Hexafluoreto de Urânio, UF₆

O Hexafluoreto de Urânio é um sólido cristalino branco à temperatura ambiente. A fase líquida existe sob pressões superiores a 1,5 atmosferas e temperatura acima de 64 °C (figura 1).

A estrutura de UF₆ é octaédrica, com os átomos de flúor nos vértices do octaedro (ligação U-F 1,996 A)

 

Hexafluoreto de Urânio - UF6
 
O UF₆ é um composto usado para o enriquecimento de urânio, isto é, o aumento da concentração de átomos do isótopo radioativo de urânio num dado material. Seu principal uso está na separação dos dois principais isótopos de urânio: o isótopo mais abundante ²³⁸U, que não sofre fissão nuclear facilmente, do isótopo ²³⁵U que é usado nos reatores de fissão nuclear. O problema é que a quantidade de ²³⁵U é muito pequena: o urânio natural é composto de 99,28% 238U e 0,72% ²³⁵U. Como apenas os átomos de ²³⁵U sofrem fissão nuclear, é necessário concentrá-los. Para fins pacíficos, é necessário enriquecer o teor de ²³⁵U de 0,72% para 3,5%. Armas nucleares necessitam enriquecimento de 90%. Todo processo é denominado "enriquecimento do urânio", e é uma etapa fundamental para dominar a tecnologia da energia nuclear.

Como todos os outros hexafluoretos (exceto o XeF₆), o UF₆ tem estrutura octaédrica , com fortes ligações covalentes dentro da molécula, mas forças fracas de Van der Waals entre moléculas vizinhas. Assim, UF₆ tem baixo ponto de ebulição, baixo ponto de fusão e é extremamente volátil e por isso pode ser usado como um gás para a separação dos isótopos. Mais de 90% do urânio enriquecido é obtido por difusão gasosa ou ultracentrifugação gasosa do UF₆. Porém, como a diferença de massa entre as moléculas de UF₆ com ²³⁸U e ²³⁵U é muito pequena (apenas 3 unidades de massa atômica ou 0,8% !), o processo é muito trabalhoso.

Na difusão gasosa, o gás UF₆ é forçado a se difundir, sob pressão, através de membranas porosas. As moléculas mais leves de ²³⁵UF₆ difundem-se ligeiramente mais rápido do que as moléculas de ²³⁸UF₆. À medida que o gás se move, os dois isótopos são separados, aumentando (enriquecendo) a concentração de ²³⁵U e diminuindo (esgotando) a concentração de ²³⁸U. No entanto, mais de 1000 estágios são necessários para produzir UF₆ com 3-4% de enriquecimento!

 

No Brasil, o urânio é enriquecido pelo método de ultracentrifugação, que consiste em girar um cilindro com UF₆ a altas velocidades (2500 - 3333 voltas por segundo - 200 vezes mais rápido que uma máquina de lavar roupa). Nestas condições, a força centrífuga faz com que moléculas de UF₆ com ²³⁸U, um pouco mais pesadas, acumulem-se na periferia do cilindro, e as moléculas de UF₆ com ²³⁵U, um pouco mais leves, se acumulem na região central do cilindro. Baterias de centenas de centrífugas são usadas nas instalações de enriquecimento.

 

O UF₆ foi inicialmente reportado por Ruff (pioneiro na síntese de fluoretos de muitos metais) e Heinzelmann em 1911:

 

U (s)

+

3 F2 (g)

→

UF6 (g)

 

O processo industrial principal parte do minério (yellow cake) e envolve uma série de reações:

 

U3O8

→

→

→

UO3

Minério de urânio (yellow cake)

 

UO3 (s)

+

H2 (g)

→

UO2 (s)

+

H2O (g)

 

 

UO2 (s)

+

4HF (g)

→

UF4 (s)

+

2 H2O (g)

 

 

UF4 (g)

+

F2 (g)

→

UF6 (g)

O UF₆ não reage com o ar seco ou o oxigênio.No entanto, quando em contato com a água, mesmo em pequena quantidade, o UF₆ se hidrolisa formando fluoreto de uranila (UO₂F₂) e o gás tóxico corrosivo fluoreto de hidrogênio (HF).

O urânio não é um emissor de partículas alfa muito perigoso, a menos se ingerido. No entanto, a reação imediata de UF₆ com água o torna uma substância potencialmente perigosa devido à toxicidade do HF gerado.

 

 

Créditos
Conteúdo produzido a partir de artigo originalmente publicado no site "Molecules of the month"(http://www.chm.bris.ac.uk/motm/uf6/uf6j.htm).
Traduzido do inglês para o português por Paula B. M. De Andrade, PhD