A, elas não tinham tanto urânio, mas conseguiram criar uma auto-suficiência ao suprir a demanda do país. Em muitas usinas nucleares na Europa e Russia está ocorrendo um re-enriquecimento do urânio, no qual o urânio empobrecido será enriquecido novamente retirando mais U-235.

Países que mais extraíram urânio em 2005

Pais Produção em 2005
 Canadá 11 410
 Austrália 9 044
 Cazaquistão 4 020
 Rússia 3 570
 Estados Unidos 1 249
 Ucrânia 920
 China 920
Mineração por pais por toneladas de urânio em 2009

Pais Produção em 2009
 Cazaquistão 13 500
 Canadá 9 934
 Austrália 8 022
Em 1972 foram descobertas em uma mina de urânio em Oklo, no Gabão, fortes evidências de que um reator natural de fissão operou espontaneamente no local há cerca de 2 bilhões de anos atrás.7

Reservas Brasileiras


Principais ocorrências de urânio no Brasil
O Brasil, segundo dados oficiais das Indústrias Nucleares do Brasil, ocupa a sexta posição no ranking mundial de reservas de urânio8 (por volta de 309.000t de ). Segundo a empresa, apenas 25% do território nacional foi objeto de prospecção, e as duas principais reservas são a de Caetité (mina Lagoa Real), e a de Santa Quitéria.

Descoberta em 1976, a mina de Caetité é feita a céu aberto, numa das 33 ocorrências localizadas numa faixa com cerca de 80 km de comprimento por 30 a 50 km de largura. Localizada a 20 km da sede do município, o complexo instalado produz um pó do mineral, conhecido por yellow cake. Esta reserva possui um teor médio de 3.000 ppm (partes por milhão), capaz de suprir dez reatores do porte de Angra 2 durante toda sua vida útil.

Distribuição em minerais

Encontram-se vestígios de urânio em quase todas as rochas sedimentares da crosta terrestre, embora este não seja muito abundante em depósitos concentrados. O minério de urânio mais comum e importante é a uraninita, composta por uma mistura de  com . O maior depósito do mundo de uraninita situa-se nas minas de Leopoldville no Congo, na África. Outros minerais que contêm urânio são a euxenita, a carnotita, a branerita, a torbernite e a coffinita, o urânio se encontra na porcentagem de 3 mg por litro na água do mar. Na crosta terrestre o urânio não passa de 0,0003% ou 3 ppm (partes por milhão) de toda a crosta.

Мineral Estrutura basica do mineral porcentagem de urânio(%)
Pechblenda UO2, UO3 + ThO2, CeO2 65-74%
Carnotita K2 (UO2)2 (VO4)2 · 2H2O ~50%
Kasolite PbO2 · UO3 · SiO2 · H2O ~40%
Samara (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) · (Nb, Ta, Ti, Sn)2 O6 3.15-14%
Brunner (U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15 40%
Tyuyamunit CaO · 2UO3 · V2O5 · nH2O 50-60%
Tseynerit Cu(UO2) 2 (AsO4)2 · nH2O 50-53%
Autunita Ca(UO2)2 (PO4) 2 · nH2O ~50%
Shrekingerit Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH) · 9H2O 25%
Uranofan CaO·UO2 · 2SiO2 · 6H2O ~57%
Fergusonite (Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4 0.2-8%
Thorbun Cu(UO2)2(PO4)2 · nH2O ~50%
Caixão U(SiO4)(OH)4 ~50%
Aplicações

Civil e exploração espacial

Antes do advento da energia nuclear, o urânio tinha um leque de aplicações muito reduzido. Era utilizado em fotografia e nas indústrias de cabedal (fabricação de peças de couro e sola) e de madeira. Os seus compostos usavam-se como corantes e mordentes (fixadores de cor) para a seda e a lã.

No entanto, a aplicação mais importante do urânio é a energética. Com este fim, utilizam-se apenas três isótopos do elemento (U-234, U-235 e U-238), com mecanismos de reação ligeiramente diferentes, embora o mais utilizado seja o U-235. Na produção de energia nuclear há uma reação de fissão auto-sustentada, que ocorre em um reator, normalmente imerso num tanque com uma substância moderadora e refrigerante - água. A água é aquecida e vaporizada pelo reator, passando em seguida por turbinas que acionam geradores, para assim produzir energia elétrica9 .

O U-238 quando bombardeado por um deuterio se torna Pu-238 através de uma série de decaimentos betas, emissões de nêutrons tendo vários átomos intermediários como o U-239 e Np-239. O plutônio-238 foi sintetizado por Glenn Seaborg e colaboradores em 1941 pelo bombardeio de nucleos de urânio-238 por deuterio, produzindo Np-238 que sofre um decaimento beta negativo tendo como resultado final um átomo de Pu-238, sendo esta a primeira amostra de plutônio artificial do mundo.


ou em uma equação mais simples:


Estes reatores nucleares de fissão e decaimento radioativo podem ser bastante compactos, sendo utilizados na propulsão de submarinos, navios de guerra e em algumas sondas espaciais como as dos programas das sondas Cassini-Huygens, Voyager e Pioneer.

Outros usos do urânio incluem:

Isótopos de urânio podem ser empregados na radioterapia, dentro da medicina nuclear, apesar de dar preferência a radioisótopos de outros elementos.
A datação de rochas ígneas, e outras formas de datação, através da quantidade de uranio-238 que estas contem, sendo que a meia-vida do U-238 é de 4,5 bilhões de anos, uma rocha que tem menos urânio que outra é mais antiga que outra com maior quantidade deste elemento.
O nitrato de urânio é usado na fotografia.
Na química o urânio é utilizado como catalisador em muitas reações químicas.
Fertilizantes a base de fosfatos tem taxas altas de urânio.
Militar


A avançada ogiva W88 utiliza urânio-235
O urânio enriquecido é utilizado como material fissil em armas nucleares, podendo tanto ser utilizado no secundário como no primário de bombas termonucleares, o urânio empobrecido por vezes é colocado nos secundários para que possa sofrer fissão por nêutrons energéticos aumentando o rendimento da arma, a primeira bomba atômica utilizado em guerra foi o Little Boy usada durante a Segunda Guerra Mundial, a outra bomba: o Fat Man utilizava plutônio-239 como o material fissil.

Por suas combinações de alta dureza, alta massa específica (17,3 gramas por centímetro cúbico) e alto ponto de fusão (1132 °C), o urânio também é utilizado na fabricação de projéteis de armas de fogo em substituição ao chumbo, cujas características são: densidade específica de 11,3 g/cm³, baixa temperatura de fusão (327 °C) e baixa dureza (1,5 na escala de Mohs)10 . A utilização do urânio em projéteis de armas de fogo apresenta grandes vantagens técnicas em relação ao chumbo, mas expõe os soldados a um nível elevado de radiação, projeteis de uranio empobrecido foram utilizados durante as guerras do Golfo Persico e das balcãs.

O urânio-238 entra novamente como fonte de isótopos de plutônio, se o U-238 é bombardeado por um nêutron e se torna urânio-239, este sofre um decaimento beta para se tornar netunio-239(intermediário) que sofre outro decaimento beta para finalmente termos o Pu-239 como produto final, sendo largamente produzido dessa forma em reatores nucleares. A seguir a equação que expressa a produção do Pu-239:


O Pu-239 é largamente utilizado como o material fissil para armas nucleares, sendo o preferido para se utilizar em Fossos de bombas atômicas ou de primários em bombas de hidrogênio, dentro da indústria belica.

Compostos

Óxidos


O octóxido de triurânio ou yellowcake tem a cor amarelada.
O yellowcake ou octóxido de urânio é o principal óxido do urânio, seu uso remonta ao Projeto Manhattan, até os dias de hoje, onde é quebrado para gerar urânio metálico em grandes fábricas, com a formula química U3O8, no qual dois átomos de urânio apresentam nox +6 enquanto que o outro apresenta nox +4, podendo ser representado também por UO2.2UO3. O dióxido de urânio (UO2) é encontrado naturalmente em minerais de urânio como a pechblenda, carnotita, Tseynerit, Autunita, Uranofan e Thorbun, artificialmente o dióxido de urânio é obtido ao aquecer trióxido de urânio a 700 graus celsius junto a hidrogênio, fazendo um átomo de oxigênio se desprender do composto e se ligar a dois hidrogênios para formar água.

O trióxido de urânio (UO3) é outro composto do elemento encontrado de forma abundante naturalmente entra os minerais de urânio como a pechblenda, Kasolite, e Tyuyamunit11 . vários outros óxidos de menor importância do urânio como o pentóxido de urânio (UO5), óxido de uranio (U2O3), tetróxido de urânio (UO4) e hexóxido de urânio (UO6)12 .(alguns desses compostos, como o UO6, o UO4 e o UO5 são peróxidos do elemento).

Hidretos, carbonetos e nitretos

O urânio metálico se aquecido a 250-300 graus junto ao hidrogênio ira se ligar a ele formando hidreto de urânio(UH3). Carbonetos do urânio incluem monocarbeto de urânio (UC), dicarbeto de urânio ( UC2 ), e tricarbeto de diurânio ( U2C3), carbonetos são obtidos aquecendo urânio puro ou monocarbeto de urânio com carbono. Os nitretos de urânio são obtidos aquecendo o metal com nitrogênio, exemplos incluem: mononitreto de urânio (UN), dinitreto de urânio (UN2), e trinitreto de diurânio (U2N3)13 14 15 .

Halogenetos


Diagrama do hexaflureto de urânio.
Todos os fluoretos de urânio são criados usando tetrafluoreto de urânio (UF4); UF4 é preparado por hidrofluoração de dióxido de urânio(UO2).A redução do UF4 com o hidrogênio a 1000 °C produz trifluoreto de urânio (UF3). Sob as condições certas de temperatura e pressão, a reação de sólidos UF4 com gás hexafluoreto de urânio (UF6) pode formar a fluoretos intermediários como U2F9, U4F17 e UF5.

Na temperatura ambiente, UF6 tem uma elevada pressão de vapor, tornando-o útil para a difusão gasosa, processo para separar o urânio-235 do comum isótopo urânio-238. Este composto pode ser preparado a partir de dióxido de urânio e hidreto de urânio pelo processo seguinte:

UO2 + 4HF → UF4 + 2 H2O (500 °C, endotérmico)
UF4 + F2 → UF6 (350 °C, endotérmico)
O resultado UF6, um sólido branco, é altamente reativo (por fluoração), facilmente sublima (emitindo um gás de vapor quase perfeito), e é o composto mais volátil do urânio conhecido.

Um método de preparação de tetracloreto de urânio (UCl4) é reagir diretamente o metal ou o hidreto UH3 com gás cloro. A redução da UCl4 por hidrogênio produz tricloreto de urânio (UCl3), enquanto que os cloretos de urânio em estados de oxidação mais elevados são preparados por reação com cloro adicional. Todos os cloretos de urânio reage com a água e o ar. Brometos e iodetos de urânio são formados pela reação direta de, respectivamente, bromo e iodo com urânio ou adicionando UH3 para os ácidos HBr e HI. Exemplos conhecidos são: UBr3 , UBr4 , UI3 e UI4. Oxi-haletos de urânio são solúveis em água e incluem UO2F2 , UOCl2 , UO2Cl2 , e UO2Br2 .

Toxicidade a organismos


O urânio produz envenenamento de baixa intensidade (por inalação ou absorção pela pele), com efeitos colaterais, tais como: náusea, dor de cabeça, vômito, diarreia e queimaduras. Atinge o sistema linfático, sangue, ossos, rins e fígado16 .

Seu efeito no organismo é cumulativo, o que significa que o mineral, por não ser reconhecido pelo ser vivo, não é eliminado, sendo paulatinamente depositado, sobretudo nos ossos, o mesmo ocorre com o plutônio que se deposita na medula espinhal. A exposição à radiação pode provocar o desenvolvimento de cânceres. Entre os trabalhadores das minas, são frequentes os casos de câncer de pulmão.

O uso de urânio empobrecido também é apontado como possível causa da síndrome da Guerra do Golfo, que afetou soldados americanos e britânicos que participaram da Guerra do Golfo, em 1991. Mais de dez mil veteranos tiveram doenças misteriosas como também seus primogênitos concebidos depois do serviço de seus pais na Guerra do Golfo.

Pessoas que vivem em áreas próximas às minas em que os minerais de urânio são extraidos podem ser expostos a altos níveis de radioatividade, devido à produção de um pó fino e gás radão que são transportados pelos ventos das zonas circundantes.

Pela mesma razão, sem ventilação adequada, os mineiros são expostos a um risco elevado de contrair câncer ou outras doenças pulmonares muito graves. Mesmo usando água nas minas para o processamento do minério pode tornar-se um veículo de contaminação de áreas próximas. Pesquisa realizada em 2005, do Arizona Cancer Center, a pedido da Nação Navajo , mostrou que em algumas minas de urânio , eles encontraram a capacidade mutagênica desse elemento, que é capaz de penetrar no núcleo da célula e se ligar quimicamente ao DNA, modificando-o e causando erros na produção de proteínas, e fazer as células ficarem em estado pré-cancerigenas.

O urânio não é absorvível pela pele, porém ele emite partículas alfa, beta e gama (quando crítico) que penetram na pele; o que torna o urânio, fora do corpo, muito menos perigoso do que quando inalado ou ingerido. Uma pessoa fica exposta naturalmente ao urânio, diariamente, pela inalação ou ingestão de poeiras, alimentos e água. Estima-se que a ingestão diária não passa de 0,7 a 1,1 microgramas de urânio por dia.

Estudo de 2004 sobre a intoxicação e efeitos do urânio via ingestão17
Sistema do corpo Estudo em humanos Estudo em animais In vitro
Renal Altos níveis de excreção de proteínas, produção de urina e catalisa urinária. O dano aos túbulos contorcidos proximais, as células necróticas são emitidas a partir do epitélio tubular, mudanças glomerulares Não há estudos
Cérebro / CNS Diminuição das capacidades neurológicas em testes. Toxicidade aguda colinérgica; dependendo da acumulação no córtex mesencéfalo, mudanças electrofisiológicos no hipocampo Não há estudos
Mutações no DNA, causando cânceres | tipos de câncer18 19 20 21 22 23 Mutacidade na urina e indução de tumores aumentaram. Células binucleadas /com micronúcleos, inibição da cinética do ciclo celular e uma proliferação, a indução das cromáticas irmãs, fenótipo oncogénico.
Ósseo ou muscular Não há estudos A inibição da formação óssea periodontal, e da cicatrização dos alveolos Não há estudos
Reprodutivo Algumas deficiências constatadas em mineradores Vacuolização moderada e severa da atrofia tubular focal, de células de Leydig. Não há estudos
Pulmões / respiratório No há efeitos de saúde adversos Grave congestão nasal e hemorragia, lesões pulmonares e fibrosas, endemia e inflamação, às vezes câncer de pulmão Não há estudos
Gastrointestinais Vômito, diarréia, albuminúria, Não há estudos Não há estudos
Fígado Não há efeitos observados nas doses de exposição Necrose na gordura do fígado Não há estudos
Pele Não há dados disponíveis para avaliação Células inflamadas vacuolado epidérmica, os danos para folículos pilosos e glândulas sebáceas Não há estudos
Tecidos ao redor do urânio empobrecido Concentrações elevadas de urânio na urina Concentrações elevadas de urânio na urina, perturbações bioquímicas e testes neuropsicológicos Não há estudos
Sistema Imunológico Fadiga crônica, erupções cutâneas, infecções de ouvido e de olho, perda de cabelo e peso. Efeitos similares podem ser obtidos com produtos químicos Não há estudos Não há estudos
Olhos Não há estudos Conjuntivite, irritações da inflamação, endemia, ulceração dos sacos conjuntivos Não há estudos
Sangue Não há estudos Diminuição da contagem dos glóbulos vermelhos e da concentração da hemoglobina Não há estudos
Cardiovascular Miocardite derivada da ingestão do urânio, que terminou 6 meses apos a ingestão Não há efeitos Não há estudos
Isótopos

Por causa da grande massa do urânio, todos os seus isótopos são radioisótopos, pois o tamanho do núcleo desses átomos é grande demais para a interação nuclear forte mantê-lo unido. Então, um dia, a repulsão eletromagnética entre os prótons irá destruir o átomo. O mais estável é o U-238 e o mais instável é o U-236. Somente três isótopos são encontrados naturalmente, o 238U é o isótopo dominante representando cerca de 99.2742% de todo o urânio natural, um percentual bem maior que a de demais isótopos naturais, o U-235 ocorre em uma porcentagem bem menor, 0.7204% de todo o urânio natural, mas às vezes a massa de urânio natural consegue sustentar uma reação em cadeia criando reatores naturais, o U-234 ocorre em traços na diminuta porcentagem de 0.0054% de todo o urânio, ele produzido pelo decaimento do urânio-238. A seguir os principais isótopos do urânio.

Urânio-238, empregado largamente na produção de Pu-239 para as armas nucleares, Pu-238 para RTGs, ele também é muito utilizado como projeteis.
Urânio-235 é utilizado em armas nucleares e reatores devido a sua propriedade de virar U-236 e sofrer fissão logo em seguida se atingido por um nêutron, isótopo fissil.
Urânio-234, o urânio-234 não é utilizado nem em armas nucleares nem em reatores pois não é fissil, mas se bombardeado por um nêutron se torna U-235 ideal para ser utilizados nos exemplos ja citados, é produzido naturalmnete por uma série de decaimentos iniciados com o decaimento do U-238, veja a equação:

Urânio-233, por ser físsil como o urânio-235 ele também pode ser empregado como material físsil em armas nucleares, além disso, a fissão de um átomo de U-233 rende mais que a do U-235. Nos reatores nucleares ele é produzido quando o tório-232 absorve um nêutron e torna-se tório-233, este que tem uma meia-vida de apenas 22 minutos. O Tório-233 decai em Protactínio-233 por decaimento beta. o Protactínio-233 tem uma meia-vida de 27 dias e decai em urânio-233.

Urânio-232, como o U-233 e U-235 também é físsil, e portanto pode ser utilizado em armas nucleares e reatores, mas pela dificuldade em sua obtenção, atualmente só é usado para o propósito de pesquisa de radionuclideos.
Nenhum isótopo do urânio é estável.

Decaimento

O tempo de decaimento e forma de decaimento depende de isótopo para isótopo, isótopos comuns como urânio-238 e urânio-235, decaem através de uma emissão alfa, outros isótopos como U-232 e U-234 decaem através de captura eletrônica A seguir, uma tabela com o modo de decaimento e meia vida dos isótopos e isômeros de urânio já encontrados até agora.

nuclídeo nome
histórico Z(p) N(n)
massa isotópica(u)
  meia-vida modo(s) de
decaimento24 n 1 isótopo(s)
filho(s)n 2 spin
nuclear representante
de composição
isotópica
(fração molar) quantidade encontrada
em meio natural
(porcentagem)
energia
(quando isômero apenas)
217U 92 125 217.02437(9) 26(14) ms
[16(+21-6) ms] 1/2-#
218U 92 126 218.02354(3) 6(5) ms α 214Th 0+
219U 92 127 219.02492(6) 55(25) ms
[42(+34-13) ms] α 215Th 9/2+#
220U 92 128 220.02472(22)# 60# ns α 216Th 0+
β+ (raro) 220Pa
221U 92 129 221.02640(11)# 700# ns α 217Th 9/2+#
β+ (raro) 221Pa
222U 92 130 222.02609(11)# 1.4(7) us
[1.0(+10-4) us] α 218Th 0+
β+ (10−6%) 222Pa
223U 92 131 223.02774(8) 21(8) us
[18(+10-5) us] α 219Th 7/2+#
224U 92 132 224.027605(27) 940(270) us α 220Th 0+
225U 92 133 225.02939# 61(4) ms α 221Th (5/2+)#
226U 92 134 226.029339(14) 269(6) ms α 222Th 0+
227U 92 135 227.031156(18) 1.1(1) min α 223Th (3/2+)
β+ (.001%) 227Pa
228U 92 136 228.031374(16) 9.1(2) min α (95%) 224Th 0+
CE (5%) 228Pa
229U 92 137 229.033506(6) 58(3) min β+ (80%) 229Pa (3/2+)
α (20%) 225Th
230U 92 138 230.033940(5) 20.8 d α 226Th 0+
FE (1.4×10−10%) (vários)
β+β+ (raro) 230Th
231U 92 139 231.036294(3) 4.2(1) d CE 231Pa (5/2)(+#)
α (.004%) 227Th
232U 92 140 232.0371562(24) 68.9(4) y α 228Th 0+
DC (8.9×10−10%) 208Pb
24Ne
DC (5×10−12%) 204Hg
28Mg
FE (10−12%) (vários)
233U 92 141 233.0396352(29) 1.592(2)×105 y α 229Th 5/2+
FE (6×10−9%) (vários)
DC (7.2×10−11%) 209Pb
24Ne
DC (1.3×10−13%) 205Hg
28Mg
234Un 3 n 4 Urânio II 92 142 234.0409521(20) 2.455(6)×105 y α 230Th 0+ [0.000054(5)]n 5 0.0050-
0.0059%
FE (1.73×10−9%) (vários)
DC (1.4×10−11%) 206Hg
28Mg
DC (9×10−12%) 184Hf
26Ne
24Ne
234mU 1421.32(10) keV 33.5(20) ms 6-
235Un 6 n 7 n 8 Urânio actíneo
Actino-Urânio 92 143 235.0439299(20) 7.04(1)×108 y α 231Th 7/2- [0.007204(6)] 0.7198-
0.7207%
FE (7×10−9%) (vários)
DC (8×10−10%) 186Hf
25Ne
24Ne
235mU 0.0765(4) keV ~26 min TI 235U 1/2+
236U 92 144 236.045568(2) 2.342(3)×107 y α 232Th 0+
FE (9.6×10−8%) (vários)
236m1U 1052.89(19) keV 100(4) ns (4)-
236m2U 2750(10) keV 120(2) ns (0+)
237U 92 145 237.0487302(20) 6.75(1) d β- 237Np 1/2+
238Un 4 n 6 n 7 Urânio I 92 146 238.0507882(20) 4.468(3)×109 y α 234Th 0+ [0.992742(10)] 99.2739-
99.2752%
FE (5.45×10−5%) (vários)
β-β- (2.19×10−10%) 238Pu
238mU 2557.9(5) keV 280(6) ns 0+
239U 92 147 239.0542933(21) 23.45(2) min β- 239Np 5/2+
239m1U 20(20)# keV >250 ns (5/2+)
239m2U 133.7990(10) keV 780(40) ns 1/2+
240U 92 148 240.056592(6) 14.1(1) h β- 240Np 0+
α (10−10%) 236Th
241U 92 149 241.06033(32)# 5# min β- 241Np 7/2+#
242U 92 150 242.06293(22)# 16.8(5) min β- 242Np 0+
↑ Abreviações:
DC: Decaimento Cluster
CE: Captura neutrônica
TI: transição isômera(Isomeria nuclear)
FE: Fissão espontânea
↑ Em negrito e itálico estão isótopos quase estáveis(meia-vida maior que a idade do universo)
↑ Usedo na datação tório-urânio
↑ a b Usado na datação urânio-urânio
↑ Produto de decaimento intermediário do 238U
↑ a b radionuclídeo Primordial
↑ a b Usado na Datação urânio-chumbo
↑ Importante em reatores nucleares
Familia de decaimento do urânio-238

O urânio-238 forma uma das tres únicas famílias de decaimento natural juntamente com o torio e actínio. A família começa quando o urânio-238 atinge sua meia vida e sofre um decaimento alfa, este torna-se tório-234, o tório-234 tem uma meia vida de apenas 24,6 dias e então sofre um decaimento beta se tornando protactínio-234, este tem a meia vida de 1,4 minutos, apos este período sofre outro decaimento beta se tornando Pa-234m, este decai em Pa-234, e este em U-234, com uma meia vida de 270 000 anos permanece um bom tempo na natureza a ponto de ter alguns traços deste em meio a o urânio natural, sofrendo uma emissão alfa, ele se torna tório-230(MV: 83 000 anos), que decai para rádio-226(MV: 1 600 anos) e este para radônio-222(MV:3,8 dias), polônio-218, astato-218, radônio-218, chumbo-214, bismuto-214, polônio-214, tálio-210, polônio-210 (MV: 140 dias), tálio-206 e finalmente em chumbo-206, que é produto final da extensa família de decaimento natural do urânio, encerrando o processo que dura bilhões de anos25 26 .

Nuclídeo Modo de decaimento Meia-vida MeV Produto do decaimento
238U α 4,5 bilhões a 4.270 Torio-234
tório-234 β- 24.6 d 0.273 Protactinio-234m
Protactinio-234m β- 99.84 %
1.4 min 2.271
0.074 Urânio-234
Protactinio-234
Protactínio-234 β- 6.70 h 2.197 Urânio-234
Urânio-234 α 245500 a 4.859 230Th
Tório-230 α 75380 a 4.770 226Ra
Radio-226 α 1602 a 4.871 222Rn
Radônio-222 α 3.8235 d 5.590 218Po
Polônio-218 α 99.98 %
β- 0.02 % 3.10 min 6.115
0.265 214Pb
218At
Astato-218 α 99.90 %
β- 0.10 % 1.5 s 6.874
2.883 214Bi
218Rn
Radônio-218 α 35 ms 7.263 214Pb
Chumbo-214 β- 26.8 min 1.024 214Bi
Bismuto-214 β- 99.98 %
α 0.02 % 19.9 min 3.272
5.617 214Po
210Tl
Polonio-214 α 0.1643 ms 7.883 210Pb
Tálio-210 β- 1.30 min 5.484 210Pb
Chumbo-210 β- 22.3 a 0.064 210Bi
Bismuto-210 β- 99.99987%
α 0.00013% 5.013 d 1.426
5.982 210Po
206Tl
Polônio-210 α 138.376 d 5.407 206Pb
Tálio-206 β- 4.199 min 1.533 206Pb
Chumbo-206 – estável – –
Nota: não considere Pa-234m e Pa-234 o mesmo isotopo, pois como é indicado o Pa-234m esta em um meta-estado, sendo portanto mais instável e diferente do Pa-234.
Enriquecimento

Urânio enriquecido é o urânio cujo teor de 235U (urânio-235) foi aumentado, através de um processo de separação de isótopos. O urânio encontrado na natureza, sob a forma de dióxido de urânio (UO2), contém 99,284% do isótopo 238U ; apenas 0,711% do seu peso é representado pelo isótopo 235U. Porém o 235U é o único isótopo existente físsil na natureza em proporções significativas27 .

Para provocar uma reação de fissão nuclear nos reatores de água pressurizada, é preciso dispor de um urânio que contenha entre 3% e 5% do isótopo 235 e em armas nucleares pelo menos 805 de enriquecimento, o aconselhável para armas nucleares porem é 90%. Ambos os isótopos, 235U e 238U , têm as mesmas propriedades químicas. A única diferença física entre eles são os três nêutrons que explicam uma pequena diferença de massa atômica. Existem variadas formas de enriquecimento:


Calutron no Laboratório de Oak Ridge, provavelmente enriqueceu o urânio usado no Little Boy.
Separação electromagnética
O equipamento técnico para a separação eletromagnética é chamado Calutron e é na verdade uma versão ampliada do espectrômetro de massa. Ele separa os ions carregados eletricamente utilizando de um extenso campo magnético. O produto proporciona excelente capacidade de separação, mas sua eficácia prática é muito baixa. Ele é capaz de trabalhar apenas com baixas concentrações de íons muito divididos, que é ainda uma parcela considerável está perdido dentro de um bloco de divisão. Resultado, o consumo de energia necessária para produzir uma unidade quantidade de urânio enriquecido, maior do que a separação técnicas menos eficientes, mas mostram uma redução dos custos de energia.

Difusão
Diferentes coeficientes de difusão de gases são freqüentemente usados ​​para separar moléculas com diferentes massas de forma significativa. No caso de separação de compostos gasosos, como a diferença de massa entre U-238 e U-235 é de apenas tres neutro, a diferença de massa entre as duas moléculas é também muito pequena e para obter um alto grau de separação é necessário repetir este procedimento por milhares de vezes. Utilizar o dispositivo inclui uma cascata de centenas de graus de separação, onde em cada uma delas dividida pelo gás através de uma barreira porosa, o que atrasa a moléculas mais leves e mais pesados ​​de avançar nas cascatas um pouco mais rápido. Esta técnica foi utilizada para a preparação de material físsil para produzir urânio para bombas atômicas em primeiro lugar nos EUA . Da mesma forma, você também pode usar a diferença de coeficientes de difusão de moléculas dissolvidas no líquido. Aplicam-se aqui uma dependência similar como a difusão de gases e um grande problema econômico para a separação de urânio no presente caso é extremamente intensiva de energia, porque a tecnologia foi projetado para ser operado a temperaturas relativamente elevadas, nesta forma de separação o hexaflureto de uranio (UF6) é utilizado.

A separação centrífuga
A centrífuga de alta velocidade é capaz dividir a massa de moléculas baseadas em diferenças de momento angular de partículas em movimento. Este sistema funciona de forma bastante eficiente, mesmo para partículas relativamente grandes, com apenas ligeiras diferenças entre os materiais e sua eficácia depende principalmente da velocidade de rotação da centrífuga. Para separar isótopos de urânio, o sistema se desenvolveu nos anos 70 do século XX e é hoje uma importante fonte industrial de urânio enriquecido. Antes as máquinas geralmente usavam lâminas de aço, atingindo velocidades de cerca de 330 m/s (quase a velocidade do som), atualmente utiliza-se materiais de fibra de carbono chegando a 600 m/s (velocidade supersônica), a possibilidade teórica de usar as propriedades de Kevlar fornece o contexto para chegar a 1100 m/s (aproximadamente 3 500 quilômetros por hora). Para a produção de material físsil de qualidade ainda é necessário o uso de centrífugas de cascata com processos repetidos várias centenas de milhares de vezes, mas a energia necessária ao processo é significativamente menor do que a separação de difusão dos isótopos.

Laser ionizante
Princípio deste método reside no fato de que um laser de radiação muito afinado pode excitar átomos gasosos de apenas um isótopo do elemento, no caso seria o U-235, enquanto os demais isótopos permaneceriam no estado fundamental. o isótopo excitados pode então ser separado eletromagneticamente, ou pela reação com uma substância química. Esta teoria é uma técnica promissora atualmente sendo testado apenas em escala de laboratório e nunca foi utilizada para a separação efectiva de isótopos de urânio no meio macroscopico. O problema básico é o fato de que tanto as diferenças de energia necessária para excitar dois isótopos de um elemento similar são muito pequenas e é tecnicamente difícil de ajustar o laser em tal estado que só excite o isotopo selecionada de preferência. Resumidamente, o método é conhecido como AVLIS (laser de vapor atómico separação de isótopos).

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Cobre

Níquel ← Cobre → Zinco
 
Aparência
metálico vermelho-alaranjado

Informações gerais
Nome, símbolo, número Cobre, Cu, 29
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 11, 4, d
Densidade, dureza 8920 kg/m3, 3,0
Propriedade atómicas
Massa atômica 63,546 u
Raio atómico (calculado) 128 pm
Raio covalente 132±4 pm
Raio de Van der Waals 140 pm
Configuração electrónica [Ar] 3d10 4s1
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 1 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação +1, +2, +3, +4 (óxido básico)
Estrutura cristalina cúbico de faces centradas
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 1357,77 K
Ponto de ebulição 2835 K
Entalpia de fusão 13,26 kJ/mol
Entalpia de vaporização 300,4 kJ/mol
Volume molar 7,11×10−6 m3/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 1509 K
Velocidade do som 3570 m/s a 20 °C
Classe magnética Diamagnético
Susceptibilidade magnética -9,7x10-6
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,9
Condutividade térmica 401 W/(m·K)
1º Potencial de ionização 745,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1957,9 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3555 kJ/mol
4º Potencial de ionização 5536 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
63Cu 69,15% estável com 34 neutrões
65Cu 30,85% estável com 36 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 u. À temperatura ambiente o cobre encontra-se no estado sólido.

Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade.

Conhecido desde a pré-história, o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze.


História

O cobre foi provavelmente o primeiro metal minerado e trabalhado pelo homem.1 Foi originalmente obtido como um mineiral nativo e posteriormente da fundição de minérios. Estimativas iniciais da descoberta do cobre sugerem por volta de 9000 a.C. no Oriente Médio. Foi o mais importante dos materiais da humanidade durante a Era do Cobre e Bronze. Objetos de cobre de 6000 a.C. foram encontrados em Çatal Höyük, Anatolia.2 Em 5000 a.C. já se realizava a fusão e refinação do cobre a partir de óxidos como a malaquita e azurita. Os primeiros indícios de utilização do ouro não foram vislumbrados até 4000 a.C. Descobriram-se moedas, armas, utensílios domésticos sumérios de cobre e bronze de 3000 a.C., assim como egípcios da mesma época, inclusive tubos de cobre. Os egípcios também descobriram que a adição de pequenas quantidades de estanho facilitava a fusão do metal e aperfeiçoaram os métodos de obtenção do bronze; ao observarem a durabilidade do material representaram o cobre com o Ankh, símbolo da vida eterna.

Na antiga China o uso do cobre é conhecido desde, pelo menos, 2000 anos antes da nossa era, e em 1200 a.C. já fabricavam-se bronzes de excelente qualidade estabelecendo um manifesto domínio na metalurgia sem comparação com a do Ocidente. Na Europa o homem de gelo encontrado no Tirol (Itália) em 1991, cujos restos têm uma idade de 5300 anos, estava acompanhado de um machado de cobre com uma pureza de 99,7%, e os elevados índices de arsênico encontrados em seu cabelo levam a supor que fundiu o metal para a fabricação da ferramenta. O cobre é um metal de transição avermelhado, que apresenta alta condutibilidade elétrica e térmica, só superada pela da prata. É possível que o cobre tenha sido o metal mais antigo a ser utilizado, pois se têm encontrado objetos de cobre de 8700 a.C. Pode ser encontrado em diversos minerais e pode ser encontrado nativo, na forma metálica, em alguns lugares. Fenícios importaram o cobre da Grécia, não tardando em explorar as minas do seu território, como atestam os nomes das cidades Calce, Calcis e Calcitis (de χαλκος, bronze), ainda que tenha sido Chipre, a meio caminho entre Grécia e Egito, por muito tempo o país do cobre por excelência, ao ponto de os romanos chamarem o metal de aes cyprium ou simplesmente cyprium e cuprum, donde provém o seu nome. Além disso, o cobre foi representado com o mesmo signo que Vênus (a afrodite grega), pois Chipre estava consagrada a deusa da beleza e os espelhos eram fabricados com este metal. O símbolo, espelho de Vênus da mitologia e da alquimia, modificação do egípcio Ankh, foi posteriormente adotado por Carl Linné para simbolizar o gênero feminino(♀).

O uso do bronze predominou de tal maneira durante um período da história da humanidade que terminou denominando-se «Era do Bronze». O período de transição entre o neolítico (final da Idade da Pedra) e a Idade do Bronze foi denominado período calcolítico (do grego Chalcos), limite que marca a passagem da pré-história para a história.

Isótopos

Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis: Cu-63 e Cu-65, sendo o mais leve o mais abundante ( 69,17% ). Se tem caracterizado 25 isótopos radioativos, sendo os mais estáveis o Cu-67, Cu-64 e Cu-61 com vidas médias de 61,83 horas, 12,7 horas e 3,333 horas respectivamente. Os demais radioisótopos, com massas atômicas desde 54,966 (Cu-55) a 78,955 (Cu-79), têm vidas médias inferiores a 23,7 minutos, e a maioria não alcançam os 30 segundos. O cobre apresenta, ainda, 2 estados metaestáveis.

Os isótopos mais leves que o Cu-63 estável se desintegram principalmente por captura eletrônica originando isótopos de níquel, os mais pesados que o isótopo Cu-65 estável se desintegram por emissão beta dando lugar a isótopos de zinco. O isótopo Cu-64 se desintegra dos dois modos, por captura eletrônica ( 69% ) e os demais por desintegração beta.

Características e propriedades

Físicas


Um disco de cobre.

Cobre acima do seu ponto de fusão mantém sua cor rosa brilhante quando a luz da suficiente ofusca a cor laranja incandescente.
O cobre ocupa a mesma familia na tabela periódica que a prata e o ouro. Em termos de estrutura eletrônica, o cobre tem um elétron orbital em cima de uma cheia escudo do elétron(o elétron que faz as ligações) , que faz ligações metálicas . A prata eo ouro são semelhantes3 . O cobre é normalmente fornecido, como quase todos os metais de uso industrial e comercial, em um grão fino de formulário policristalino . metais policristalino tem mais força do que monocristalinos formas, e a diferença é maior para o menor grão (de cristal) em tamanho. É facilmente trabalhado, sendo que ambas as propriedades de dúctil e maleável ele tem. A facilidade com que pode ser levado a cabo o torna útil para trabalhos eléctricos, assim como sua alta condutividade elétrica4 5 .

O cobre tem um tom avermelhado, alaranjado ou cor acastanhada devido a uma fina camada de manchas (incluindo óxidos ).o cobre puro é rosa ou cor de pêssego. Cobre junto de ósmio (azulada), césio e de ouro (tanto amarelo) são os únicos quatro metais elementar com uma cor natural que não o cinza ou prata. Cobre resultados cor característica de sua configuração eletrônica6 7 .

Elétricas

A estrutura eletrônica torna comparáveis, o cobre, prata e o ouro semelhantes em muitos aspectos: os três têm alta condutividade térmica e elétrica, e os três são maleáveis. Entre os metais puros na temperatura ambiente , o cobre tem a segunda maior condutividade elétrica e térmica , depois da prata , com uma condutividade de 59,6 × 106S/m. Este valor alto é devido à praticamente todos os elétrons na camada de valência (um por átomo) tomar parte na condução. O resultado são elétrons livres no montante de cobre para uma densidade de carga enorme de 13,6 × 109C/m38 .

Esta alta densidade de carga é responsável pela mais lenta velocidade de deriva das correntes em cabos de cobre, onde a velocidade de deriva pode ser calculado como a relação entre a densidade da corrente de densidade de carga. Por exemplo, em uma densidade de corrente de 5 × 10 6A/m2 , a densidade de corrente máxima presente na fiação da casa e distribuição da rede, a velocidade de deriva é apenas um pouco mais de ⅓ mm/s9 . Durante o século 20 nos Estados Unidos, a popularidade temporária do alumínio para uso doméstico na fiação elétrica resultou em muitas casas com uma combinação de cobre e alumínio fiação necessitando o contato físico entre os dois metais para fornecer uma conexão elétrica. Devido a corrosão galvânica , algumas questões foram experimentados por proprietários e empreiteiros de habitação. Em eletrônica, a pureza do cobre é expresso em noves : 4N para 99,99% e 6N para 99,9999%. Quanto maior o número, mais puro o cobre é.

Químicas

O cobre forma uma rica variedade de compostos com estados de oxidação de +1 e +2. Ele não reage com agua, mas reage lentamente com o oxigênio atmosférico, formando uma camada marrom escura de oxido de cobre. Em contraste com a oxidação do ferro pelo ar úmido, essa camada de óxido para a corrosão. Uma camada verde de carbonato de cobre, chamado azinhavre , muitas vezes pode ser visto em construções antigas de cobre, como a Estátua da Liberdade, a maior estátua de cobre do mundo. O cobre reage com o sulfeto de hidrogênio e com o sulfeto contendo soluções, formando sulfetos de cobre diversos em sua superfície. Em soluções contendo sulfeto de cobre, é menos nobre do que o hidrogênio e a corrosão. Isto é observado no cotidiano, quando as superfícies metálicas de cobre são manchadas após a exposição ao ar que contêm compostos de enxofre. Cobre dissolve lentamente em oxigênio soluções contendo amoníaco para dar vários complexos solúveis em água com cobre. O cobre reage com uma combinação de oxigênio e ácido clorídrico para formar uma série de cloretos de cobre. (Verde-azul de cobre II), cloreto (quando fervido com metal de cobre, sofre comprapartinação para formar branco cobre (I) de cloro. O cobre reage com uma mistura ácida de peróxido de hidrogênio para formar o correspondente sal de cobre: Cu + 2 HX + H2O2 → CuX2 + 2 H2O

Biologia

O cobre é um elemento essencial à vida em geral, participando no caso do organismo humano no processo de fixação do ferro na hemoglobina do sangue. Grandes concentrações são encontradas no cérebro e fígado.10 .

Em certos organismos chega a assumir o papel do ferro em integrar moléculas responsáveis pelo transporte de oxigênio, a exemplo da hemocianina cuprosa, o que inusitadamente confere a esses animais um sangue de coloração azulada ao invés do vermelho tradicional. Através do sangue azul dos Límulos (uma espécie de caranguejo) produz-se uma substância conhecida por Limulus Amebocyte Lysate cujo poder bactericida e anti-endotoxinas é bem conhecido. O litro de sangue desse animal chega a casa dos milhares de dólares no mercado associado. A sangria pode ser feita de forma controlada e sem o óbito do animal, e durante a vida útil um único espécime pode render mais de 2500 dólares americanos 11

Ligas metálicas

Os cobres debilmente ligados são aqueles que contém uma porcentagem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das características do cobre como a maquinabilidade (facilidade de mecanização), resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre. Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, crômio e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis (níquel), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco).


Contaminação de água por cobre
Todos os compostos de cobre deveriam ser tratados como se fossem tóxicos; uma quantidade de 30 g de sulfato de cobre é potencialmente letal em humanos.

O metal em pó é combustível, inalado pode provocar tosse, dor de cabeça e dor de garganta, recomenda-se evitar a exposição laboral e a utilização de protetores como óculos, luvas e máscaras. O valores limites ambientais são de 0,2 mg/m³ para vapor de cobre e 1 mg/m³ para o pó e névoas. Reage com oxidantes fortes tais como cloratos, bromatos e iodatos, originando o perigo de explosões.

A água com conteúdo em cobre superiores a 1 mg/l pode contaminar as roupas e objetos lavados com ela, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida com sabor desagradável. A Organização Mundial da Saúde (OMS) no Guia para a qualidade da água potável recomenda um nível máximo de 2 mg/L , mesmo valor adotado na União Europeia. Nos Estados Unidos a Agência de Proteção Ambiental tem estabelecido um limite de 1,3 mg/L.

As atividades mineiras podem provocar a contaminação de rios e águas subterrâneas com cobre e outros metais, tanto durante a exploração como uma vez abandonada. O derramamento mostrado na foto provem de uma mina abandonada em Idaho. A coloração turquesa da água e rochas se deve a presença de precipitados de cobre.

Carvão mineral - Formação do carvão mineral - Consequências do uso do carvão - Entrepostos de carvão no Brasil - Maiores produtores - Geologia - Geografia - Trabalho Escolar - Trabalhos Escolares

Carvão mineral

O carvão mineral é uma rocha sedimentar combustível, de cor preta ou marrom, que ocorre em estratos chamados camadas de carvão. As formas mais duras, como o antracito, podem ser consideradas rochas metamórficas devido à posterior exposição a temperatura e pressão elevadas. É composto basicamente por carbono, mas contém quantidades variáveis de enxofre, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, além de elementos vestigiais[carece de fontes?]. Quanto maior o teor de carbono, mais puro se considera. Existem quatro tipos principais de carvão mineral: turfa, linhito, hulha e antracito (em ordem crescente do teor de carbono). É extraído do solo por mineração a céu aberto ou subterrânea.

Entre os diversos combustíveis produzidos e conservados pela natureza sob a forma fossilizada, acredita-se ser o carvão mineral o mais abundante.

Com o coque e o alcatrão de hulha, seus subprodutos, é vital para muitas indústrias modernas.

Formação do carvão mineral

O carvão mineral foi formado pelos restos soterrados de plantas tropicais e subtropicais, especialmente durante períodos Carbonífero e Permiano.

As alterações climáticas registradas no mundo explicam porque o carvão ocorre em todos os continentes, mesmo na Antártida. Segundo a visão tradicional, os depósitos carboníferos se formaram de restos de plantas acumuladas em pântanos, que se decompuseram, fazendo surgir as camadas de turfa.

A elevação do nível das águas do mar ou o rebaixamento da terra provocaram o afundamento dessas camadas sob sedimentos marinhos, cujo peso comprimiu a turfa, transformando-a, sob elevadas temperaturas, em carvão. Apenas o carvão de cor marrom (linhitos) têm origem estritamente a partir de plantas.1

Empregam-se, em geral, dois métodos para determinar a composição dos carvões: a "análise elementar", estabelece as porcentagens totais dos elementos presentes (carbono, hidrogênio, oxigênio, enxofre e nitrogênio); e a "análise aproximada" fornece uma estimativa empírica das quantidades de umidade, cinza e materiais voláteis, e de carbono fixo. Os carvões classificam-se ou ordenam-se de acordo com o seu conteúdo de carbono fixo, cuja proporção aumenta à medida que o minério se forma. Em ordem ascendente, os principais tipos são: linhito, que se desgasta rapidamente, pode incendiar-se espontaneamente e tem baixo valor calorífico; é usado sobretudo na Alemanha e na Austrália; carvão sub-betuminoso, utilizado principalmente em estações geradoras; carvão betuminoso, o tipo mais comum e que, transformado frequentemente em coque tem amplo emprego industrial; o antracito, um carvão lustroso, de combustão lenta, excelente para uso doméstico.

Consequências do uso do carvão

Embora utilizado como combustível, em Gales, na Grã-Bretanha, desde o segundo milênio a.C., o carvão só começou a ser minerado de forma mais ou menos sistemática na Europa por volta do século XIII, época em que já era conhecido dos índios norte-americanos. A primeira mina comercial de carvão da América foi aberta em Richmond. EUA (1745), e o antracito era extraído na Pensilvânia por volta de 1770. A revolução industrial ampliou a demanda do minério, que só reduziu no século XX, com a difusão do emprego do petróleo como combustível. As reservas mundiais de carvão são estimadas em cerca de sete trilhões de toneladas, o suficiente para atender a demanda durante alguns séculos, nas taxas de consumo atuais.

A queima de carvão para obtenção de energia produz efluentes altamente tóxicos como por exemplo o mercúrio e outros metais pesados como vanádio, cádmio, arsênio e chumbo. Além disso, a libertação de dióxido de carbono causa poluição na atmosfera, agravando o aquecimento global e contribuindo para a chuva ácida. Na década de 1950, a poluição atmosférica devido ao uso do carvão causou elevado número de mortes e deixou milhares de doentes em Londres, durante "o grande nevoeiro de 1952".

Entrepostos de carvão no Brasil

Existem doze entrepostos instalados com capacidade de armazenar 8 milhões de toneladas de carvão mineral, sendo que o de Tubarão, Santa Catarina, é para seis milhões de toneladas, ocupando uma área de 120 hectares.2

Maiores produtores

Os maiores produtores de carvão mineral são a China, os Estados Unidos, a Austrália, a Rússia e a Indonésia. A China, sozinha, produz quase metade do carvão mineral do mundo, tendo produzido em 2008, 2,761 bilhões de toneladas.3

Os maiores exportadores são a Austrália, a Indonésia, o Canadá, os Estados Unidos e a Rússia.3

Produção de carvão por países e anos (milhões de toneladas)4 5 6
País 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 % Reservas (anos)
 China 1834.9 2122.6 2349.5 2528.6 2691.6 2802.0 2973.0 3240.0 48.3 % 35
 Estados Unidos 972.3 1008.9 1026.5 1054.8 1040.2 1063.0 975.2 984.6 14.8 % 241
 União Europeia 637.2 627.6 607.4 595.1 592.3 563.6 538.4 535.7 4.2 % 105
 Austrália 350.4 364.3 375.4 382.2 392.7 399.2 413.2 423.9 6.3 % 180
 Rússia 276.7 281.7 298.3 309.9 313.5 328.6 301.3 316.9 4.7 % 495
 Indonésia 114.3 132.4 152.7 193.8 216.9 240.2 256.2 305.9 5.0 % 18
 África do Sul 237.9 243.4 244.4 244.8 247.7 252.6 250.6 253.8 3.8 % 119
 Alemanha 204.9 207.8 202.8 197.1 201.9 192.4 183.7 182.3 1.2 % 223
 Polónia 163.8 162.4 159.5 156.1 145.9 144.0 135.2 133.2 1.5 % 43
 Cazaquistão 84.9 86.9 86.6 96.2 97.8 111.1 100.9 110.8 1.5 % 303
Total mundial 5,301.3 5,716.0 6,035.3 6,342.0 6,573.3 6,795.0 6,880.8 7,273.3 100 % 119