L’uranile è un catione poliatomico in cui l’uranio ha numero di ossidazione + 6 con formula UO22+ ed è la forma più stabile dell’uranio in soluzioni acquose in condizioni aerobiche. Lo ione uranile è lineare e simmetrico in cui la lunghezza di legame uranio-ossigeno è di circa 180 pm.
Questa lunghezza di legame relativamente bassa suggerisce che nello ione uranile siano presenti legami multipli tra uranio e ossigeno. L’uranio può assumere stati di ossidazione +3, +4, +5 e +6 e, in condizioni aerobiche a livelli di pH ambiente, lo stato più prevalente dell’uranio in soluzione è nella sua forma esavalente come ione uranile che è frequentemente presente come specie acquosa solubile.
Di solito, l’uranile pentavalente UO2+ è notevolmente instabile in una soluzione acquosa in assenza di un legante altamente chelante e tende a dare una reazione di disproporzione per formare gli stati +6 e + 4. L’uranio tetravalente è ragionevolmente stabile in soluzione. Tuttavia, lo stato +4 idrolizza facilmente per formare precipitati di idrossido anche in soluzioni a pH quasi neutro.
L’uranio trivalente è piuttosto instabile e si ossida facilmente allo stato +4 in soluzioni aerobiche. Di conseguenza, l’uranile (VI) è considerato più mobile dal punto di vista ambientale rispetto alle specie di U(IV) o U(V) ridotte.
Struttura dell’uranile
La chimica di coordinazione degli attinidi è un argomento di interesse a causa delle strutture molecolari e della loro reattività. Ioni esavalenti stabili del tipo AnO22+ detti attinili dove con An si indicano, rispettivamente, uranio, nettunio e plutonio possono essere generati in mezzi acquosi. Gli ioni actinile esavalenti mostrano un’unità lineare O—An—O, con altri ligandi che si coordinano nel piano che biseca e perpendicolarmente a questa unità.
In linea con la minore stabilità termodinamica di NpO22+ e PuO22+rispetto all’uranile, questi ioni possiedono legami An—O più deboli. L’uranio ha configurazione elettronica [Rn] 5f3,6d1, 7s2. Lo ione uranile è caratterizzato da una disposizione O-U-O strettamente lineare, legami uranio-ossigeno forti, formalmente legami tripli, risultanti da un legame σ e due legami π tra orbitali 2p dell’ossigeno e orbitali ibridi 5f e 6d dell’uranio.
Ciò si traduce in legami U-O termodinamicamente stabili e, generalmente, inerti da un punto di vista cinetico, con un’energia di legame media in fase gassosa di 618 kJ mol −1. I ligandi nel piano equatoriale dei complessi dell’uranile sono legati al centro dell’uranio attraverso legami più deboli rispetto a quelli forti U-O.
Tossicità dell’uranio
L’uranio è un metallo pesante radioattivo e costituisce un problema significativo per la salute pubblica. Con il rapido progresso della scienza e dell’energia nucleare, le attività antropiche come l’estrazione mineraria, la produzione di energia nucleare e i conflitti militari alterano la distribuzione geologica dell’uranio e determinano il rilascio di uranio nell’ambiente, il che rende l’esposizione alla contaminazione da uranio un problema sanitario globale.
L’esposizione all’uranio è un rischio per la salute a causa della sua chemiotossicità e radiotossicità, dove la prima è generalmente ritenuta correlata all’uranio naturale e impoverito, mentre la seconda è più rilevante per l’uranio arricchito.
La tossicità chimica dell’uranio è causata principalmente dagli ioni uranile che si trovano solitamente disciolti nel suolo e nell’acqua e generalmente formano complessi con gli anioni citrato o bicarbonato o con le proteine plasmatiche.
Sulla base della tossicità di diversi composti di uranio negli animali, si è concluso che i composti relativamente più solubili in acqua come il nitrato di uranile, l’esafluoruro di uranio, il fluoruro di uranile e il tetracloruro di uranio sono le sostanze maggiormente tossiche.
I composti scarsamente solubili in acqua come il tetrafluoruro di uranio, diuranato di sodio Na2U2O7 e il diuranato di ammonio (NH4)2U2O7 hanno una tossicità da moderata a bassa e i composti poco solubili come il triossido di uranio, il biossido di uranio e il perossido di uranio hanno un potenziale molto più basso.
È stato dimostrato che il nitrato di uranile viene assorbito sette volte di più del biossido di uranio e in generale, l’uranio esavalente, che tende a formare composti relativamente solubili, ha maggiori probabilità di essere considerato un tossico sistemico. Tuttavia, particelle con una solubilità molto bassa potrebbero accumularsi nei sistemi biologici e persistere in essi per lunghi periodi.
L’uranile si lega alle proteine e ai nucleotidi e può essere assorbito da composti contenenti fosfato o carbonato. In tal modo, tutte le diverse forme hanno attività biologiche singolari e quindi diverse tossicità. L’uranio impoverito è un sottoprodotto del processo di arricchimento dell’uranio, altamente tossico per gli esseri umani sia radiologicamente come emettitore di particelle alfa che da un punto di vista chimico come metallo pesante.
Tuttavia, la principale preoccupazione tossicologica dell’eccesso dell’isotopo 238U è biochimica piuttosto che radiochimica. Infatti, l’uranio, sotto forma di nitrato di uranile esaidrato, è considerato la sostanza tossica più potente. La varietà delle forme molecolari in cui l’uranio può essere presentato si estende alla capacità dell’atomo di uranio di formare connessioni complesse.
L’uranio è tossico se è inalato, ingerito o se entra in contatto diretto con le ferite da cui le nanoparticelle vengono principalmente spostate dal moto browniano e quindi sono alla base dei meccanismi di trasporto e deposizione diffusivi. Ciò significa che più piccola è la particella, maggiore è la probabilità che una particella raggiunga l’epitelio del polmone.
Nitrato di uranile
Il nitrato di uranile UO2(NO3)2 · n H2O un composto di colore giallo che si presenta, in genere, sotto forma idrata in cui n può essere 2, 3 e 6. È solubile in acqua, etanolo, acetone ed etere etilico, ma non in benzene, toluene e cloroformio. La soluzione acquosa può contenere fino al 56% di sale anidro alla temperatura di 25° C.
Viene sintetizzato a partire dall’octaossido di triuranio a seguito di una reazione con acido nitrico:
U3O8 + 8 HNO3 → 3 UO2(NO3)2 + 2 NO2 + 4 H2O
Nella sua forma esaidrata, il nitrato di uranile, in presenza di ossigeno, alla temperatura tra 600 e 800 °C dà luogo alla formazione di triossido di uranio UO3 che può essere ridotto a biossido di uranio UO2 per trattamento con idrogeno.
Dà luogo a reazioni di decomposizione: 2 UO2(NO3)2 → 2 UO3 + 4 NO2 + O2
Il nitrato di uranile è un materiale di partenza per la sintesi di altri composti di uranile a causa del fatto che il nitrato è facilmente sostituito da altri anioni. Ad esempio, in presenza di ossalato, dà luogo alla formazione di ossalato di uranile UO2C2O4
Il nitrato di uranile, unitamente all’acetato di uranile, è spesso usato come colorante nella microscopia elettronica. È un composto ossidante e altamente tossico che ha, come organi bersaglio, reni, fegato, polmoni e cervello.