Lurani és un element químic metàl·lic de símbol U i nombre atòmic 92. És de color blanc argentat i pertany a la sèrie dels actínids de la taula periòdica. Un àtom d'urani té 92 protons i 92 electrons, dels quals 6 són electrons de valència. L'urani és feblement radioactiu perquè tots els seus isòtops són inestables. Els seus isòtops més comuns són l'urani 238 (que té 146 neutrons) i l'urani 235 (que té 143 neutrons). Té la segona massa atòmica més elevada dels elements primordials; només és més lleuger que el plutoni. La densitat de l'urani és un 70% major que la del plom, però no és tan dens com l'or o el tungstè. Ocorre de manera natural en concentracions baixes de poques parts per milió al sòl, en roca i en aigua, i s'extreu comercialment a partir de minerals que contenen urani, com la uraninita.
A la natura, l'urani es troba en forma d'urani 238 (99,2739-99,2752%), urani 235 (0,7198-0,7202%), i una quantitat ínfima d'urani 234 (0,0050-0,0059%). L'urani es desintegra lentament i emet una partícula alfa. La semivida de l'urani-238 és d'uns 4.470 milions d'anys i la de l'urani-235 d'uns 704 milions d'anys, la qual cosa fa que aquests isòtops siguin útils per datar l'edat de la Terra.
Molts usos contemporanis de l'urani exploten les propietats úniques del seu nucli. L'urani 235 té la particularitat de ser l'únic isòtop físsil que ocorre de manera natural. L'urani 238 és fissionable per neutrons ràpids, i és fèrtil, la qual cosa significa que pot ser transmutat a plutoni 239 físsil en un reactor nuclear. Un altre isòtop físsil, l'urani 233, pot ser produït a partir de tori natural i també és important en tecnologia nuclear. L'urani 238 té una baixa probabilitat d'entrar en fissió espontània o, fins i tot, en fissió induïda per neutrons ràpids, mentre que l'urani 235 i, en menor mesura, l'urani 233 tenen una secció eficaç de fissió molt més gran per neutrons lents. En una concentració suficient, aquests isòtops mantenen una reacció nuclear en cadena sostinguda que genera calor en reactors de centrals nuclears i produeix el material físsil per armes nuclears. L'urani empobrit (238U) s'utilitza en penetradors d'energia cinètica i blindatge de vehicles.
L'urani s'utilitza com a colorant en vidre d'urani, el qual té unes tonalitats que van del vermell i taronja al groc llimona, i antigament, en els principis de la fotografia, també s'utilitzava per tintar i ombrejar. La descoberta de l'urani en la uraninita (1789) es reconeix a Martin Heinrich Klaproth, qui anomenà el nou element en honor del planeta Urà; posteriorment, Eugène-Melchior Péligot fou la primera persona a aïllar el metall, i les seves propietats radioactives foren descobertes l'any 1896 per Henri Becquerel. La recerca duta a terme per Enrico Fermi i altres científics a partir del 1934 facilità la utilització de l'urani com a combustible de la indústria de l'energia nuclear i també com de la Little Boy, la primera arma nuclear utilitzada en una guerra. La posterior cursa armamentista durant la Guerra Freda entre els Estats Units i la Unió Soviètica produí desenes de milers d'armes nuclears que utilitzaven l'urani metàl·lic i el plutoni 239, derivat de l'urani. La seguretat d'aquestes armes i del seu material físsil després del trencament de l'URSS l'any 1991 encara és una preocupació per la seguretat i salut pública.
Característiques Quan es refina, l'urani és un metall de color blanc platejat, feblement radioactiu, que és més dur que la majoria d'elements. És mal·leable, dúctil, lleugerament paramagnètic, fortament electropositiu i un pobre conductor elèctric. L'urani metàl·lic té una elevada densitat: és aproximadament un 70% més dens que el plom, però lleugerament menys dens que l'or.
miniatura|esquerra|Fissió nuclear induïda per neutrons en la qual participa l'urani 235
L'urani metàl·lic reacciona amb gairebé tots els elements no metàl·lics i els seus compostos; la seva reactivitat augmenta amb la temperatura. Els àcids clorhídric i nítric dissolen l'urani, però els àcids no oxidants diferents que el clorhídric ataquen l'element molt lentament. L'urani dividit finament pot reaccionar amb aigua freda; en aire, l'urani metàl·lic es revesteix amb una capa fosca d'òxid d'urani. L'urani de menes s'extreu químicament i es converteix en diòxid d'urani o altres formes químiques útils per la indústria.
L'urani 235 fou el primer isòtop que es descobrí que era físsil. Altres isòtops presents a la natura també són fissionables, però no físsils. Quan se'l bombardeja amb neutrons lents, l'isòtop urani 235 gairebé sempre es divideix en dos nuclis més petits i allibera energia d'enllaç nuclear i més neutrons. Si molts d'aquests neutrons són absorbits per altres nuclis d'urani-235 llavors té lloc una reacció nuclear en cadena que resulta en un alliberament de calor o bé (en circumstàncies especials) en una explosió. En un reactor nuclear, aquesta reacció en cadena ocorre lentament i és controlada mitjançant un verí de neutrons, el qual absorbeix alguns dels neutrons lliures. Aquests materials que absorbeixen neutrons solen formar part de les barres de control del reactor.
Es necessiten uns 7 kg d'urani 235 per construir una bomba atòmica. La primera bomba nuclear utilitzada en una guerra, la Little Boy, era d'urani, mentre que el primer explosiu nuclear, The gadget, i la bomba que destruí Nagasaki, Fat Man, eren bombes de plutoni.
L'urani metàl·lic té tres formes al·lotròpiques: α (estructura ortoròmbica): estable fins a 660 °C β (estructura tetragonal): estable de 660 °C a 760 °C γ (estructura cúbica centrada en la cara): 760 °C fins al punt de fusió; aquest és l'estat de l'urani en el que és més mal·leable i dúctil.
Aplicacions Àmbit militar L'aplicació principal de l'urani en el sector militar és en els penetradors d'alta densitat. Aquesta munició consisteix en urani empobrit (UE) aliat amb un 1-2% d'altres elements. En un impacte a alta velocitat, la densitat, la duresa i la piroforicitat del projectil permeten la destrucció d'objectius blindats. Els tancs i altres vehicles blindats també es protegeixen amb cobertes d'urani empobrit. L'ús de l'urani empobrit esdevingué polèmic políticament i ambiental després que la seva utilització en municions dels Estats Units, del Regne Unit i d'altres països durant les guerres del Pèrsic i dels Balcans plantegés qüestions sobre els compostos d'urani abandonats al sòl (vegeu Síndrome de la guerra del Golf).
miniatura|esquerra|L'urani empobrit és utilitzat per equipaments militars com a penetrador d'alta densitat.
Durant les darreries de la Segona Guerra Mundial, la Guerra Freda i, encara que en menys mesura, durant les dècades posteriors, l'urani 235 fou utilitzat com el material físsil explosiu per produir armes nuclears. Inicialment es construïren dos tipus principals de bombes de fissió: un mecanisme relativament simple que utilitza l'urani 235 i un de més complicat que utilitza el plutoni 239, derivat de l'urani 238. Més tard es construí una bomba de fissió/fusió molt més complicada i, de llarg, molt més potent (una arma termonuclear); aquesta arma utilitza un mecanisme basat en el plutoni per aconseguir la fusió nuclear d'una barreja de triti i deuteri. Aquest tipus de bombes estan encapsulades en una caixa no físsil (no enriquida) d'urani, i obtenen més de la meitat de la seva potència a partir de la fissió d'aquest material per neutrons ràpids provinents del procés de fusió nuclear.
Àmbit civil L'ús principal de l'urani en el sector civil és com a combustible de les centrals nuclears. Un quilogram d'urani 235 teòricament pot produir uns 20 terajoules d'energia (8 joules) si s'assumeix una fissió completa; això equival a l'energia produïda per 1.500 tones de carbó. Les centrals d'energia nuclear comercials utilitzen combustible que sol estar enriquit fins aproximadament un 3% d'urani 235. Els dissenys CANDU i Magnox són els únics reactors comercials capaços d'utilitzar combustible d'urani no enriquit. El combustible utilitzat pels reactors de la marina dels Estats Units sol estar molt enriquit en urani 235 (els valors exactes són informació classificada). En un reactor generador també es pot convertir l'urani-238 en plutoni mitjançant la següent reacció: 238U (n, gamma) → 239U -(beta) → 239Np -(beta) → 239Pu.
miniatura|esquerra|Un vidre d'urani que brilla sota llum ultraviolada.
L'urani empobrit és utilitzat com a material de protecció en alguns contenidors utilitzats per emmagatzemar i transportar materials radioactius. Encara que el mateix urani és radioactiu, la seva alta densitat el converteix en un material més efectiu que el plom per aturar la radiació de fonts intenses com el radi. Altres usos de l'urani empobrit són com a contrapès de superfícies de control d'aeronaus, com a llast per a vehicles de reentrada i com a material protector. A causa de la seva elevada densitat, aquest material es troba en sistemes de navegació inercials i en compassos giroscòpics. Se sol preferir l'urani empobrit en comptes de metalls de densitat similar per la seva facilitat de mecanització i fosa, així com pel seu baix cost. El risc principal de l'exposició a l'urani empobrit és l'enverinament químic per òxid d'urani i no pas la radioactivitat (l'urani és tan sols un emissor alfa feble).
La descoberta i aïllament del radi en la mena d'urani (pechblenda) per part de Marie Curie comportà el desenvolupament de la mineria d'extracció del radi, el qual s'utilitzava per fer pintures que brillaven en la foscor. Aquest fet provocà que s'obtinguessin grans quantitats d'urani com a producte residual, ja que calen tres tones d'urani per extreure un gram de radi. Aquest producte residual fou derivat a la indústria del vidre, la qual cosa convertí els vidres d'urani en molt abundants i barats. Així doncs, els vidres d'urani conjuntament amb els esmalts ceràmics varen representar l'ús més important de l'urani.
miniatura|Vidre d'urani utilitzat com a tancament d'un condensador de buit
L'urani també fou utilitzat en substàncies químiques per la fotografia (especialment el nitrat d'urani com a tòner), en filaments de làmpades, per millorar l'aparença de pròtesis dentals i en les indústries del cuir i de la fusta per fer tincions i tintats. Les sals d'urani són mordents de la seda i de la llana. L'acetat d'uranil i el formiat d'uranil s'utilitzen com a «taques» de gran densitat d'electrons per la microscòpia electrònica de transmissió, per augmentar el contrast d'espècimens biològics en seccions ultraprimes i en la tinció negativa de virus, orgànuls cel·lulars aïllats i macromolècules.
La descoberta de la radioactivitat de l'urani anà acompanyada de l'estudi de possibles usos científics i pràctics de l'element. La llarga semivida de l'isòtop urani-238 (4,51 anys) el col·loca en una bona posició per ser utilitzat per estimar l'edat de les primeres roques ígnies i per altres tipus de datació radiomètrica, entre els quals la datació per urani-tori, la datació per urani-plom i la datació per urani-urani. L'urani metàl·lic s'utilitza per objectius de raigs X en la creació de raigs X d'alta energia.
Història Fissió prehistòrica d'ocurrència natural El 1972, el físic francès Francis Perrin descobrí quinze reactors de fissió nuclear naturals antics i ja inactius en tres dipòsits de menes separats a la mina d'Oklo, al Gabon, a l'oest de l'Àfrica, que es coneixen col·lectivament com a «Reactors fòssils d'Oklo». El dipòsit de menes té una antiguitat de 1.700 milions d'anys; en aquella època, l'urani 235 constituïa aproximadament el 3% del total d'urani terrestre. Aquest percentatge és prou elevat per permetre l'ocurrència d'una reacció nuclear de fissió en cadena sostinguda, sempre que existeixin altres condicions necessàries. La capacitat dels sediments de l'entorn per contenir els productes nuclears residuals ha estat citada pel govern federal dels Estats Units com una evidència que dona suport a la tesi sobre la viabilitat d'emmagatzemar combustible nuclear usat a Yucca Mountain.