Uran (chemie-master.de - Website für den Chemieunterricht)

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Uran

238,02891 u
₉₂U

Actinoide
7. Periode

_______________

Elementart: Metall	Oxidationsstufe(n): +6 (+3, +4, +5)
Schmelztemperatur: 1132,2 °C (1405,3 K)	Elektronegativität: 1,4
Siedetemperatur: 3927 °C (4200 K)	Atomradius: 139 pm
Dichte: 19,05 g/cm³	Erdkrustenhäufigkeit: 3×10^–4 %

Anordnung der Elektronen
1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	..	6s	6p	6d	...	7s
2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10	3		2	6	1		2

Name

Benannt nach dem 1781 entdeckten Planeten Uranus.

Entdeckung

1789 von Klaproth in Pechblende entdeckt.

Eigenschaften

Uran ist ein silberglänzendes, weiches, radioaktives Metall. Es bildet eine Vielzahl verschiedener Legierungen.
Uran ist sehr reaktionsfähig. Es reagiert - bei unterschiedlichen Temperaturen - mit Wasserstoff, Kohlenstoff, Silicium, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, den Halogenen, mit Wasser u.a. Bei Raumtemperatur läuft auch massives Uranmetall an der Luft an. Dabei bilden sich gelbe und schwarze Oxide. Uran als feines Pulver entzündet sich teilweise spontan. In siedendem Wasser korrodiert massives Uran langsam unter Bildung von Urandioxid und Wasserstoff.

Abgereichertes Uran

Abgereichertes metallisches Uran ("depleted uranium", "DU"). Beim Aufbewahren an der Luft bildet sich auf dem Metall eine schwarze Oxidschicht.

Salpetersäure löst auch größere Stücke Uran schnell unter Bildung von Uranyl(VI)-nitrat. Konzentrierte Phosphorsäure sowie heiße Schwefelsäure greifen Uran nur langsam an. Bei der Reaktion mit Schwefelsäure entsteht Uran(IV)-sulfat. Gegenüber kalter, verdünnter Perchlorsäure (HClO₄) ist Uran beständig. Konzentrierte Salzsäure (HCl) sowie Bromwasserstoffsäure (HBr) greifen Uranmetall schnell unter Bildung eines schwarzen Rückstands an, der auch beim Erhitzen nicht verschwindet.

Foto: Dr. Andreas Kronenberg, Los Alamos National Laboratory, USA

Vorkommen

Im Monazitsand sowie in Uranpechblende und Carnotit (vor allem in den USA, Kanada, GUS-Staaten und Südafrika).

Foto: Dr. Andreas Kronenberg, Los Alamos National Laboratory, USA

"Yellowcake", ein Uransalzgemisch, entsteht bei der Aufbereitung von Uranerzen.

Verbindungen

Wichtige Verbindungen sind das Uranhexafluorid (UF₆) und die Uranoxide UO₂ (Kernbrennstoff für Leichtwasserreaktoren), U₃O₈, UO₃ sowie das Uranperoxid (UO₄).
Uranhexafluorid kann - abhängig von Druck und Temperatur - fest, flüssig oder gasförmig vorliegen. Bei Atmosphärendruck ist es bis zu einer Temperatur von 57° C ein weißer, kristalliner Feststoff. Uranhexafluorid sublimiert. Flüssiges UF₆ erhält man nur bei Temperaturen über 64° C und mehr als 1,5-fachem Atmosphärendruck. Uranhexafluorid reagiert nicht mit Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder trockener Luft, mit Wasser dagegen zerfällt es durch Hydrolyse in hochkorrosiven Fluorwasserstoff (HF, Flusssäure) und Uranylfluorid (UO₂F₂). Uranhexafluorid dient als Gas zur Isotopentrennung (Isotopenfraktionierung).

Verwendung

Als Kernbrennstoff und zur Kernwaffenproduktion. Die Spaltung des Uranatoms wurde 1938 von Otto Hahn, Lise Meitner und Fritz Straßmann entdeckt. Abgereichertes Uran in "Uranmunition" für Panzer brechende Geschosse.
Uranylacetat (Uransalz der Essigsäure) wird zur Kontrastverstärkung in der Elektronenmikroskopie sowie in der Analytik verwendet.

Zur gelben, orangen oder schwarzen Färbung von Glas und Keramik wurden früher Uranverbindungen eingesetzt.

Fotos: Dr. Andreas Kronenberg, Los Alamos National Laboratory, USA

Uran(VI)-oxid UO₃ färbt Glasflüsse gelb. Bei Bestrahlung mit UV-Licht tritt grüne Fluoreszenz auf.

Isotope

Nur Radionuklide, keine stabilen Isotope.

Natürliches Uran:

0,0055% ²³⁴U
0,720% ²³⁵U (leicht spaltbar, Kernbrennstoff)
99,2745% ²³⁸U (schwer spaltbar, aus ²³⁸U entsteht im Reaktor Plutonium)

Angereichertes Uran:

ca. 96,7% ²³⁸U
ca. 3,3% ²³⁵U (für Brennelemente)

Hoch angereichertes Uran (HEU, waffenfähiges Uran):

mind. 20% ²³⁵U

Abgereichertes Uran (DU, depleted uranium):

ca. 0,2% ²³⁵U

»Abgebranntes« Uran:

ca. 95% ²³⁸U
ca. 0,8% ²³⁵U
ca. 0,9 % Plutonium
ca. 3,2% Spaltprodukte
ca. 0,1% übrige Actinoide

Uran 233:

²³³U (künstlich, aus Thorium in Hochtemperatur-Reaktoren, spaltbar)

Die Radionuklide ²³³U, ²³⁴U, ²³⁵U, ²³⁶U, ²³⁸U und ²⁴⁰U sind Bestandteile natürlicher Zerfallsreihen:
²³³U (HWZ 1,592 × 10⁵ Jahre, Neptunium-Zerfallsreihe)
²³⁴U (HWZ 2,455 × 10⁵ Jahre, Uran-Radium-Zerfallsreihe)
²³⁵U (HWZ 7,038 × 10⁸ Jahre, Uran-Actinium-Zerfallsreihe)
²³⁶U (HWZ 2,3 × 10⁷ Jahre, Thorium-Zerfallsreihe)
²³⁸U (HWZ 4,468 × 10⁹ Jahre, Uran-Radium-Zerfallsreihe)
²⁴⁰U (HWZ 14 Stunden, Thorium-Zerfallsreihe)

Redox-Potenziale

U U³⁺ + 3 e^–	-1,80 Volt
U³⁺ U⁴⁺ + e^–	-0,63 Volt
UO₂⁺/UO₂²⁺	+0,05 Volt
U⁴⁺ + 6 H₂O UO₂²⁺ + 4 H₃O⁺ + 2 e^–	+0,32 Volt
U⁴⁺/UO₂⁺	+0,58 Volt


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