uranio, fonte de energia-reanalizado

URÂNIO, FONTE DE ENERGIA – Por João Manuel Oliveira

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ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................... 3

ÍNDICE DE GRÁFICOS E FIGURAS ............................................................ 4

DEDICATÓRIA ................................................................................................. 6

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 7

1.1. O URÂNIO. ............................................................................................. 8

1.1.1. Descobrimento. ................................................................................ 9

2. CAPÍTULO I - ABUNDÂNCIA E ESTADO NATURAL. ................... 10

2.1. MINERAIS DE URÂNIO. ......................................................................... 11

2.2. PROPRIEDADES FÍSICAS. ...................................................................... 12

2.3. PROPRIEDADES QUÍMICAS. ................................................................... 13

3. CAPÍTULO II - MÉTODOS DE OBTENÇÃO E PREPARAÇÃO .... 16

4. CAPÍTULO III - APLICAÇÕES ............................................................ 18

4.1. PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE ........................................................... 18

4.1.1. Funcionamento de uma central nuclear ........................................ 20

4.1.2. Vantagens da produção de energia nuclear .................................. 21

4.1.3. Desvantagens da produção de energia nuclear ............................ 21

4.2. APLICAÇÕES MILITARES ...................................................................... 22

4.2.1. A bomba nuclear. ........................................................................... 22

4.2.2. Propulsão nuclear. ........................................................................ 23

4.3. OUTRAS APLICAÇÕES ........................................................................... 24

5. CAPÍTULO IV - EFEITOS AMBIENTAIS E A SAÚDE. ................... 26

5.1. EFEITOS AMBIENTAIS ........................................................................... 26

5.2. EFEITOS A SAÚDE ................................................................................. 27

CONCLUSÃO. ................................................................................................. 29

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 30

ÍNDICE REMISSIVO ...................................................................................... 31


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ÍNDICE DE GRÁFICOS E FIGURAS

TABELA 1 ‐ PRINCIPAIS ISÓTOPOS DE URÂNIO. ......................................................................................................... 9

TABELA 2 ‐ PROPRIEDADES FÍSICAS DO URÂNIO. ..................................................................................................... 13

TABELA 3 ‐ REACTIVIDADE DO URÂNIO. ................................................................................................................ 14

TABELA 4 ‐ ESTADOS DE OXIDAÇÃO. .................................................................................................................... 14

TABELA 5 ‐ PERCENTAGEM DA ENERGIA PRODUZIDA NO MUNDO .............................................................................. 18

TABELA 6 ‐ ENERGIA NUCLEAR PRODUZIDA NO MUNDO. .......................................................................................... 18

ILUSTRAÇÃO 1 ‐ ÓXIDO AMARELO DE URÂNIO "YELLOWCAKE" .................................................................................. 10

ILUSTRAÇÃO 2 ‐ HEXAFLUORETO DE URÂNIO (UF6) ................................................................................................ 11

ILUSTRAÇÃO 3 ‐ PERCENTAGEM DA ENERGIA PRODUZIDA NO MUNDO. ....................................................................... 18

ILUSTRAÇÃO 4 ‐ ESQUEMA DE UMA CENTRAL NUCLEAR. .......................................................................................... 19

ILUSTRAÇÃO 5 ‐ REACÇÃO NUCLEAR EM CADEIA. .................................................................................................... 20

ILUSTRAÇÃO 6 ‐ BOMBA ATÓMICA DE FISSÃO ........................................................................................................ 22

ILUSTRAÇÃO 7 ‐ PRIMEIRO NAVIO AERÓDROMO MOVIDO A ENERGIA NUCLEAR. ............................................................ 23


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AGRADECIMENTOS

O meu agradecimento ao Dr. Edélio Danguillecourt Alvarez

por ser o principal mentor deste trabalho e pela confiança demonstrada.

Ao meu estimado colega Narciso Ambrósio por todo o apoio

técnico e material

À todo o estudante do 4º ano do curso de física nuclear da

faculdade de ciências, a quem este trabalho se destina primariamente.


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DEDICATÓRIA

À Daniel e Rosa Oliveira


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1. INTRODUÇÃO

A concepção do presente trabalho partiu da ideia de se mostrar e fazer

chegar aos estudantes da faculdade de ciências, algumas das aplicações mais

correntes da energia do átomo e mostrar a íntima relação entre os diferentes

cursos ministrados na faculdade no caso concreto da Física da Química e da

Geologia.

Sendo as aplicações do urânio actualmente um dos temas mais impor-

tantes na geopolítica mundial e um dos temas mais comuns das grandes dispu-

tas internacionais achou-se actual que se fizesse uma incursão sobre este

importante recurso mineral.

O conhecimento ainda que básico dos principais usos e métodos de

obtenção do urânio deve ser levado a todos os estudantes deste nível de ensi-

no, ainda que como forma de levantarem-se alguns tabus associados a este

tema.

O facto das principais aplicações do urânio estarem ligadas ao aprovei-

tamento da energia nuclear, e por ser um elemento radioactivo1 é crucial que

se estude este elemento pois pode ser dos mais influentes recursos naturais no

curso da vida na terra, pelo menos na forma como a conhecemos. Assim não

se pode falar em protecção do planeta, excluindo-o. Seus efeitos sobre o

ambiente e sobre a saúde do homem podem ser dos mais perigosos.

Com o aumento da procura de energia, e com o aparecimento das cha-

madas «economias emergentes», a transformarem o quadro mundial da procu-

ra de energia, o mundo actual vê-se a par de um dilema:

“Como satisfazer a crescente demanda por energia, se as fontes actuais

(os combustíveis fosseis) são fontes não renováveis e por isto mesmo finitos.

Além do mais estão próximas dos seus valores máximos?”.

1 Propriedade que alguns núcleos instáveis têm de emitirem espontaneamente radia-

ção e converterem-se noutros núcleos mais estáveis.


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Muitas soluções a este problema têm sido propostos mas, em muitas

delas recai sobre si, a sua real aplicabilidade. Sugere-se então neste trabalho

algumas das mais importantes aplicações do urânio, cientes que ele pode ser a

uma das respostas para este dilema.

1.1. O urânio.

Elemento químico de símbolo U, número atómico2 92. Seu ponto de

fusão é 1132ºC e o ponto de ebulição 3818ºC. Pertence a serie dos actinídeos.

O urânio natural é uma mistura de três isótopos:

• Uranio-238 (98,8%)3.

• Uranio-335 (0,712%).

• Uranio-234 (0,006%).

Isótopos são elementos químicos que possuem o mesmo número ató-

mico mas diferente índice de massa4. Como as propriedades químicas de um

elemento só dependem do seu número atómico, todos isótopos são quimica-

mente idênticos, ocupando o mesmo local na tabela periódica.

Dentre estes tem especial importância o 235U, porque somente este

pode sofrer a reacção de fissão nuclear55 e sustentar uma reacção em cadeia.

É de salientar que estas quantidades permanecem, constantes no sis-

tema solar o que permite estimar a idade deste.

Embora sejam quimicamente iguais os diferentes isótopos de elemento

químico possuem propriedades radioactivas muito diferentes.

Na tabela em baixo vemos as principais características dos isótopos de

urânio natural.

2 Número de protões no núcleo, o que caracteriza a carga positiva num átomo.

3 As percentagens entre parêntesis representam a abundância relativa destes isótopos dentro de uma amostra de urânio natural.

4 Número de protões e de neutrões no núcleo.

5 Fissão nuclear é uma reacção nuclear na qual um núcleo pesado (número de massa grande) divide-se em dois núcleos mais leves.


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Apresenta-se nela características como a sua constante de desintegra-

ção (λ), tipo de radiação, energia da radiação gama emitida, e uma das mais

importantes que são os seus períodos de semi-desintegração (T1/2) (ver

pag.11).

Isótopo T1/2, anos λ, s-1 Radiação Energiaγ, Mev238U 4,51. 109 4,9. 10-18 α,SF*, γ 0,048 235U 7. 108 3,09-17 α,SF*, γ 234U 2,48. 105 8,9. 10-14 α,SF*, γ 0,053;0,118

Tabela 1 - Principais isótopos de urânio.

11..11..11.. DDeessccoobbrriimmeennttoo..

O urânio foi descoberto como óxido em 1789 na pechblenda66 (ver pag.

11) pelo químico alemão Martin Heinrich Klaproth, quem o pôs o nome do

planeta Urano.

O primeiro a obtê-lo no estado metálico foi E. M. Peligot, em 1841, que

reduziu com potássio seu cloreto anidro.

As propriedades radioactivas do urânio foram postas em evidência em

1896 quando o físico francês Antoine Henri Becquerel produziu, por acção de

um sal fluorescente7 de sulfato de potássio e urânio, uma imagem sobre uma

placa fotográfica coberta com uma substância absorvente de luz. As investiga-

ções sobre a radioactividade que se seguiram aos experimentos de Becquerel

conduziram ao descobrimento do rádio e a novos conceitos sobre a organiza-

ção interna da matéria.

6 Minério de Urânio.

7 Núcleo que emite luz sem que seja por efeito térmico, num intervalo de tempo inferior

de 10-8 s após a recepção do estímulo.


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2. CAPÍTULO I - ABUNDÂNCIA E ESTADO NATURAL.

O urânio é um elemento menos escasso do que se pensou a princípio. É

mais abundante que o mercúrio, o antimónio, a prata e o cádmio sendo sua

presença na natureza parecida a do molibdénio e do arsénio. O urânio é um

material radioactivo que é muito reactivo. Como resultado disto não se pode

encontrar no ambiente na sua forma elementar.

O urânio nunca se encontra no estado livre senão como óxido ou sal

complexo em minerais tais como a pechblenda, um óxido misto de composição

entre UO2 e U3O8, a

carnotita, um vana-

dato de uranilo e

potássio

((VO4UO2K)dois•3H2

O), a uranita, nas

areias de monazita,

nas rochas ígneas e

no lignito, e pode

obter-se comercial-

mente de todas

estas fontes.

Acredita-se que está localizado principalmente na crusta terrestre, onde

a sua concentração média é de quatro “partes por milhão” (PPM). O conteúdo

total na crusta terrestre que vai até a profundidade de 25 km se calcula em 1017

kg, os oceanos podem conter 1013 kg de urânio.

Conhecem-se centenas de minerais que contêm urânio, mas apenas

alguns poucos são de interesse comercial. Ocupa o 48º posto na classificação

Ilustração 1 - Óxido amarelo de urânio "Yellowcake"


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dos elementos mais abun-

dantes. No solo se encontra

em concentrações típicas de

umas poucas “partes por

milhão” (PPM)88.

Certas rochas contêm

concentrações de urânio

suficientemente altas para

ser mineradas. As rochas

são levadas a um fábrica

química onde se remove o

urânio e se converte em

produtos químicos de urânio ou em metal. Uma das propriedades radioactivas

do urânio é o período de semi-desintegração, ou o tempo que leva metade do

isótopo a emitir sua radiação e a transformar-se a outra substância. Os perío-

dos de semi-desintegração são muito altos (cerca de 200000 anos para o 234U,

700 milhões de anos para o 235U, e cinco mil milhões de anos para o 238U)·. É

por isto que o urânio ainda existe na natureza e não tenha decaído totalmente.

2.1. Minerais de urânio.

Na lista abaixo vemos os principais minérios de urânio.

Torita;

Alamite;

Euxénitev;

Tórianite;

Uraninita, pechblenda UO2;

Torberníte Cu (UO2) dois (PO4)2. 12H2O;

8 PPM – Partes Por Milhão, isto significa que para cada milhão de partes de uma

amostra, existem n partes de certo material.

Ilustração 2 - Hexafluoreto de urânio (UF6)


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Autunita Ca(UO2) dois (PO4)2. 10-12H2O;

Carnótite K2(UO2) dois (VO4)2. 3H2O;

Branerite;

Casolite;

Cuprosklodowskite;

Curite;

Euxénite;

Lantinite;

Meta-autunite;

Meta-tórbernite;

Piro cloro (Na, Ca) (Ta, Nb)2O6(O, OH, F).

2.2. Propriedades Físicas.

O urânio é um metal radioactivo branco prateado com superfície gris,

muito denso, fortemente electropositivo9 e reactivo, dúctil10 e maleável, duro e é

quase tão resistente como o aço (um pouco mais brando que o aço) e ligeira-

mente paramagnético, mas mau condutor de electricidade.

É o mais pesado dos elementos naturais. Os três são o mesmo elemen-

to químico, mas têm propriedades radioactivas diferentes.

O urânio adopta três formas cristalinas: alfa (688ºC)> beta (776ºC)>

gama, sendo a forma beta maleável e dúctil.

Muitas aleações11 de urânio são de grande interesse na tecnologia

nuclear, já que o metal puro é quimicamente activo e anisotrópico e tem pro-

priedades mecânicas deficientes.

9 Elemento químico com forte tendência a ceder electrões e oxidar-se.

10 Flexível (elástico)

11 Variações de uma substância com diferentes propriedades mecânicas


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Massa atómica 238,0289 uma

Ponto de Fusão 1405,5 K

Ponto de ebulição 4200 K

Densidade 18950 Kg/m3

Potencial normal de redução 1,38 V

Condutividade térmica 27,50 J/m s oC

Condutividade eléctrica 33,3 mΩ cm

Calor específico 117,04 J/kg K

Calor de fusão 12,6 KJ/mol

Calor de vaporização 417,0 KJ/mol

Calor de atomização 490,0 KJ/mol de áto‐mos

Estados de oxidação 18

Energia de ionização U ‐ U+ 584 KJ/mol

U+ ‐U+2 1420 KJ/mol

Afinidade electrónica Sem dados

Raio atómico 1,56 Å

Raio covalente 1,42 Å

Raio iónico U+3=1,11 Å

U+4=0,93 Å

U+5=0,89 Å

U+6=0,80 Å

Volume atómico 12,59 cm3/mol

Polarizabilidade 27,4 Å

Electronegatividade (Pauling) 1,38

Tabela 2 - Propriedades físicas do urânio.

Assim, as

varetas cilíndricas

de urânio puro

recobertas com silí-

cio e conservadas

em tubos de alumí-

nio (lingotes)

empregam-se nos

reactores nucleares.

As aleações do urâ-

nio são úteis na

diluição de urânio

enriquecido para

reactores e na sua

aplicação como

combustíveis líqui-

dos.

2.3. Propriedades químicas.

É muito reactivo, se oxida facilmente ao ar frio recobrindo-se com uma

capa de óxido. Quando está finamente dividido, arde aos 150ºC e também é

atacado pela água fria.

Dissolve-se nos ácidos clorídrico e sulfúrico formando sais tetravalentes,

separando o hidrogénio dos ácidos e das soluções de sais de outros metais

como mercúrio, prata, cobre, estanho, platina e ouro, mostra-se passivo com o

ácido nítrico e reage muito lentamente com os ácidos não oxidantes: fosfórico o

fluorídrico. O urânio é inerte em relação aos álcalis, mas a adição de peróxido

provoca a formação de peruranatos solúveis em água.


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O urânio reage reversivelmente com o hidrogénio para formar UH3 a

250ºC. Os isótopos de hidrogénio formam deuteriunato de urânio, UD3, tritiuna-

to de urânio, UT3.

Reactividade Com ar Suave » U3O8 Com H2O Suave quando em

pó Com HCl 6M Suave » H2; UCl3 Com HNO3 15M

Se mostra passivo

Com NaOH 6M

Não reage

Tabela 3 - Reactividade do urânio.

O sistema urânio-oxígenio é

extremamente complexo. O monóxido

de urânio, UO, é uma espécie gasosa

que não é estável abaixo dos 1800ºC.

No intervalo de UO2 a UO3 existe

grande número de fases.

Os halogenetos de urânio constituem um importante grupo de compos-

tos.

O tetra fluoreto de urânio é um intermediário na preparação do metal e

o hexafluoreto de urânio, o composto de urânio mais volátil, se emprega na

separação dos isótopos de 235U e 238U. Os halogenetos reagem com oxigénio a

temperaturas elevadas para formar uranilos e finalmente U3O8.

Estado de oxida‐ção

Substancia

UII UO? UIII [U(H2O)X]

3+ (aq. Instável), UF3 UCl3, etc. [U(C5H5)] UIV UO2, [U (H2O)X]

+4 (aq), sais UF4 UCl4, etc. UV U2O5, UO

2+ (aq. Instável), UF5 UCl5,UBr5,UF6

‐1,UF72‐,UF8

3‐ UVI UO3,(U3O8),UO2

2+ (aq),Sais,UF6, UCl6, Complexos

Tabela 4 - Estados de oxidação.

O urânio natural é

suficientemente radioactivo

para impressionar uma pla-

ca fotográfica aproximada-

mente uma hora. Pensa-se

que uma boa parte do calor

interno da terra pode atri-

buir-se a presença de urâ-

nio e tório.

O urânio reage com quase todos os elementos não metálicos e os seus

compostos binários. A 1000ºC combina-se com o nitrogénio para formar um

nitrato amarelo. Também se combina com o cloro, o enxofre e o carbono, com

que forma carbonato de urânio UC2 que se decompõe na água dando H2 e

alguns hidrocarbonetos.


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O urânio forma sais de uranilo como o cloreto de uranilo, UO2CL2, que

podem decompor-se na presença da luz forte e matéria orgânica e o nitrato de

urânio cujos cristais têm a propriedade de ser triboluminiscentes12.

Os compostos trivalentes são bastante instáveis e se convertem em

hexavalentes por exposição contínua ao ar.

O urânio e seus compostos são altamente tóxicos, tanto desde um ponto

de vista radiológico como químico.

A concentração máxima permissível de compostos solúveis de urânio no

ar é 0,2 mg/m3 do ponto de vista químico. Atendendo a sua radioactividade, a

radiação total máxima para o organismo é de 0,2 µCi13.

Os compostos de urânio que se tenham formado durante a reacção de

urânio com outros elementos e substancias se dissolvem na água. A solubili-

dade em água de um composto de urânio determina sua mobilidade no meio

ambiente, assim como sua toxicidade.

12 Materiais que emitem luz por acção do atrito.

13 Micro Curies é uma unidade não SI para actividade radioactiva. Um Curie é a activi-

dade de 1 g de rádio ou seja


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3. CAPÍTULO II - MÉTODOS DE OBTENÇÃO E PREPARAÇÃO

Por causa da grande importância do isótopo ficcionáveis1144 235U, idealiza-

ram-se métodos industriais um tanto complexos para a sua separação da mis-

tura de isótopos naturais.

O processo de difusão gasosa, que se utiliza nos Estados Unidos em

três grandes plantas, é o processo industrial principal. Outros processos que se

aplicam a separação do urânio incluem a centrifugação, em que o hexafluoreto

de urânio gasoso se separa em centrifugadoras em cascata, o processo de

difusão térmica líquida, a boquilha de separação e a excitação a laser.

No procedimento clássico para extrair urânio, a pechblenda triturada e

enriquecida por suspensão se mistura com ácido sulfúrico e nítrico. O urânio se

dissolve para formar sulfato de uranilo, UO2SO4 o rádio e outros metais se pre-

cipitam como sulfatos. Mediante a posterior adição de hidróxido de sódio, o

urânio precipita como diuranato de sódio, Na2U2O7•6H2O, conhecido também

como o óxido amarelo de urânio.

Para obter urânio a partir da carnotita, o minério é finamente triturado e

tratado com uma solução quente de soda cáustica e potassa para dissolver o

urânio, o rádio e o vanádio que posteriormente há-de separar-se.

O urânio extraído se purifica por diversos métodos, principalmente por

formação de halogenetos ou óxidos que se reduzem com magnésio, cálcio,

alumínio ou carbono a altas temperaturas.

O metal também pode ser produzido por electrólises de KUF5 ou UF4,

dissolvidos em uma mistura fundida de CaCl2 e NaCl.

Estes métodos clássicos de extrair urânio de seus minerais têm sido

substituídos na prática actual por procedimentos tais como a extracção com

solventes, intercâmbio iónico e métodos de volatilidade selectiva.

14 Que se pode ficcionar.


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O tório natural pode irradiar-se com neutrões para produzir o isótopo 233U de acordo com esta fórmula.

,

A preparação de urânio de alta pureza se realiza mediante a decompo-

sição térmica de seus halogenetos sobre um filamento incandescente.

Em qualquer dos processos, o urânio se refunde para comercializar-se

em lingotes de metal puro ou aleado segundo o uso a que se destina.


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4. CAPÍTULO III - APLICAÇÕES

4.1. Produção de electricidade

A produção de energia é actualmente um dos pontos mais importantes

na economia mundial. Estando este intimamente rela-

cionado a pobreza15, o aumento da produção de ener-

gia deve estar sempre presente na decisão de qualquer

governo que pretenda melhorar as condições das suas

populações.

O principal uso do urânio é no sector civil, na

obtenção

de com-

bustível para os reactores

nucleares1166 que produzem 17%

da electricidade total consumida

no mundo.

Para tal o urânio natural é

enriquecido geralmente em 235U

para 2-3%. Para produzir com-

bustível, o urânio natural é sepa-

rado em duas porções. A porção

combustível tem mais 235U que o normal e se chama urânio enriquecido. A

ção que sobra com menos 235U que o normal se chama urânio empobrecido.

O urânio natural, enriquecido ou empobrecido é quimicamente idêntico.

O urânio empobrecido é o menos radioactivo, o urânio enriquecido é o mais

radioactivo. O 235U pode utilizar-se directamente como combustível nuclear, em 15 Segundo tese defendida durante as 10as jornadas técnico-científicas da FESA.

16 Parte central de uma planta de produção de electricidade, onde o calor gerado

durante o processo de fissão nuclear do isótopo 235U é transformado em vapor que vai mover a

turbina.

Tabela 5 - Percentagemda energia produzida n

Tabela 6 - Energia nuclear produzida no mundo.

Ilustração 3 - Percenta-gem da energia produ-zida no mundo.


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lugar do urânio natural, ou usar-se como explosivo. 1 Kg de urânio completa-

mente ficcionado tem um poder como combustível equivalente a umas 6. 000

Toneladas de carvão.

Até 2003 a título de exemplo, os reactores nucleares produziam cerca

de 78% de toda a energia consumida na França e 100% de toda a energia da

Eslováquia.

As usinas nucleares são centrais termoeléctricas - como as convencio-

nais - compostas de um sistema de geração de vapor, uma turbina para trans-

formação do vapor em energia mecânica e de um gerador para a transforma-

ção de energia mecânica em energia eléctrica. A geração de vapor, não ocorre

em consequência da combustão de uma material combustível, como o carvão e

óleo, e sim devido à ficção de

núcleos de átomos de urânio.

Um elemento importante nas

usinas nucleares são os moderado-

res, que são substancias que

podem reduzir a energia cinética

dos neutrões.

Contrariamente ao que pode

parecer, os moderadores não ser-

vem para reduzir o processo de

cisão1177 nuclear, pelo contrário

estes servem para a aumentar reduzindo a velocidade dos neutrões18. Para

controlar a usina, usam-se barras de cádmio que se introduzem mais ou menos

para o interior destas.

O isótopo U-235 é o isótopo fissil responsável pela reacção em cadeia

nos reactores nucleares.

17 O mesmo que fissão.

18 A probabilidade de um núcleo de urânio sofrer fissão é tanto maior quanto menor for

a velocidade dos neutrões.

Ilustração 4 - Esquema de uma central nuclear.


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A energia eléctrica por fonte nuclear é obtida a partir do calor da reacção

do combustível (urânio) utilizando o princípio básico de funcionamento de uma

usina térmica convencional, que é sempre igual; a queima do combustível pro-

duz calor, esse ferve a água de uma caldeira transformando-a em vapor. O

vapor movimenta uma turbina que, por sua vez, dá partida a um gerador que

produz a electricidade.

Uma usina nuclear típica, possui capacidade de geração de energia da

ordem de 1000 MW·. As turbinas são máquinas térmicas e possuem eficiência

limitada pela segunda lei da termodinâmica19. Nas usinas nucleares modernas,

a eficiência global é aproximadamente igual a um terço, logo, são necessários

3000 MW de potência térmica para gerar 1000 MW de potência eléctrica. Para

se ter uma noção deste valor basta referir que o projecto CAPANDA tem uma

capacidade máxima instalada de 520 MW, valor correspondente apenas a

metade da electricidade produzida nestas usinas.

44..11..11.. FFuunncciioonnaammeennttoo ddee uummaa cceennttrraall nnuucclleeaarr

Quando a ficção do isótopo U-235 ocorre, o núcleo divide-se em duas

partes formando dois elementos novos, e deles desprendem-se 2 ou 3 neu-

trões que, por seu turno, podem chocar-se com outro núcleo de U-235 acarre-

tando nova ficção, novos elementos são formados,

provocando uma sequência de ficções denominada

reacção nuclear em cadeia.

Ocorre que neste processo a massa dos

produtos somados, não é igual a massa do reagen-

te (o U-235) como previa a lei da conservação da

massa de Lavoisier, na realidade ela é menor. A

massa assim desaparecida é convertida em energia

de acordo com a lei da conservação da massa-energia. De acordo com esta lei

a energia libertada é: ∆ ∆ .

19 De acordo com esta lei não se pode transformar todo o calor fornecido a uma

máquina, para transformar trabalho.

Ilustração 5 - Reacçãonuclear em cadeia.


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O aproveitamento e controlo dessa energia libertada para a produção de

energia eléctrica é feito dentro de reactores nucleares.

A fim de optimizar as reacções nucleares costuma-se enriquecer o urâ-

nio antes do seu uso nos reactores. Esta operação consiste simplesmente em

aumentar o teor do Isótopo U-235 (o único que se ficciona) na mistura de isóto-

pos do urânio natural (U-234, U-235 e U-238).

44..11..22.. VVaannttaaggeennss ddaa pprroodduuççããoo ddee eenneerrggiiaa nnuucclleeaarr

Dentre as vantagens e contribuições apresentadas pelo uso da energia

nuclear em lugar de centrais térmicas convencionais, podemos apontar o facto

de quando utilizada para produção de energia eléctrica é uma forma de energia

que não emite nenhum gás de efeito estufa (dióxido de carbono, metano, óxido

nitroso e outros) e nenhum gás causador de chuva ácida (dióxido de enxofre,

óxidos de nitrogénio).

A energia nucleoelétrica também não emite nenhum metal carcinogêni-

co20, teratogênico21 ou mutagênico22 (Arsénio, Mercúrio, Chumbo, Cádmio,

etc.) como as alternativas que utilizam combustíveis fósseis o fazem. A utiliza-

ção da energia nuclear também não liberta gases ou partículas que causem

poluição urbana ou diminuição da camada de ozónio.

Para gerar os 3. 000 MW de potência térmica necessárias para produzir

1. 000 MW de potência eléctrica de uma usina nuclear típica são necessários

apenas 3,2 kg de urânio por dia. Numa central térmica convencional alimentada

a carvão, para gerar esta mesma potência, precisa queimar 10. 600 Tonelada

de carvão por dia, logo 1 kg de urânio é equivalente a 3. 312. 500 Kg de car-

vão.

44..11..33.. DDeessvvaannttaaggeennss ddaa pprroodduuççããoo ddee eenneerrggiiaa nnuucclleeaarr

20 Que causa câncer.

21 Que causa desenvolvimento de monstruosidade.

22 Que causa mutações genéticas, muitas vezes com graves consequências para o

portador.


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Entre as desvantagens da produção de energia nuclear, pode ser apon-

tado o risco de explosões nestas centrais, com a libertação de enormes quanti-

dades de materiais radioactivos (nuvem radioactiva). Embora a construção des-

tas usinas cumpram actualmente rigorosíssimas medidas de segurança, tor-

nando estes riscos mínimos.

Acidentes como o que ocorreu em 26 de Abril de 1986 no reactor nº 4

na localidade de Chernobyl na Ucrânia, que foi uma combinação de um pro-

jecto inerentemente instável juntamente com diversos erros humanos cometi-

dos durante testes do sistema de refrigeração de emergência, continuam lan-

çando um fantasma sobre a proliferação destes reactores.

Outra desvantagem desta forma de produção consiste na dificuldade de

manuseamento e armazenamento dos resíduos resultantes (lixo radioactivo).

Estes resíduos por vezes podem permanecer perigosos por milhares de anos.

4.2. Aplicações militares

Outra das grandes aplicações da energia do núcleo tem sido a sua apli-

cação militar.

Dentre esta tem-se a salientar duas:

• Explosivos nucleares.

• Propulsão de submarinos e de navios aeródromos.

44..22..11.. AA bboommbbaa nnuucclleeaarr..

Neste artefacto, usa-se a enorme

energia da cisão nuclear para produzir uma

explosão. Um conceito muito importante, é

o conceito de massa crítica, esta é a massa

mínima de matéria cindível necessária para

gerar uma reacção em cadeia auto-

sustentável.

Uma bomba atómica pequena é Ilustração 6 - Bomba atómica defissão


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equivalente à 20 000 Toneladas de TNT23 Para uma tal bomba é necessário

1kg de 235U para sustentar uma reacção em cadeia.

Por razões óbvias de segurança, uma bomba atómica nunca é construí-

da com a sua massa crítica já presente. Em vez disto, a massa crítica é forma-

da usando explosivos convencionais, como o TNT, para forçar as secções cin-

díveis a juntarem-se. Os neutrões de uma fonte no centro do instrumento ini-

ciam a reacção nuclear em cadeia.

Neste artefacto, usa-se a enorme energia da cisão nuclear para produzir

uma explosão.

Além disto deve-se ressaltar que a concentração de U-235, para criar

uma bomba atómica, é muito maior que a necessária para uma usina nuclear.

Numa usina nuclear é suficiente uma concentração de 3%, enquanto para uma

bomba atómica a concentração de U-235 deve ser superior ou igual a 30%.

Vale notar, que a aplicação dos explosivos nucleares não cinge-se

somente como arma de destruição em massa; a sua aplicação em engenharia

(como na abertura de novas auto-estradas), tem sido ponderada, pois um só

explosivo nuclear pode substituir centenas de toneladas de TNT, o que reduz

consideravelmente os custos do projecto e permite uma enorme economia de

tempo.

44..22..22.. PPrrooppuullssããoo nnuucclleeaarr..

Neste caso o princípio de funcionamento é totalmente similar ao da pro-

dução de energia eléctrica, mas aqui a

potência gerada pelo reactor é apenas em

parte convertida em energia eléctrica para a

alimentação da própria embarcação. A maior

parte da potência gerada é utilizada para

fazer mover as hélices de propulsão do navio

ou do submarino. Começou por ser usado em

23 TNT – Tri-Nitro-Tolueno, Explosivo convencional usado para fins militares e civis.

Ilustração 7 - Primeiro navioaeródromo movido a energianuclear.


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submarinos passando posteriormente aos navios de superfície, mas sua apli-

cação tem se mostrado mais vantajosas, para grandes embarcações como os

navios aeródromos.

4.3. Outras aplicações

1. Estabilizadores de urânio empobrecido para aviões, satélites artificiais

e veleiros.

2. Adição de urânio para a criação de cristais verdes ou fosforescentes24

no amarelo.

3. O grande período de semi-desintegração (ver pag.11) do isótopo 238U

(4. 51 × 109 anos) é bastante adequado para estimar a idade das rochas

ígneas25 e para outros tipos de datação rádio métrica.

4. Empregam-se nos dispositivos inerciais de orientação, em giroscó-

pios, como contrapeso para o controle de aeronaves e como material de blin-

dagem.

5. O 238U é convertido em plutónio ficcionável nos reactores reproduto-

res. O plutónio26 pode ser usado em reactores, ou em armas nucleares.

6. Alguns acessórios luminosos utilizam urânio, do mesmo modo que o

fazem alguns químicos fotográficos (nitrato de urânio)

7. O urânio em estado metálico é usado como brancos de raios X para

fazer raios X de alta energia.

8. Seu alto peso atómico faz o U-238 eficaz para a protecção contra a

radiação.

24 Núcleo que emite luz que não seja por efeito térmico, num intervalo de tempo supe-

rior a 10-8s após a recepção do estímulo.

25 Rochas magmáticas, que chegam a superfície terrestre normalmente em erupções

vulcânicas.

26 Elemento químico transurânico produzido artificialmente, em reactores nucleares

reprodutores.


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9. Fertilizantes de fosfato de antemão contêm altos conteúdos de urânio

natural, devido a que o mineral do qual são feitos é tipicamente alto em urânio.

10. O seu nitrato tem-se utilizado como toner fotográfico e o seu acetato

usa-se em química analítica.

11. O urânio empobrecido é usado na produção de munições perfuran-

tes e blindagem de alta resistência.

12. Os compostos usam-se na fabricação de vidros especiais (Na2U2O7.

6H2O) e catalises (o carbonato de urânio usa-se na produção de amoníaco).


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5. CAPÍTULO IV - EFEITOS AMBIENTAIS E A SAÚDE.

5.1. Efeitos ambientais

O urânio pode encontrar-se no meio ambiente de forma natural em mui-

to pequenas quantidades em rochas, solo, ar e água. Os humanos adicionam

metais de urânio e compostos, porque são eliminados durante os processos de

mineramento e têxteis.

Na água a maior parte do urânio é urânio dissolvido o que deriva das

rochas e do solo sobre a qual a água corre. Parte do urânio está em suspen-

são, de forma que a água toma uma textura de barro.

Somente uma parte muito pequena de urânio na água sedimenta do ar.

As quantidades de urânio na água potável são geralmente muito baixas. As

águas que contêm baixas quantidades de urânio são normalmente segura para

beber. Devido a sua natureza, não é provável que se acumule nos peixes ou

nos vegetais e o urânio que é absorvido dos alimentos será eliminado rapida-

mente através da urina e das fezes.

Os vegetais de raiz tais como os tubérculos podem conter por tanto con-

centrações de urânio mais altas que o normal. Quando se lavam os vegetais o

urânio será eliminado.

A erosão causada nas minas pode provocar que maiores quantidades

de urânio sejam libertadas ao meio ambiente.

O urânio se encontra nos solos em diversas concentrações que são

normalmente muito baixas. Os humanos adicionam urânio ao solo através das

actividades industriais. Os compostos no solo se combinarão com outros com-

postos, que podem permanecer no solo durante anos e movem-se na água

subterrânea.

As concentrações de urânio são normalmente mais altas no solo rico em

fosfato, mas isto não tem por que ser um problema, porque as concentrações

normalmente não excedem os limites normais dos solos não contaminados.

As plantas absorvem urânio através de suas raízes e o armazenam ali.


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5.2. Efeitos a saúde

Devido ao facto do urânio ser uma substância radioactiva os efeitos des-

te sobre a saúde têm sido investigados. Os cientistas não detectaram nenhum

efeito maligno nas radiações a nível natural de urânio. Sem dúvidas, podem

dar-se efeitos químicos depois da ingestão de grandes quantidades de urânio e

isto pode provocar efeitos tais como enfermidade do fígado.

Todas as misturas de urânio (natural, enriquecido e empobrecido) têm

os mesmos efeitos químicos no corpo. Trata-se de um material muito tóxico

que afecta o sistema ósseo, renal e outros órgãos do corpo humano. Por ser

radioactivo, é cancerígeno, sobretudo quando se inata junto 222radão27. Por

esse motivo, a enfermidade mais frequente entre os trabalhadores das minas

de urânio é o câncer de pulmão

O urânio pode transformar-se noutras substâncias radioactivas, como

por exemplo, rádio que podem produzir câncer se você se expõe a elas em

suficiente quantidade por um período prolongado. Foram descritos casos de

câncer do pulmão e outros câncers em estúdios de minérios de urânio; sem

embargo os mineradores também fumavam e estavam expostos a outras subs-

tâncias que produzem câncer tais como o 222radão e pó de sílica.

As possibilidades de ter câncer são muito mais elevadas quando as

pessoas são expostas ao urânio enriquecido, porque é uma forma mais

radioactiva do que o urânio natural. Esta forma de urânio emite radiação dano-

sa o que pode levar a que as pessoas desenvolvam câncer em alguns anos. O

urânio enriquecido pode causar efeito à reprodução durante os acidentes nas

centrais nucleares.

A comida, tal como os vegetais, e a água nos proporcionam pequenas

quantidades de urânio natural e respiraremos concentrações mínimas de urâ-

nio no ar. A concentração de urânio nos mariscos é normalmente tão baixa que

pode ser tranquilamente ignorada.

27 Isótopo radioactivo de radão.


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As pessoas que vivem ao lado de vertedores de substâncias perigosas

ou ao lado de minas, as que trabalham na indústria do fosfato, as que comem

cultivos que cresceram em solo contaminado ou que bebem água de um lugar

de despejo de urânio podem experimentar uma exposição mais elevadas que

outras pessoas. Os vidros de urânio estão proibidos, mas alguns artistas que,

todavia os usam para trabalhos com vidro experimentam uma exposição maior

que a normal.


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CONCLUSÃO.

O urânio, e suas aplicações, têm sido o ponto fulcral das grandes dispu-

tas políticas mundiais. Assim o seu estudo e conhecimento deve ser conside-

rado não apenas do ponto de vista económico, mas também do ponto de vista

estratégico, para qualquer país.

Devido as consequências sempre gigantescas das suas aplicações

(para o bem, ou para o mal), o estudo do urânio deve sempre ser levado em

conta em qualquer currículo académico, com especialização em física nuclear.

Suas vantagens são então inegáveis, mas devem ser sempre pondera-

das as suas desvantagens e perigos, assim, a colheita contínua de saberes

sobre como aumentar as vantagens e reduzir os riscos deve ser levado em

conta pelos países, na busca de novas fontes de energia.

No presente trabalho, foram apresentadas um conjunto importante de

informações acerca do urânio. Assim analisados as propriedades químicas e

físicas deste importante elemento químico, bem como apresentamos os seus

efeitos a saúde e no ambiente.

Tais informações podem ser muito úteis do ponto de vista económico e

sanitário.

Achamos ter atingido os objectivos do nosso trabalho, que eram o de se

apresentar de forma sucinta e clara, aquelas informações que achamos úteis

apresentar.


Página | 30

BIBLIOGRAFIA28

CHANG, Raymond – Química, 5ª Edição, Amadora :

McGraw hill, 1994. ISBN 972-924-68-6 SETFORD, Stephen [et al.] – Dicionário Escolar da Ciência, Barcelos :

Dorling Kindersley, 2004. ISBN 226 154 737

MÁXIMO, António; Alvarenga, Beatriz – Física Vol. 3, Lisboa : Centro do livro Brasileiro.

MARTINHO, Eduardo – Elementos de Física Atómica,

Lisboa : 1969 MOREIRA, Araújo – Física Básica, Coimbra :

Fundação Calouste Gulbenkian, 1975 FRISCH, Otto R. – A Natureza da Matéria, Lisboa :

Editorial Verbo, 1973

Mais:

• Textos de apoio aos estudantes (fascículos) da disciplina de quí-

mica radioactiva.

• Textos de apoio da disciplina de Física nuclear.

28 As entradas bibliográficas foram feitas segundo a norma portuguesa NP 405.


Página | 31

ÍNDICE REMISSIVO

A

A bomba nuclear, 22

Alamite, 11

aplicações do urânio, 7

Autunita, 12

B

boquilha de separação, 16

Branerite, 12

C

carcinogênico, 21

carnotita, 10, 16

Carnótite, 12

Casolite, 12

centrifugação, 16

Ch

Chernobyl, 22

chuva ácida, 21

C

crusta terrestre, 10

Cuprosklodowskite, 12

Curite, 12

D

datação, 24

decaído, 11

descobrimento, 9

difusão gasosa, 16

difusão térmica líquida, 16

disputas, 7, 29

E

efeito estufa, 21

Elemento químico, 8

Euxénite, 12

Euxénitev, 11

excitação a laser, 16

F

fissão nuclear, 8

fissionável, 16, 24

I

internacionais, 7

isótopos, 8, 14, 16, 21

L

Lantinite, 12

lignito, 10

lixo radioactivo, 22

M

massa crítica, 22, 23

Meta-autunite, 12


Página | 32

Meta-tórbernite, 12

métodos de obtenção, 7

moderadores, 19

monazita, 10

mutagênico, 21

N

neutrões, 19, 23

P

pechblenda, 9, 10, 11, 16

Piro cloro, 12

plutônio, 24

produção, 18, 21, 22, 23, 25

produção de energia, 18

Propriedades Físicas. veja

Propriedades quimicas, 13

propriedades radioactivas, 9, 11, 12

Propulção nuclear, 9, 23

R

reactores nucleares, 13, 18, 19, 21

rochas ígneas, 10, 24

S

saúde, 27, 29

sistema solar, 8

T

teratogênico, 21

tetra fluoreto, 14

Torberníte, 11

Tórianite, 11

tório, 14, 17

Torita, 11

U

Uraninita, 11

urânio, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,

17, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26, 27, 28,

29

urânio empobrecido, 18

urânio enriquecido, 13, 18, 27

uranita, 10

usinas nucleares, 19, 20

V

vida média, 11

uranio, fonte de energia-reanalizado

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