Ano 2022#ciencias-natureza

Sobre o tema

O enriquecimento de urânio é um processo crucial para a produção de combustível nuclear, aumentando a concentração do isótopo físsil urânio-235 de 0,7% para cerca de 3-5%. Tradicionalmente, utiliza-se a efusão gasosa, baseada na diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 e urânio-238. A efusão explora a lei de Graham, onde a velocidade de efusão é inversamente proporcional à raiz quadrada da massa molar. No entanto, esse método é energeticamente intensivo e requer milhares de estágios. Por isso, métodos alternativos como a centrifugação são empregados. A centrifugação utiliza a força centrífuga para acelerar a separação isotópica, sendo mais eficiente e consumindo menos energia. Compreender os princípios físicos e químicos por trás dessas técnicas é essencial para o entendimento da tecnologia nuclear e suas aplicações energéticas.

Tópicos relacionados

  • Enriquecimento de urânio por centrifugação
  • Lei de Graham e efusão gasosa
  • Isótopos de urânio: U-235 e U-238
  • Hexafluoreto de urânio (UF6)
  • Separação isotópica em reatores nucleares

Enunciado

O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve
ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico — o urânio-235. Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 e de urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente
milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvida, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos alternativos de enriquecimento.

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).

Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade?

Alternativas

  • A)

    Peneiração.

  • B)

    Centrifugação.

  • C)

    Extração por solvente.

  • D)

    Destilação fracionada.

  • E)

    Separação magnética.

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Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre efusão e difusão gasosa?

Efusão é a passagem de moléculas por um pequeno orifício, enquanto difusão é o espalhamento de moléculas em um meio. A efusão segue a lei de Graham, que relaciona a velocidade de efusão com a massa molar.

Por que o hexafluoreto de urânio (UF6) é usado no enriquecimento?

O UF6 é o único composto de urânio que é gasoso em temperaturas moderadas, permitindo a separação isotópica por efusão ou centrifugação. Além disso, o flúor é monoisotópico, facilitando os cálculos.

A centrifugação é mais eficiente que a efusão para enriquecimento de urânio?

Sim, a centrifugação requer menos estágios e consome menos energia. Enquanto a efusão precisa de milhares de estágios, a centrifugação pode atingir o enriquecimento desejado com algumas centenas de centrifugas em cascata.

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