L’uranile è un catione poliatomico caratterizzato da un uranio con numero di ossidazione +6, la cui formula chimica è UO22+. Questo rappresenta la forma più stabile dell’uranio nelle soluzioni acquose in condizioni aerobiche. La struttura dello ione uranile è lineare e simmetrica, con una lunghezza del legame tra uranio e ossigeno che misura circa 180 picometri.
Struttura dell’uranile
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La lunghezza del legame relativamente bassa suggerisce l’esistenza di legami multipli tra uranio e ossigeno all’interno dello ione uranile. L’uranio può anche assumere vari stati di ossidazione, ovvero +3, +4, +5 e +6. In condizioni aerobiche, specialmente a pH ambiente, si osserva che la forma esavalente è quella predominante in soluzione, notoriamente presente come specie solubile. In assenza di un legante altamente chelante, l’uranile pentavalente (UO2+) si dimostra instabile, tendendo alla disproporzione per formare stati a +6 e +4. D’altro canto, l’uranio tetravalente risulta ragionevolmente stabile, anche se può idrolizzare facilmente e formare precipitati di idrossido anche in soluzioni di pH quasi neutro.
In termini di stabilità, l’uranio trivalente risulta meno stabile, ossidandosi rapidamente allo stato +4 in ambienti aerobi. Di conseguenza, l’uranile (VI) è considerato più mobile in ambito ambientale rispetto ad altre specie ridotte come U(IV) o U(V).
La chimica di coordinazione degli attinidi suscita interesse in relazione alle loro strutture molecolari e reattività. Gli ioni esavalenti di tipo AnO22+ – dove An indica uranio, nettunio e plutonio – possono essere generati in mezzi acquosi. Questi ioni mostrano una configurazione lineare O—An—O, con altri ligandi che si coordinano nel piano trasversale a questa unità.
La stabilità termodinamica di NpO22+ e PuO22+ è inferiore rispetto a quella dell’uranile, il che implica legami An—O più deboli. Inoltre, la configurazione elettronica dell’uranio è [Rn] 5f3 6d1 7s2, evidenziando una disposizione O-U-O estremamente lineare e legami uranio-ossigeno considerati formalmente come legami tripli, derivanti da un legame σ e due legami π, interagendo con orbitali 2p dell’ossigeno e orbitali ibridi 5f e 6d dell’uranio.
Tossicità dell’uranio
Il metallo pesante uranio presenta un notevole rischio per la salute pubblica a causa delle sue proprietà tossiche e radioattive. Con l’avanzamento delle scoperte scientifiche nel campo dell’energia nucleare e le attività umane come l’estrazione mineraria, il rilascio di uranio nell’ambiente rappresenta una seria preoccupazione sanitaria, contribuendo alla contaminazione e all’esposizione umana.
Il rischio sanitario derivante dall’uranio è accentuato dalla sua chemiotossicità e radiotossicità, quest’ultima particolarmente significativa per l’uranio arricchito, mentre la prima riguarda maggiormente l’uranio naturale e impoverito.
La tossicità chimica dell’uranio è dominata dagli ioni uranile, presenti normalmente disciolti nel suolo e nelle acque. Questi ioni possono formare complessi con anioni come citrato o bicarbonato, nonché con proteine plasmatiche. Si è osservato che composti come il nitrato di uranile, l’esafluoruro di uranio, il fluoruro di uranile e il tetracloruro di uranio risultano particolarmente tossici a causa della loro elevata solubilità in acqua.
Al contrario, i composti scarsamente solubili, quali il tetrafluoruro di uranio e il diuranato di sodio Na2U2O7, presentano tossicità moderata o bassa, mentre quelli meno solubili, come il triossido di uranio e il biossido di uranio, mostrano un potenziale tossico ridotto. È interessante notare che il nitrato di uranile è assorbito dal corpo in quantità sette volte superiore rispetto al biossido di uranio, suggerendo che forme esavalenti di uranio siano più probabili di essere tossiche a livello sistemico.
Ulteriormente, l’uranile è in grado di legarsi a proteine e nucleotidi e può essere assimilato attraverso la presenza di fosfati o carbonati. Ogni forma molecolare dell’uranio presenta attività biologica unica e tossicità differente. L’uranio impoverito, un sottoprodotto dell’arricchimento, risulta altamente tossico per l’uomo sia sul piano chimico che radiologico.
La tossicità dell’isotopo 238U è principalmente biochimica anziché radiochimica. Pertanto, il nitrato di uranile esaidrato emerge come una delle sostanze più tossiche. La varietà delle forme molecolari di uranio ospita una capacità intrinseca di formare strutture complesse che incidono sulla sua tossicità.
L’inalazione, l’ingestione e il contatto diretto con l’uranio possono risultare tossici. Le nanoparticelle possono muoversi nel corpo umano attraverso il moto browniano, attivando meccanismi di trasporto e deposizione. Ciò implica che particelle di dimensioni minori sono più propense a raggiungere l’epitelio del polmone.
Nitrato di uranile
Il nitrato di uranile, con formula UO2(NO3)2 · n H2O, è un composto che si presenta generalmente come un solido giallo idrato, con n che può variare tra 2, 3 e 6. È molto solubile in acqua, etanolo, acetone ed etere etilico, ma non si dissolve in benzene, toluene o cloroformio. A temperatura ambiente, la soluzione acquosa può contenere fino al 56% di sale anidro.
La sintesi del nitrato di uranile avviene attraverso una reazione tra octossido di triuranio e acido nitrico:
U3O8 + 8 HNO3 → 3 UO2(NO3)2 + 2 NO2 + 4 H2O
In forma esaidrata, il nitrato di uranile, se esposto all’ossigeno e a una temperatura compresa tra 600 e 800 °C, genera triossido di uranio (UO3), il quale può essere ulteriormente ridotto a biossido di uranio (UO2) tramite trattamento con idrogeno.
Il nitrato di uranile può decomporre secondo la reazione: 2 UO2(NO3)2 → 2 UO3 + 4 NO2 + O2. Grazie alla sua facilità di sostituzione con altri anioni, è spesso utilizzato come materiale di partenza per la sintesi di altri composti di uranile. Per esempio, in presenza di ossalato, porta alla formazione di ossalato di uranile (UO2C2O4).
Inoltre, il nitrato di uranile, insieme all’acetato di uranile, trova applicazione come colorante nella microscopia elettronica. È un composto caratterizzato da alta tossicità e proprietà ossidanti, potendo avere effetti avversi su organi come reni, fegato, polmoni e cervello.
