Hexafluoreto de Urânio, UF6
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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.

Centrifuga

Diagrama ilustrando o principio básico de enriquecimento de urânio por uma centrifuga a gás.
Aqui, o isótopo pesado de urânio (U-238) é representado em azul escuro, enquanto que o isótopo mais leve (U-235) está representado em azul claro. O gás de entrada (representado no desenho como uma mistura equilibrada de U-235 e U-238, embora, na realidade, o hexafluoreto de urânio natural teria 1% a menos que o U-235) é liberado no centro da centrífuga e as forças centrífugas forçam o gás mais pesado para concentrar-se na borda desta e o gás do acendedor no centro. Ao aquecer o fundo da centrifuga o gás mais leve será movido pelas correntes de convecção e se concentrará na parte superior, enquanto o gás mais pesado irá concentrar-se na parte inferior . Neste esquema, o efeito é muito exagerado para simplicidade conceitual, na realidade, seria muito sutil , teria que ter milhares de centrífugas encadeadas para enriquecer qualquer quantidade substancial de urânio para qualquer quantidade substancial 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