Uranium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	18,90
Härte nach Mohs	2,5- 3,0
Schallgeschwindigkeit in	3155
Schmelztemperatur in °C	1130
spezifische Schmelzwärme in	65,12
Siedetemperatur in °C	3820
spezifische Verdampfungswärme in	1775,41
Standardentropie S0 in	50
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	27,6
spezifische Wärmekapazität in	0,116
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,3086
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,000 32

Alle Isotope sind radioaktiv.

Isotope des Elements

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
92	233	233,039	künstlich		1,6 · 105 a
	234	234,040	0,0056%	α: 4,775	2,5 · 105 a
	235	235,043	0,718%	α: 4,398	7 · 108 a
	236	236,045	künstlich		2,4 · 107 a
	237	237,048	künstlich	β : 0,2	6,7 d
	238	238,050	99,276%	α: 4,198	4,5 · 109 a
	239	239,054	künstlich	β : 1,2	23,5 min.
	240	240,056	künstlich	β : 0,4	14 h

Weitere Eigenschaften

Uranium kristallisiert in drei Modifikationen, dem α-, β- und γ-Uranium. Es ist ein silberweiß glänzendes, radioaktives Schwermetall. Es hat eine relativ niedrige Schmelz-, aber eine hohe Siedetemperatur. In seinen Verbindungen bildet es die Oxidationsstufen III, IV, V und VI aus, wobei die Stufen IV und VI die beständigsten und stabilsten sind. Es ist ein elektropositives und unedles Metall. An Luft ist es beständig, überzieht sich aber rasch mit einer dunkelbraunen Oxidschicht. Bei Temperaturen über 700 °C verbrennt es zu einem Gemisch aus Uranium(IV)- und Uranium(VI)-oxid. In verdünnter Salzsäure und Salpetersäure löst es sich schnell, in Wasser unter Wasserstoffentwicklung langsam. Gegen Alkalien ist Uranium beständig, mit den Halogenen verbindet es sich zu den Halogeniden.

Entdeckung

1789 entdeckte der deutsche Chemiker MARTIN HEINRICH KLAPPROTH (1743-1817) Uranium in Form des Dioxids in der Uraniumpechblende. Er schlug den Namen Uranit vor, es wurde dann aber nach dem 1781 entdeckten Planeten Uranus mit Uranium benannt. 1814 führte dann BERZELIUS das chemische Symbol «U» ein. EUGÉNE MECHIOR PÉLIGOT (1811-1890) erhielt metallisches Uranium in reiner Form 1856 durch Reduktion von Uranium(IV)-chlorid mit Natrium im Vakuum. 1896 entdeckte ANTOINE BECQUEREL (1852-1908) die natürliche Radioaktivität des Elements. OTTO HAHN (1879-1968) und FRIEDRICH STRAßMANN (1902-1980) gelang 1938 beim Beschuss von Uranium mit thermischen Neutronen die Spaltung des Uraniumkerns. 1942 wurde von ENRICO FREMI der erste Atomreaktor in Chicago in Betrieb genommen.

Vorkommen/Herstellung

Uranium steht an 54. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört zu den weniger häufigen Elementen auf der Erde. Uraniumreiche Minerale sind sehr selten, dagegen sind uraniumarme Minerale sehr weit verbreitet. Man findet Uranium meist in Form von Oxiden, Silicaten u. a. in einer großen Anzahl von Gesteinen, Mineralen sowie im Erdreich, im Erdöl und in verschiedenen Gewässern. Die größten Uraniumvorkommen liegen in Australien, Südafrika, Nigeria, Kanada, USA, Kongo, Brasilien und Frankreich. Die Herstellung des Uraniums hängt stark von der Art der Erze und deren Uraniumgehalt ab. Durch verschiedene Verfahren (Flotation, Magnetscheidung) werden die uraniumarmen Erze angereichert und durch saure oder alkalische Laugung mit verdünnter Schwefelsäure oder Sodalösung in Uranylsulfat oder Uranylcarbonato-Komplex überführt. Uranium wird aus den Lösungen abgetrennt (durch Ionenaustauschverfahren) und mit Lauge oder Ammoniak als Ammonium- oder Magnesiumdiuranat ausgefällt, abfiltriert und zu gelben Filterkuchen getrocknet. Das Konzentrat wird mit Salpetersäure in Uranylnitrat überführt (Feinreinigung). Uranylnitrat wird dann durch Extraktion mit Tributylphosphat abgetrennt. Das Nitrat wird durch Glühen und Eindampfen in Uranium(IV,VI)-oxid überführt, mit Wasserstoff zum Uranium(IV)-oxid reduziert und mit HF-Dampf zu UF4 umgesetzt, aus dem man durch Reduktion mit Calcium, Magnesium oder Natrium metallisches Uranium erhält. Die Herstellung von reinem Uranium erfolgt durch metallothermische Reduktion des Uranium(IV)-oxids mit Calcium, Aluminium, Magnesium oder Calciumhydrid. Uraniumverbindungen sind stark giftig.

Verwendung

Uranium dient in Form des Metalls und des Dioxids in der Technik als Kernbrennstoff in Kernkraftwerken. In den heute gängigen Reaktoren wird fast ausschließlich angereichertes Uranium verwendet. Das Uraniumisotop U dient zur Herstellung von Kernwaffen. Angereichertes Uranium wird wegen seiner hohen Dichte als Werkstoff in der Luftfahrtindustrie, als Strahlenschutzmaterial, als Zusatz zu verschiedenen Stahlsorten eingesetzt.

Wichtige Verbindungen

Vor allem Verbindungen mit Uranium in der Oxidationsstufe VI, wie UO3 oder UF6, sind von Bedeutung. Es gibt aber auch eine Vielzahl von Uranylverbindungen (UO2 +), in denen Uranium in der Oxidationsstufe IV auftritt.

Bau

-Uranium kristallisiert in einer dichtesten Struktur.