Uran

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Eigenschaften
[Rn] 5f36d17s2
92U
Allgemein
Name,Symbol,Ordnungszahl Uran, U, 92
Elementkategorie Actinoide
Gruppe,Periode,Block Ac,7,f
Aussehen Silberweiß
CAS-Nummer

7440-61-1

EG-Nummer 231-170-6
ECHA-InfoCard 100.028.336
Massenanteil an derErdhülle 3,2 ppm (54. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse 238,02891(3)[3]u
Atomradius 138,5 (α-Uran)[1]pm
Kovalenter Radius 142 pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f36d17s2
1.Ionisierungsenergie 6.19405(6)eV[4]≈597.63kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 11.6(4) eV[4]≈1120 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 19.8(3) eV[4]≈1910 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 36.7(1,0) eV[4]≈3540 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 46.0(1,9) eV[4]≈4440 kJ/mol[5]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Modifikationen 3
Kristallstruktur orthorhombisch
(RaumgruppeCmcm(Raumgruppen-Nr. 63)Vorlage:Raumgruppe/63)
Dichte 19,16 g/cm3[6]
Mohshärte 2,5–3[1]
Magnetismus paramagnetisch(χm= 4,1 · 10−4)[7]
Schmelzpunkt 1406K(1133[6]°C)
Siedepunkt 4203 K[6](3930 °C)
Molares Volumen 12,49 · 10−6m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 417,1 kJ/mol[6]
Schmelzenthalpie 15,5[6]kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit ~3400 (long.),
~2000 (trans.) m·s−1bei 293 K
Spezifische Wärmekapazität 116[1]J·kg−1·K−1bei 298 K
Elektrische Leitfähigkeit 3,24 · 106[1]S·m−1bei 293 K
Wärmeleitfähigkeit 27,6[1]W·m−1·K−1bei 300 K
Chemisch[2]
Oxidationszustände +3, +4, +5,+6
Normalpotential −1,660V(U3++ 3 e−→ U)
Elektronegativität 1,38 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE(MeV) ZP
232U {syn.} 68,9a α(100 %) 5,414 228Th
24Ne(9,0 · 10−11%) 208Pb
233U {syn.} 1,592 · 105a α(100 %) 4,824 229Th
SF(6,0 · 10−11%)
24Ne(9,5 · 10−11%) 209Pb
234U 0,0055 % 2,455 · 105a α(100 %) 4,774 230Th
235U 0,72 % 7,038 · 108a α(100 %) 4,398 231Th
SF(7,0 · 10−9%)
20Ne(8,0 · 10−10%) 215Pb
235mU {syn.} 26min IT(100 %) < 1 235U
236U in Spuren 23,42 · 106a α(100 %) 4,494 232Th
SF(9,6 · 10−8%)
236mU {syn.} 121ns SF(0,013 %) < 1
236mU {syn.} 115 ns IT(87 %) 2,750 236U
SF(13 %)
α(< 10 %) 7,322 232Th
237U {syn.} 6,75d β−(100 %) 0,519 237Np
238U 99,27% 4,468 · 109a α(100 %) 4,270 234Th
SF(5,45 · 10−5%)
β−β−(2,2 · 10−10%) 238Pu
239U {syn.} 23,45min β−(100 %) 239Np
Weitere Isotope sieheListe der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-GefahrstoffkennzeichnungausVerordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[9]ggf. erweitert[8][10]
Gefahrensymbol Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H:330​‐​300​‐​373​‐​413
P:?
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Uran(benannt nach dem PlanetenUranus) ist einchemisches Elementmit demElementsymbolU und derOrdnungszahl92. ImPeriodensystemsteht es in der Gruppe derActinoide(7. Periode,f-Block). Uran ist einMetall,dessen sämtlicheIsotoperadioaktivsind. Natürlich in Mineralen auftretendes Uran besteht zu etwa 99,3 % aus dem Isotop238U und zu 0,7 % aus235U.

Eine besondere Bedeutung erhielt Uran nach derEntdeckung der Kernspaltungim Jahre 1938. Das Uranisotop235U ist durchthermische Neutronenspaltbar und damit – neben dem äußerst seltenen, aber aus Uran erzeugbarenPlutonium-Isotop239Pu – das einzige natürlich vorkommendeNuklid,mit dem eine selbsterhaltendeKernspaltungs-Kettenreaktionmöglich ist. Daher findet es Verwendung als Primärenergieträger inKernkraftwerkenundKernwaffen.

Geschichte

Fundort der Erzstufe von 1789 aus Pechblende beiJohanngeorgenstadt

Uran wurde 1789 von dem deutschen, damals in Berlin lebenden, Chemieprofessor und ApothekerMartin Heinrich Klaprothaus dem MineralPechblendeisoliert. Es ist nach dem PlanetenUranus(und somit nach dem griechischen HimmelsgottUranos) benannt, der acht Jahre zuvor (1781) vonFriedrich Wilhelm Herschelentdeckt worden war. Am 24. September 1789 gab Klaproth die Entdeckung in einer Ansprache vor derPreußischen Akademie der Wissenschaftenbekannt. Zuerst wurde seine EntdeckungUranitgenannt, 1790 dann inUraniumumbenannt. Klaproth hatte seine Entdeckung bei der Analyse des Erzes aus dem Bergwerk „Georg Wagsfort“inWittigsthalbeiJohanngeorgenstadtinSachsengemacht. Er behandelte das Erz mit Säure und erwärmte es stark. Das Ergebnis bestand in einem schwarzen Pulver, welches er Uran nannte.

Klaproth hatte tatsächlich ein neues Element identifiziert, aber was er gewonnen hatte, war nicht das Element Uran selbst, sondern einOxid.Erst fünfzig Jahre später im Jahre 1841 gelang es dem FranzosenEugène Peligot,reines Uranmetall zu gewinnen. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde Uran zusammen mit anderen Mineralien inSt. Joachimsthalsowie in einigen Minen inCornwall(England) gewonnen.

Tortenplatte mit Fuß, teilweise aus gelbgrünemUranglas.

Uranverbindungen wurden im ganzen 19. Jahrhundert zumFärbenvonGlasundKeramikverwendet, um Vasen und Dekorationsstücken, aber auch alltäglichen Gebrauchsgegenständen wie Schüsseln, Gläsern etc. eine gelbgrüne Farbe („annagrün “) zu geben. Glashersteller in Joachimsthal (Böhmen) benutzten diese Technik bereits 1826. Noch bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Uran zur Glasfärbung genutzt, erst dann wurde es durch andere, weniger bedenkliche farbgebende Mineralien ersetzt.Uranhaltige keramische GlasurenvonOrangebis leuchtendRotwurden fürGeschirrbis hin zu architektonischem Beiwerk verwendet. Diese in den USA aufgrund des Namens eines Herstellers „Fiestaware “genannte Keramik gehört wohl (nebenAmericium-Rauchmeldern) zu den radioaktivsten Gegenständen, welche noch immer in vielen amerikanischen Haushalten zu finden sind.

In der Photographie diente bis weit ins 20. JahrhundertUranylnitratzurBraun- und Rottonungvon Diapositivplatten, Platinbildern und Bromsilberbildern.[11]

Dass Uran radioaktiv ist, wurde 1896 zuerst vonAntoine Henri Becquerelfestgestellt.

Uran galt lange als das Element mit der höchsten Ordnungszahl, das natürlich vorkommt. Im Jahr 1971 wurden jedoch winzigste Spuren desPlutoniumisotops244Pu nachgewiesen, weshalb Plutonium (Z = 94) Uran als natürliches Element mit der höchsten Ordnungszahl ablöste.[12]

Vorkommen

Uranerz (Pechblende)

Uran kommt nichtgediegenin der Natur vor, sondern stets in sauerstoffhaltigen Mineralen. BedeutendeUranmineralesind unter anderemBranneritundUraninit(Oxide),Torbernit,HeinrichitundCarnotit(Phosphate, Arsenate und Vanadate) sowieCoffinitundUranophan(Silikate). Es gibt insgesamt rund 230 Uranminerale, die lokal ebenfalls von wirtschaftlicher Bedeutung sein können. In sedimentären Lagerstätten können sich auchPseudomorphosenvon Uranmineralen (meist Uraninit in Form von Pechblende) nach fossilem Holz oder Bakterien bilden.[13]

Die beiden entscheidenden Faktoren für die Verteilung des radioaktiven Elements Uran auf der Erde sind zum einen derlithophileCharakter des Elements sowie seine unterschiedliche Mobilität in wässrigen Lösungen unter oxidierenden und reduzierenden Bedingungen. Der lithophile Charakter sorgt dafür, dass Uran sich insilikatreichenSchmelzenanreichert. Daher enthalten in der Regelfelsische MagmatitewieGranitalsPlutonitoderRhyolithalsVulkanitdie höchsten Konzentrationen dieses Elements. Diekontinentale Krusteist der Bereich der Erde mit den höchsten Urangehalten von durchschnittlich 2,5ppm,während dieozeanische Krusteund derErdmantelum Größenordnungen geringere Urangehalte aufweisen. In magmatischen Gesteinen wird Uran meist in akzessorischeMineralewieZirkonoderMonaziteingebaut, mit welchen man daher sehr gut das Alter der Gesteine datieren kann.

Die unterschiedliche Löslichkeit von Uran unter oxidierenden oder reduzierenden Bedingungen in Lösungen ist der zweite entscheidende Faktor für die Verteilung des Elements und spielt für die Bildung von Uranlagerstätten eine große Rolle. Unter oxidierenden Bedingungen (UO22+) ist Uran in wässrigen Lösungen relativ mobil, während es unter reduzierenden Bedingungen (U4+) schwer löslich ist. Daher sind Redoxgrenzen oftmals lagerstättenkontrollierende Faktoren für das Element.

Ausgehend von oben genannten Faktoren und einigen weiteren gibt es eine große Spannbreite von Uranlagerstätten von magmatischen hydrothermalen bis zu sedimentären Typen. Wichtige Einzeltypen werden von derIAEOunterschieden.

Die höchsten Urangehalte werden indiskordanzgebundenenLagerstätten mit durchschnittlichen Urangehalten von 0,3 bis 20 % erreicht.[14]Diese stellen derzeit auch die beiden größten Uranproduzenten. Die größte Einzeluranressource der Erde istOlympic Dammit einem nachgewiesenen Uraninhalt von über 2 Millionen Tonnen bei durchschnittlichen Urangehalten von etwa 0,03 %.[15]Das erste Uranbergwerk der Welt im industriellen Maßstab inJáchymov(Tschechische Republik) produzierte aus hydrothermalen Gängen.[16]

Eine Besonderheit stellen dieNaturreaktoren von Okloin Gabun sowie eine benachbarte Uranlagerstätte dar: Von ihnen ist bekannt, dass dort vor etwa 1,5 bis 2 Milliarden Jahren über JahrtausendeKettenreaktionenin natürlichem Umfeld auftraten, im Zuge derer auchPlutonium-Isotope entstanden. Dies sind weltweit die einzigen Lagerstätten, in welchen dasIsotopenverhältnisvon Uran-235 zu Uran-238 von den oben angegebenen Daten abweicht, da der Reaktor die Differenz „verbraucht “hat. Dies wurde entdeckt, als bei derUrananreicherungin Frankreich – trotz der verhältnismäßig kleinen Abweichung – Material für mehrere Atombomben „fehlte “und deshalb – nicht zuletzt aus Angst vorProliferation– ermittelt werden musste, wie es dazu kommen konnte. Der Nachweis ungewöhnlicher Isotopenverhältnisse typischer stabilerSpaltprodukte,der nicht anders als durch deren Produktion durch Kernspaltung zu erklären war, lieferte dann den endgültigen Beweis.

Im normalen Boden kommt Uran alsSpurenelementvor. Die US-amerikanischeAgency for Toxic Substances and Disease Registry(ATSDR) schätzt, dass sich in den obersten 33 cm Erdboden einer Fläche von einer QuadratmeileLand im Mittel ca. 4 Tonnen Uran befinden, also etwa 1,5 Tonnen pro Quadratkilometer.

In Komplexen gebundenes Uran ist auch einubiquitäresElement in derHydrosphäre.Die Urankonzentration in Meerwasser beträgt ca. 3,3 μg/l gegenüber den zum Teil deutlich geringeren Konzentrationen in den Flüssen (0,03 μg/l imAmazonasbis 3,9 μg/l imGanges). Dies zeigt, dass Uran – wie alle wasserlöslichen Substanzen – im Meerwasser angereichert wird. Im Meerwasser befindet sich Uran im Gleichgewicht mit der Konzentration in der ozeanischen Kruste, weshalb dessen Entnahme dazu führen würde, dass entsprechende Mengen im Meerwasser gelöst werden, bis sich wieder ein Gleichgewicht bildet. Ähnlich wie bei Vorschlägen Gold aus Meerwasser zu gewinnen, ist jedoch – trotz der weitaus größeren Mengen Uran im Meerwasser im Vergleich zu jener in bekannten Lagerstätten – aufgrund der sehr geringen Konzentration derzeit eine Gewinnung nicht wirtschaftlich. Deutsche Flüsse weisen in der Regel Urankonzentrationen zwischen ca. 1 und 3 μg/l auf. Die Quelle für das Uran liegt in demgeogenenAufbau der durch die Flüsse entwässerten Gebiete, z. B. können Oberflächenwässer aus Mooren höhere Urankonzentrationen enthalten, und ist somit natürlichen Ursprungs. Lediglich in Ausnahmefällen sind die Urangehalte in Flüssen auf menschlichen Einfluss bspw. die Nutzung uranhaltigerPhosphatdüngerund den Uranbergbau (Zwickauer Mulde:ca. 10 μg/l) zurückzuführen. Uran findet sich in Deutschland im unbeeinflussten Grundwasser in Konzentrationen von unter 1 bis über 100 μg/l. Die regelmäßige Einnahme vonTrinkwassermit erhöhten Urangehalten kann – aufgrund der chemischen Giftigkeit desSchwermetallsUran – zum Auftreten von Nierenkrebs führen. Aus diesem Grund empfiehlt die Weltgesundheitsbehörde (WHO) für Trinkwasser einen Grenzwert von 30 μg/l.[17]

Die größten Uranerzreserven liegen nach Angaben derNuclear Energy Agency(NEA) in denUSA,Niger,Australien,Kasachstan,Namibia,Südafrika,Kanada,Brasilien,Russland,UkraineundUsbekistan.[18]Ehemals bedeutende Lagerstätten im Erzgebirge waren schon zu Zeiten derSDAG Wismutnicht zu Weltmarktpreisen zu gewinnen und sind heute wirtschaftlich nicht mehr interessant.

Uran ist in Spuren auch in Stein- und Braunkohle enthalten. Die weltweit jährlich für die Stromerzeugung verwendete Kohle enthält unter anderem etwa 10.000 t Uran und 25.000 tThorium,die entweder in die Umwelt gelangen oder sich in Kraftwerksasche und Filterstäuben anreichern. Vereinzelt gibt es daher schon Bestrebungen, Uran aus Kraftwerksasche zu gewinnen.[19]Da trotz Filtern eine gewisse Menge dieser Asche in die Umwelt gelangt, ist die messbare Erhöhung der Radioaktivität im Umfeld von Kohlekraftwerken imNormalbetriebsogar höher als jene im Umfeld von Kernkraftwerken[20](wobei hierbei natürlich Störfälle und über das übliche Maß hinausgehende Leckagen nicht berücksichtigt sind).

Der Zusammenhang erhöhter Urangehalte in Mineral- und Trinkwässern mit der Geologie der Grundwasserspeichergesteine wurde 2009 erstmals bundesweit untersucht.[21]Dabei stellte sich heraus, dass erhöhte Urangehalte vorwiegend an Formationen wie Buntsandstein oder Keuper gebunden sind, die selbst geogen erhöhte Urangehalte aufweisen. Allerdings sind örtlich auch bereits Urangehalte aus landwirtschaftlicher Phosphatdüngung in das Grundwasser durchgeschlagen, denn Rohphosphate enthalten 10–200 mg/kg Uran, was bei einer ordnungsgemäßen Düngung zu einem Eintrag von jährlich ca. 5 g/ha Uran führen kann.

Quellen des radioaktiven Anteils der Erdwärme vonEntstehung der Erdebis heute (Zeitskala in „Ga “= Milliarden Jahre)

Da Uran eines der schwersten Elemente ist, ist davon auszugehen, dass große Teile des irdischen Urans zu jenen Zeiten, als der gesamte Erdball glutflüssig geschmolzen war, zumErdkernabgesunken sind. Uran ist neben Thorium und Kalium-40 einer der Hauptbestandteile derErdwärme,welche beständig durch radioaktiven Zerfall „nachgeliefert “wird.

Abbau

In Deutschland wurde Uran in derSächsischen Schweiz(Königstein) zuerst konventionell und später durchLaugung,inDresden(Coschütz/Gitterseeinsbesondere inGittersee) und imErzgebirge(Schlema,Schneeberg,Johanngeorgenstadt,Pöhla) sowie in Ostthüringen (Ronneburg) meist unter Tage alsPechblendedurch dieSDAG Wismutabgebaut. Geringe Mengen wurden auch imSchwarzwaldund imFichtelgebirgegefördert. DieDDRwar damals weltweit der drittgrößte Uranproduzent. Die Abbaugebiete wurden nach 1990 geschlossen, da sie aufgrund des niedrigen Weltmarktpreises unwirtschaftlich waren und der Uranbedarf wegen der geänderten politischen Weltlage (geringere Bedeutung von strategischen Atomwaffen) zurückging. Im Zuge der Sanierung des Standortes Königstein wurde nach 1990 Urankonzentrat als „Nebenprodukt “der Grubenwasserreinigung auf dem Weltmarkt verkauft. Diese Lieferungen wurden 2021 eingestellt, nachdem auf diesem Weg seit 1990 noch etwa 2.000 Tonnen Urankonzentrat verkauft wurden. Die Einstellung dieser Lieferungen bedeutete gleichzeitig den Ausstieg Deutschlands aus der Reihe uranproduzierender Staaten.[22]Im Gegensatz zu anderen Rohstoffen, deren blasenartige Preisentwicklung Mitte/Ende der 2000er-Dekade zu einem „Berggeschrey“im Erzgebirge und vereinzelten Versuchen der Wiederaufnahme des Bergbaus führte, gab es, trotz zwischenzeitlich explosionsartig steigenden Uranpreisen zur selben Zeit, keine ernsthaften Versuche, im Erzgebirge wieder im großen Stil Uran abzubauen.

Im Westteil Deutschlands wurden mehrere Kleinst- und Kleinlagerstätten erkundet, jedoch erfolgte einzig inMenzenschwandim Schwarzwald ein nennenswerter Abbau, der 1991 eingestellt wurde. Offiziell diente dieGrube Krunkelbachlediglich der „Erkundung “und angesichts ihrer Stilllegung kurz nach der Wiedervereinigung ist es zumindest denkbar, dass der Abbau desDual-Use-Gutes Uran auch strategischen Zwecken diente, die nach 1990 hinfällig wurden.

Die zehn Staaten mit der weltweit größten Uranförderung (2008)

Die Weltproduktion von Uran betrug im Jahr 2006 39.603 Tonnen. Große Förderländer sind Australien, Kanada, Russland, Niger, Namibia, Kasachstan, Usbekistan, Südafrika und die USA. Der Verbrauch lag 2006 weltweit bei 66.500 Tonnen und wird von derInternationalen Atomenergieorganisation (IAEO)durch den Neubau von Kernkraftwerken für das Jahr 2030 auf 93.775 bis 121.955 Tonnen geschätzt. Der Abbau deckt etwa 60 % des aktuellen Bedarfs, der Rest wird durch Lagerbestände,Wiederaufarbeitungund abgerüstete Kernwaffen gedeckt.[23]Schätzungen der IAEO,Greenpeaceund der Atomwirtschaft über die Reichweite derUran-Vorkommenliegen unterschiedliche Angaben über die weltweiten Ressourcen und den zukünftigen Verbrauch zugrunde. Sie liegen zwischen 20 und 200 Jahren.[24]

Durch den Uranbergbau werden Uran und radioaktive Zerfallsprodukte (z. B. das radioaktive EdelgasRadon) aus dem Untergrund an die Oberfläche verbracht. Die damit verbundene Freisetzung führt zu Schäden an Umwelt und Gesundheit.[25]

Darstellung

Verarbeitung von Uranerz

Uranerze, z. B.Uraninit(Pechblende, U3O8) oderCarnotit(KUO2VO4 · 1,5 H2O), werden sauer mitSchwefelsäureoder auch alkalisch mitSodaaufgeschlossen.

Die nach dem sauren Aufschluss entstandenen Lösungen werden mit Ammoniak behandelt, worauf derYellow Cakeausfällt. Dieser enthält hauptsächlichAmmoniumdiuranat((NH4)2U2O7) und noch weiterePolyuranate,Uranylhydroxideund-sulfate. Die Lösung des alkalischen Aufschlusses wird mitNaOHversetzt,wodurchNatriumdiuranat(Na2U2O7) ausfällt. Um das Natrium zu entfernen, wird es dann in H2SO4gelöst und anschließend mitwässrigem NH3als (NH4)2U2O7ausgefällt.

Der „Yellow Cake “wird inSalpetersäure(HNO3) gelöst, wobei unlösliche Anteile ausfallen und durch Filtration oder Zentrifugieren entfernt werden. Aus der Lösung kann dann rohesUranylnitrat(UO2(NO3)2) auskristallisiert werden. Eine Lösung von Uranylnitrat wird dann mitTributylphosphat(TBP) extrahiert (PUREX-Prozess), nach Eindampfen und Waschen wird reines Uranylnitrat erhalten.

VorsichtigePyrolyseführt zu den verschiedenenModifikationenvonUran(VI)-oxid(UO3), je nach Temperatur und Sauerstoffdruck.[26][27][28]Zur Gewichtsreduktion beim Transport wird der „Yellow Cake “thermisch zersetzt, worauf schwarzes U3O8entsteht.

Reindarstellung

Uran(VI)-oxid (UO3) wird mit Wasserstoff zuUran(IV)-oxid(UO2) reduziert.[29]Bringt man Urandioxid mit wasserfreiemFluorwasserstoffzur Reaktion, so entstehtUrantetrafluorid,aus welchem schließlich durch Reduktion mittelsCalciumoderMagnesiumreines Uran gewonnen wird[30]:

Uran kann generell durch die Reduktion von Uranhalogeniden mit Alkali- oder Erdalkalimetallen hergestellt werden[30]:

Ebenso kann auch eine Elektrolyse von KUF5oder UF4in geschmolzenem Calciumchlorid (CaCl2) / Natriumchlorid (NaCl) erfolgen. Sehr reines Uran kann durch die thermische Zersetzung von Uranhalogeniden an einem Glühdraht erzeugt werden.[31]Aus Urandioxid ist es u. a. durch Reduktion mit Calcium erhältlich.[32]

Eigenschaften

Uranmetall

Physikalische Eigenschaften

Uran ist ein relativ weiches, silber-weißes Metall hoherDichte,welches in drei Modifikationen vorkommt.[1][33]

Niederdruck-Modifikationen
Phase stabiler
Temperaturbereich 		Dichte
(Temp.) 		Kristallsystem
(Achsen inPikometer)
α-Uran unterhalb 688 °C orthorhombisch
(a = 285,4, b = 586,9, c = 495,6)
β-Uran 688 °C bis 776 °C tetragonal
(a = 1075,9, c = 565,6)
γ-Uran oberhalb 776 °C kubisch
(a = 352,5)

Uran-Rhodium-Germanium (URhGe) ist die erste entdeckte Legierung, die in sehr starken Magnetfeldern eine eintrittsinvarianteSupraleitungzeigt.[34]

Chemische Eigenschaften

Uran ist in fein verteiltem Zustandselbstentzündlich.Die meisten Säuren lösen metallisches Uran auf, während es von Basen nicht angegriffen wird. An der Luft überzieht sich das Metall mit einerOxidschicht.

Uran bildet eine Reihe von Verbindungen, in denen es in denOxidationsstufen+2 bis +6 vorliegen kann. Die Farbe von Urankomplexen ist in der Regel stark von derOxidationszahl,aber auch von derLigandenumgebungabhängig. In wässrigerLösung,ebenso wie in festenVerbindungenwerden häufig die folgenden Kombinationen von Farbe und Oxidationsstufe beobachtet: U3+(violett), U4+(grün), UVO2+(blasslila) und UVIO22+(gelb).[35]In nichtwässrigen Lösungen mit organischenLigandenergeben sich häufig andere Farbkombinationen. Uran tritt in der Natur überwiegend mit denWertigkeiten+4 oder +6 auf. Vierwertige Uranminerale sind in Wasser unter normalenpH/EH-Bedingungen nahezu unlöslich. Uranverbindungen sind giftig. Die Toxizität wird v. a. durch deren Löslichkeit bestimmt. Die leichtlöslichen Uranyl-Salze sind am giftigsten, die schwerlöslichen Oxide sind weniger giftig. Uran istteratogen.

Biologische Aspekte

Bei der GattungDesulfovibriowurde die Fähigkeit, Uran als Elektronenakzeptor zu verwenden, nachgewiesen: Uran(VI) wird zu Uran(IV) reduziert. Desulfovibrio vulgarisverwendet Cytochrom-c3 als Uran-Reduktase.[36]Wenn Uran(VI) als einziger für das Bakterium nutzbarer Elektronenakzeptor vorliegt, wurde allerdings kein Wachstum beobachtet.[37]Ein Bakterium, welches Uran(VI) als einzigen Elektronenakzeptor nutzen kann und dabei auch Wachstum zeigt, istGeobacter metallireducensderGeobacteraceae.[38]

Unlösliches Uran kann durch bakterielle Aktivität mobilisiert werden. Unter aeroben Bedingungen können die Eisen-Schwefel-BakterienAcidithiobacillus ferrooxidansundLeptospirillum ferrooxidansPyrit (FeS2) zu Eisen(II)-sulfat (FeSO4) und dann zu Eisen(III)-sulfat (Fe2(SO4)3) oxidieren. Eisen(III)-Ionen können unlösliches Uran(IV) zu löslichem Uran(VI) oxidieren.[39]

Die Reduktion von löslichem Uran(VI) zu unlöslichem Uran(IV) durchProkaryotenwurde als mögliche Methode zur biologischen Sanierung von Uran-kontaminierten Grundwässern und gefährlichen Abfällen vorgeschlagen.[40][41]

Isotope

Von Uran sind 25 Isotope und 3Kernisomeremit Halbwertszeiten zwischen 1 µs und 4,468 Milliarden Jahren bekannt.[42]Nur die vier langlebigsten Isotope kommen in der Natur vor. Davon stammen238U und235U noch aus der Entstehungszeit des Sonnensystems, sie wurden imr-ProzessinSupernovaegebildet.234U entsteht über mehrere Zwischenstufen beim Zerfall aus238U,236U durch seltene Neutroneneinfänge aus235U. Das künstlich erzeugbare fünftlanglebigste Isotop233U spielt in der Technik ebenfalls eine Rolle. Alle anderen Isotope haben Halbwertszeiten von maximal 68,9 Jahren.

In natürlichem Uran (Natururan) finden sich deshalb die Isotope238U zu 99,27 %,235U zu 0,72 %,234U zu 0,0055 % und236U in Spuren. Das Isotopenverhältnis der Uranisotope ändert sich im Laufe der Zeit, da238U und235U unterschiedlich schnell zerfallen. Die Häufigkeit des dritten natürlichen Isotops234U bleibt im Verhältnis zur Häufigkeit des238U konstant, da234U ein Zerfallsprodukt des238U ist und mit diesem im Gleichgewicht steht.

Ein anderes Verhältnis der Uranisotope findet sich im Bereich der Naturreaktoren, von denenOkloinGabunder zuerst entdeckte und der bekannteste ist. Bei dem heutigen Isotopenverhältnis von235U und238U ist das Auftreten einer derartigen natürlichen Reaktorzone nicht mehr möglich.

  • 238U hat eine Halbwertszeit von 4,468 Milliarden Jahren und ist wie die anderen natürlichen Isotope (234U und235U) einα-Strahler.Die spezifischeAktivitätvon238U beträgt 12.450Bq/g.238U ist der natürliche Beginn derUran-Radium-Reihe.
  • 235U hat eine Halbwertszeit von 703,8 Mio. Jahren. Es ist der natürliche Beginn derUran-Actinium-Reihe.Es ist spaltbar und hat einen Anteil von etwa 0,7 % in natürlichem Uranvorkommen. Aufgrund seiner Spaltbarkeit hat es große wirtschaftliche Bedeutung.
  • 234U hat eine Halbwertszeit von 245.500 Jahren. Es ist wegen seiner relativ kurzen Halbwertszeit im Vergleich zu238U nur in Spuren vorhanden, liefert aber einen gleich großen Beitrag zur Radioaktivität wie letzteres. Es entsteht gemäß:
Die Zeitangaben sindHalbwertszeiten.
  • 236U ist ein α-Strahler mit einer Halbwertszeit von 23,42 Millionen Jahren und kommt in der Natur nur in Spuren vor.[43]Es entsteht durchNeutroneneinfangaus235U. Wenn Uran einem erhöhten Neutronenfluss ausgesetzt ist, wie z. B. in einem Kernreaktor, erhöht sich der Anteil an236U deutlich.[44]Die Anteile der Isotope234U,235U,236U in einer Urankontamination können Aufschluss über deren Ursprung geben.[45]236U zerfällt über die bis zum natürlichenPlutonium244Pu verlängerteThorium-Reihe.
  • 233U hat eine Halbwertszeit von 159.200 Jahren und ist spaltbar. Es ist nicht im natürlichen Uran enthalten, sondern wird inBrutreaktorenwie demTHTR-300aus dem schwer spaltbarenThorium232Th (Spalt-Wirkungsquerschnitt 3 µb, wie beim238U) erbrütet.233U zerfällt über dieNeptunium-Reihe.
Die Zeitangaben sindHalbwertszeiten.

Spaltbarkeit

Neutroneninduzierte Kernspaltung
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DerWirkungsquerschnittfür induzierteKernspaltungdurch einthermisches Neutronist bei233U und235U mit 530 bzw. 586 b (Barn) groß,[46]bei238U dagegen mit nur 3 μb sehr klein. Im technisch-praktischen Sinn sind also nur die Isotope 233 und 235 „gut spaltbar “und damit mögliche Brennstoffe fürKernreaktoren.

Als „angereichert “wird Uran bezeichnet, dessen Anteil an235U gegenüber dem238U durchUran-Anreicherungerhöht wurde. Schwach angereichertes Uran (im Fachjargon „LEU “, lightly enriched uranium) wird inKernkraftwerken,hochangereichertes Uran(„HEU “highly enriched uranium) für Forschungszwecke, in der Medizin[47],in den Reaktoren derUS Navy[48]und zur Herstellung vonKernwaffenverwendet. Die Grenze zwischen LEU und HEU wird gewöhnlich bei einem Anreicherungsgrad des235U von 20 % festgesetzt.

Diekritische Massevon235U beträgt etwa 49 kg; hier ist der Wirkungsquerschnitt der schnellen Spaltung ausschlaggebend, da einModeratorfehlt. Mit einem 20 cm dicken Wasserreflektor lässt sich die kritische Masse auf 22 kg, mit einem 30 cm-Stahlreflektor auf 16,8 kg absenken. In wässriger Lösung lässt sich die kritische Masse bei einer optimalen Dichte von 0,059 g/cm³ mit Reflektor auf unter 600 g verringern.[49]

Die kritische Masse von233U beträgt nur rund 16 kg. Auch hier lässt sich mit einem Reflektor die kritische Masse absenken: etwa 7,4 kg mit 20 cm Wasser und 6,2 kg mit 30 cm Stahl. In wässriger Lösung lässt sich die kritische Masse auf 425 g verringern. Das Isotop kann in Kernreaktoren aus232ThdurchNeutroneneinfangund zwei anschließende Betazerfälle erbrütet werden.

Das Isotop mit der geringsten kritischen Masse (3,6 kg) ist232U. Es ist wie alle geradzahligen Uranisotope beinahe ausschließlich durch schnelle Neutronen spaltbar. Mit Stahlreflektor kann die kritische Masse auf 1,9 kg reduziert werden. Das Isotop ist jedoch nur sehr aufwändig zu gewinnen, da es sich nicht in einem Kernreaktor herstellen lässt.

Das vierte Uran-Isotop, das eine Kettenreaktion aufrechterhalten kann, ist234U. Seine kritische Masse beträgt 145 kg. Es ist als Folgeprodukt von238U im natürlichen Uran enthalten und kann auch aus233U oder232Th erbrütet werden. Wegen der hohen kritischen Masse und der im Vergleich zu anderen spaltbaren Isotopen umständlichen Gewinnung spielt es in der Kerntechnik keine größere Rolle. Es wird allerdings bei den meisten Anreicherungsmethoden relativ gesehen noch stärker angereichert als235U, was wegen der geringen Ausgangskonzentration aber meist nicht ins Gewicht fällt.

Die Isotope236U und238U können selbst keine Kettenreaktion tragen.238U wird jedoch in Verbindung mit anderen, spaltbaren Isotopen in einemschnellen Brüterals Brutstoff eingesetzt. Durch Neutroneneinfang und anschließende Betazerfälle entsteht dann239Pu,das wiederum gut spaltbar ist.

Verwendung und Verbreitung

Uranoxidpellets

Zivile Nutzungen

Das Uranisotop235U wird inKernkraftwerkenzur Energiegewinnung genutzt. Das Isotop238U kann inBrutreaktoreneingesetzt werden, umPlutoniumherzustellen. DasIsotop235U kommt in nur geringer Konzentration (etwa 0,72 %) im natürlichen Uran vor und wird durchAnreicherungkonzentriert. Die zurückbleibende Fraktion wird abgereichertes Uran genannt (Abreicherung).

Bei der Spaltung eines235U-Atomkerns werden durchschnittlich 210MeVEnergie freigesetzt. Davon sind etwa 190 MeV in einem Reaktor thermisch verwertbar.[50]Die Spaltung von 1 g235U liefert daher etwa 0,95 MWd (Megawatt-Tage) = 22,8 MWh thermische Energie.

Ein Kilogramm235U hat einen als Wärme nutzbaren Energiegehalt von 76Terajoulebzw. 2,5 Mio.Steinkohleeinheiten.[51]

Die aus 1 kg Natururan tatsächlich erzeugte Strommenge hängt vom eingesetzten Reaktortyp und demBrennstoffkreislaufab und liegt etwa bei 36–56MWhfür den Fall der direkten Endlagerung der abgebrannten Brennelemente, also ohne Wiederaufarbeitung und ohneBrüten.[23](Nicht berücksichtigt ist der Energieaufwand für Bergbau, evtl. Anreicherung, Transport und Endlagerung.)

Aufgrund seiner hohen Absorptionswirkung für ionisierende Strahlung wird abgereichertes Uran (depleted uranium,DU) imStrahlenschutzals Abschirmmaterial eingesetzt. DU wird aufgrund seiner hohen Dichte für Trimmgewichte in Flugzeugen und Kielgewichte für Hochleistungssegelboote verwendet. Nach der Diskussion, die durch denAbsturz einer Frachtmaschine in Amsterdamausgelöst worden war, wird es in Flugzeugen durchWolframersetzt.[52]

Vor allem in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erfreute sich Uran auch als Bestandteil vonVaselineglassowieUranglasurenfürKeramikeiner großen Beliebtheit in den USA.[53]

Militärische Nutzungen

235U ist neben Plutonium das wichtigste Ausgangsmaterial für den Bau vonKernwaffenund Zündsätzen fürWasserstoffbomben. Kernreaktoren werden zum Antrieb großer Kriegsschiffe eingesetzt, etwa für Flugzeugträger und U-Boote. Allerdings besitzen nur wenige Länder nuklear angetriebene Kriegsschiffe. Jeder der zehn Flugzeugträger derNimitz-Klasseder US-Navy besitzt 2 Reaktoren mit jeweils 140 MW Leistung.

Viele Streitkräfte nutzenUranmunition.[54]Das ist panzerbrechende Munition, die abgereichertes Uran als Projektilkernmaterial enthält. Die Munition wird beim Eintritt in den Panzerinnenraum zerstäubt und verbrennt dabei explosionsartig. Die entstehenden Stäube und Aerosole sind giftig und führen bei kontaminierten Personen zu Gesundheitsschäden.[55] Urangeschosse sind keineHartkerngeschosse,sondern gehören zur allgemeineren Übergruppe derWuchtgeschosse.Uran ist im Vergleich zuWolframzwar von ebenso großer Dichte, jedoch weniger hart und schmilzt früher. Uran stehtAtomwaffenstaatenals Abfallprodukt aus der Anreicherung zur Verfügung. Die Beschaffung und Verarbeitung sind billiger als die der Alternative Wolfram. In jüngster Zeit wurden in indisch-pakistanischen Grenzkonflikten, inTschetschenien,während dersowjetischen Invasion Afghanistans,imKosovo-Krieg,imZweiten Golfkriegund in derMilitärinvasionderUSAund anderer Staaten in den Irak (Dritter Golfkrieg) von den beteiligten Parteien insgesamt mehrere Hundert Tonnen Uranmunition eingesetzt. Abgereichertes Uran wird bei Panzern – wie demM1 Abrams– auch alsPanzerungeingesetzt. Es handelt sich um eine Sandwichpanzerung mit einer Schicht Uran zwischen zwei Schichten Panzerstahl. Eine Folge der militärischen Verwendung ist die legale wie illegale Verbreitung uran- und auchplutoniumhaltigenMaterials.

Verbindungen

→ Kategorie:Uranverbindung

Oxidationsstufen

Uran in den Oxidationsstufen +3 bis +6 in wässriger Lösung.

Uran bildet eine Reihe von Verbindungen, in denen es in denOxidationsstufen+2 bis +6 vorliegen kann. Es tritt in der Natur überwiegend mit denWertigkeiten+4 oder +6 auf.

Uran (II)

Im Jahre 2013 wurde erstmals Uran in der Oxidationsstufe +2 dargestellt. Die Synthese gelang durch Reduktion einer Tris(cyclopentadienyl)-Uran(III)-Verbindung unter Verwendungin situerzeugterAlkalide.[56]Die Existenz molekularer Uran(II)-Verbindungen konnte auch durch die Reduktion eines Tris(aryloxid)aren-Uran(III)-Komplexes verifiziert werden, welcher chemisch durch elementares Kalium in Gegenwart von 2.2.2-Kryptand,[57]sowieelektrochemischbei einem Potential von -2,50 V (gegenFc+/Fc) reduziert werden konnte.[58]Die beiden Uran(II)-Komplexe besitzen eine unterschiedliche Elektronenkonfiguration, welche durch das Ligandenfeld bestimmt wird. Der Tris(cyclopentadienyl)-Uran(II)-Komplex besitzt die Elektronenkonfiguration [Rn] 5f36d1,[56]wohingegen die Tris(aryloxid)aren-Uran(II)-Verbindung eine [Rn]-5f4-Konfiguration annimmt.[57]

Uran (III)

Die erste Uran(III)-Verbindung wurde 1842 von Peligot als UCl3dargestellt. Das U3+-Ion ist ein starkes Reduktionsmittel (Reduktionspotential zwischen -2,2 und 1,5 V gegenFc+/Fc) und setzt in Gegenwart von Wasser Wasserstoff frei.[59]Uran(III)-Verbindungen sind in sauerstoff- und halogenfreien organischen Lösungsmitteln relativ stabil und unter anaeroben Bedingungen haltbar. Die Synthese von niedervalenten U(III) Komplexen erfolgt in der Regel ausgehend von UI3,oder dem daraus hergestellten UHMDS.UI3wird hierzu aus metallischem Uran mit elementarem Iod synthetisiert. Das besondere Interesse an niedervalentem Uran ergibt sich aus der hohen Reaktivität gegenüber kleinen Molekülen mit biologischer und industrieller Relevanz, wie z. B. CO, CO2,N2,NO, oder H2O.[60]

Uran (IV)

Von den Verbindungen des Uran(IV) sind vor allem das Oxid (UO2) und die vier Halogenide (UF4,UCl4,UBr4undUI4) bekannt. Es handelt sich um Feststoffe mit hohen Schmelzpunkten über 500 °C.

Uran (V)

Seit 2003 sind Uranyl(V)-Verbindungen im Festkörper bekannt.[61]Seither wurden eine Vielzahl weiterer Uranyl(V)-Verbindungen synthetisiert.[62]

Uran (VI)

Das sechswertige Uran kommt in der Natur ausschließlich in Form der UO22+-Gruppe (Uranyl-Gruppe) vor, d. h., es gibt kein U6+.Diese Gruppe bindet sich bevorzugt an sauerstoffhaltige Bindungspartner: als Phosphat, Sulfat, Carbonat und mit Wasser als Hydroxid.UranylacetatundUranylnitratsind lösliche Uransalze. Diese Salze sind kommerziell erhältlich und entsprechen in ihrer Giftigkeit anderen Schwermetallnitraten und -acetaten.

  • Uranylacetat (UO2(CH3COO)2)
    Uranylacetat
    (UO2(CH3COO)2)
  • Uranylnitrat (UO2(NO3)2)
    Uranylnitrat
    (UO2(NO3)2)

Oxide

Urandioxid(UO2) ist ein schwarzes, kristallines Pulver, das im späten 19. Jahrhundert bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts als Keramikglasur verwendet wurde. Heutzutage wird es vor allem als nuklearer Brennstoff in Brennstäben eingesetzt. Bekannt sind auchUrantrioxid(UO3),Triuranoctoxid(U3O8) undUranylperoxid(UO2O2).

Yellowcake

PulverförmigerYellowcake

Yellowcakeist ein Uranoxidkonzentrat. Der Name ist abgeleitet von der früheren Farbe und Textur. Heutzutage werden höhereKalzinationstemperaturenverwendet, wodurch der „gelbe Kuchen “eher dunkelgrün bis schwarz ist. Ursprünglich waren die im Yellowcake enthaltenen chemischen Verbindungen unbekannt. Man nahm an, dass es sich umAmmoniumdiuranatoderNatriumdiuranathandelt. Die Zusammensetzung variierte und hing vom Verhüttungsprozess ab. Die Verbindungen, die in Yellowcake gefunden wurden, sind unter anderemUranylhydroxid,Uranylsulfat,Natrium-para-UranatundUranylperoxid,zusammen mit einer Reihe von Uranoxiden. Der heutige Yellowcake enthält typischerweise zu 70 bis 90 Prozent (Massenanteil) das Uranoxid (U3O8).

Das hellgelbe Ammoniumdiuranat ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Yellowcake. Manchmal wird es ebenfalls als „Yellowcake “bezeichnet, das entspricht allerdings nicht dem allgemeinen Gebrauch.

Halogenide

Uran(IV)-chlorid(UCl4)

Für Uran sind Halogenide in den Oxidationsstufen +3 bis +6 bekannt. Für die Stufen +3 bis +5 sind sämtliche Verbindungen der vierHalogeneFluor,Chlor,BromundIodbekannt, für die Oxidationsstufe +6 sind es UF6und UCl6.[63]

Oxidationszahl F Cl Br I
+6 Uran(VI)-fluorid
UF6
farblos 		Uran(VI)-chlorid
UCl6
grün
+5 Uran(V)-fluorid
UF5
farblos 		Uran(V)-chlorid
UCl5
braun 		Uran(V)-bromid
UBr5
schwarz 		(Uran(V)-iodid)
(UI5)
+4 Uran(IV)-fluorid
UF4
grün 		Uran(IV)-chlorid
UCl4
grün 		Uran(IV)-bromid
UBr4
braun 		Uran(IV)-iodid
UI4
schwarz
+3 Uran(III)-fluorid
UF3
purpur 		Uran(III)-chlorid
UCl3
rot 		Uran(III)-bromid
UBr3
rot 		Uran(III)-iodid
UI3
schwarz
Uranhexafluoridkristalle in einer Glasampulle

Urantetrafluorid(UF4), auch bekannt als„green salt “,ist ein Zwischenprodukt der Herstellung von Uranhexafluorid.

Uranhexafluorid(UF6) ist ein weißer Feststoff, der bei einer Temperatur von 56,5 °Csublimiertund nur unter Druck von mind. 1,5 bar und 64,1 °C eine flüssige Phase bildet. UF6ist die Uranverbindung, die für die zwei häufigstenAnreicherungsprozesse,GasdiffusionundGaszentrifuge,verwendet wird. Es wird in der Industrie schlicht als „Hexe “bezeichnet.

Metallorganische Verbindungen

UranocenU(C8H8)2ist eine der ersten Organouranverbindungen und die bekannteste Verbindung desCyclooctatetraenmit denf-Elementen.[64][65]Weiterhin sind beispielsweise zu nennen auch das an der Luft stabile Derivat U(C8H4Ph4)2und das Cycloheptatrienylion [U(C7H7)2]−.[66]

Analytik

Klassische qualitative Analytik von Uran

Uran tritt in Lösung meist als UO22+-Kation auf. Im anorganischen Trennungsgang wird UO22+in derAmmoniumsulfid-Urotropin-Gruppenachgewiesen. Nach zahlreichen Trennungs- und Fällungsschritten wird es als UO2(SCN)2·3 Ether in eine Etherphase extrahiert.

Der Nachweis erfolgt durch Zugabe vongelbem Blutlaugensalz(K4[Fe(CN)6]), wobei sich bei relativ hohen Konzentrationen ein Mischkomplex bildet (K2(UO2[Fe(CN)6])). Dieser fällt als rotbrauner Niederschlag aus.[67]

Instrumentelle quantitative Analytik von Uran

Thermisch angeregte optische Spektroskopie

Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) in Form der Flammen-AAS und Induktiv-gekoppeltes-Plasma optische Emissionsspektrometrie ICP-OES werden auf Grund der geringen Empfindlichkeit nur in seltenen Ausnahmen für die Analytik eingesetzt. Wegen Störungen durch starke Carbidbildung wird auch die Graphitrohr-AAS nur selten eingesetzt.

Induktiv-gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)

Mittels ICP-MS wird Uran sehr empfindlich gemessen, die in der Natur vorkommenden drei Uranisotope können direkt bestimmt werden. So kann z. B. das Isotop238U (99,274 %) in menschlichen Haarproben mittels ICP-MS mit einer Nachweisgrenze von 0,2 ng/g bestimmt werden.[68]

Neutronenaktivierungsanalyse (NAA)

In der NAA wird bei der Bestimmung von Uran die Aktivierungsreaktion238U(n,γ)239U genutzt.239U besitzt eine Halbwertszeit von 23,5 min. Zur quantitativen Auswertung wird der Photopeak mit einer Gammastrahlungsenergie von 74 keV herangezogen. Mit dieser hochempfindlichen Methode wurde eine Nachweisgrenze von 4 pg/ml Uran in Meerwasser erzielt.[69]

Fluoreszenzspektrometrie

Uran in Form von Uranylionen (UO22+) kann mit Hilfe der zeitaufgelösten, laserinduzierten Fluoreszenzspektrometrie (TR-LIF) quantitativ bestimmt werden. Diese Methode findet häufig Anwendung in der Überwachung und zum Nachweis von Uran in Grund- und Oberflächengewässern in der Nähe von Aufbereitungsanlagen, da sie die Möglichkeit der on-line Überwachung bietet. Nachweisgrenzen von 40 ng/l wurden mit dieser Technik erzielt.[70]

Adsorptive kathodische Stripping-Voltammetrie (AdCSV)

Für die Uranbestimmung in Ab-, Grund- und Trinkwässern wird zunehmend die AdCSV verwendet. Das UO22+-Ion wird dabei in saurem Milieu mit Chloranilsäure komplexiert und elektrochemisch bei 150 mV an einer hängenden Quecksilbertropfelektrode (HMDE) adsorptiv angereichert. Anschließend wird ein Voltammogramm von 50 mV bis −200 mV aufgenommen. Der Reduktionspeak liegt etwa bei −90 mV. Mit diesem Verfahren wurde eine Nachweisgrenze von 24 ng/l erzielt. Aufgrund der sehr guten Selektivität wurde das Verfahren als Standardverfahren (DIN 38406-17) genormt.[71]

Sicherheitshinweise

ImGammaspektrumvon Uranerz sind die verschieden langlebigen Nuklide226Ra,214Pb,214Bi aus derUran-Radium-Reihezu erkennen, die beim radioaktiven Zerfall von Uran entstehen.

Uran ist aufgrund seiner Radioaktivität gefährlich und, wie die meisten Schwermetalle, chemisch giftig.

Chemisch gefährlich sind vor allem wasserlösliche Uranverbindungen, welche analog zuBlei,CadmiumundQuecksilbervorwiegend dieTubuliderNieren schädigen.[72][73]DieWeltgesundheitsorganisationWHO empfahl 2003 – angesichts der Verwendung von abgereichertem Uran inUranmunition– einen Grenzwert für die tägliche Aufnahme von löslichen Uranverbindungen von 0,5 μg/kg Körpergewicht, von 5 μg/kg für unlösliche Verbindungen und von maximal 1 μg/m³ in der Umgebungsluft bei Aufnahme über den Atemtrakt.[74]Bei oraler Aufnahme von Uran und -verbindungen werden dabei zwischen 0,2 und 2 %, beim Einatmen etwa 5 % resorbiert, der Rest über den Harn ausgeschieden.[74]

SeineRadioaktivitäterzeugtIonisierende Strahlung,welche Auslöser vonErbgutveränderungen– wieMutationen– und nachfolgendenKrebserkrankungensein kann. Die langlebigen Uranisotope sindα-Strahler,die im Fall einer Aufnahme in den Körper eine relativ hohe Strahlendosis zur Folge haben. Beim Umgang und Lagerung von Uran und seinen Verbindungen ist zu beachten, dass aus den Uran-ZerfallsreihenFolgeprodukte anwesend sind, die auch Beta- und durchdringende Gammastrahlen emittieren; daneben auchRadon,das als Gas seinen Weg überallhin findet.

Literatur

  • Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżyński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt, Stephen F. Wolf:Uranium.In: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.):The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements.Springer, Dordrecht 2006,ISBN 1-4020-3555-1,S. 253–698 (doi:10.1007/1-4020-3598-5 5).
  • Walter D. Loveland, David Morrissey, Glenn T. Seaborg:Modern Nuclear Chemistry.Wiley-Interscience, 2006,ISBN 0-471-11532-0.
  • Robert J Schwankner, Gerolf Lieckfeld, Doris Lienert:Die Frühgeschichte des Urans.In:Die Geowissenschaften.7, 8, 1989, S. 215–224 (doi:10.2312/geowissenschaften.1989.7.215).
Commons:Uran– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Uran– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑abcdefgHarry H. Binder:Lexikon der chemischen Elemente.S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3,S. 674–682.
  2. ↑Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, auswww.webelements.com (Uranium)entnommen.
  3. ↑CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. ↑abcdeEintrag zuuraniumin Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019):NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1).Hrsg.:NIST,Gaithersburg, MD.doi:10.18434/T4W30F(physics.nist.gov/asd).Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. ↑abcdeEintrag zuuraniumbeiWebElements,www.webelements.com,abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. ↑abcdeA. F. Holleman,E. Wiberg,N. Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007,ISBN 978-3-11-017770-1,S. 2149.
  7. ↑Robert C. Weast (Hrsg.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9,S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. ↑Eintrag zuUranin derGESTIS-StoffdatenbankdesIFA,abgerufen am 9. August 2016.(JavaScript erforderlich)
  9. ↑Eintrag zuUraniumimClassification and Labelling InventoryderEuropäischen Chemikalienagentur(ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw.Inverkehrbringerkönnen die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnungerweitern.
  10. ↑Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
  11. ↑Fritz Schmidt:Kompendium der praktischen Photographie.10., wesentlich verbesserte Auflage. Leipzig 1906. Urannitrat S. 191, Urantonung S. 268, 291, 339.
  12. ↑D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke:Detection of Plutonium-244 in Nature.In:Nature.Band 234, 1971, S. 132–134 (doi:10.1038/234132a0).
  13. ↑Helmut Tonndorf:Metallogenie des Urans im ostdeutschen Zechstein – Ein Beitrag zum Nachweis und zur Charakteristik stofflicher Umverteilungs- und Anreicherungsprozesse.(= Abhandlungen der sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, Mathematisch-naturwissenschaftliche Klasse. Band 58, Heft 3). Akademie Verlag, Berlin 1994,ISBN 3-05-501621-1.
  14. ↑Geology of Uranium Deposits.In:World Nuclear Association.16. Mai 2024,abgerufen am 2. September 2024(englisch).
  15. ↑K. Ehrig, BHP Billiton. Präsentation auf der South Australia Explorers Conference, Adelaide 2008.
  16. ↑Verschiedene Autoren:Uranbergbau im Erzgebirge und Kalter Krieg.Ausgewählte Beiträge des RADIZ-Workshops vom 10. und 11. Oktober 1997 in Schlema, RADIZ-Information 16/1998, RADIZ e. V., Schlema.
  17. ↑Broder Merkel, Britta Planer-Friedrich, Christian Wolkersdorfer (Hrsg.):Uranium in the Aquatic Environment.Springer-Verlag,Heidelberg 2002,ISBN 3-540-43927-7.
  18. ↑Uranium 2020: Resources, Production and Demand.NEA,abgerufen am 26. Oktober 2021(englisch).
  19. ↑Naturally-Occurring Radioactive Materials (NORM).In:World Nuclear Association.29. April 2024,abgerufen am 2. September 2024(englisch).
  20. ↑Mara Hvistendahl:Coal Ash Is More Radioactive Than Nuclear Waste.In:Scientific American.13. Dezember 2007,abgerufen am 21. März 2022(englisch).
  21. ↑F. Knolle:Ein Beitrag zu Vorkommen und Herkunft von Uran in deutschen Mineral- und Leitungswässern.TU Braunschweig, 2009(PDF)
  22. ↑Letzte Uran-Laster starten in KönigsteinIn:Sächsische Zeitung(Ausgabe Pirna) vom 1. Juni 2021.
  23. ↑abOECD Nuclear Energy AgencyundInternationale Atomenergieorganisation:Uranium 2007: Resources, Production and Demand.OECDPublishing, 2008,ISBN 978-92-64-04768-6(englisch,online[PDF; abgerufen am 7. Juli 2009]).
  24. ↑Uran ist ein begehrter Rohstoff geworden.In:FAZ.6. Januar 2006.
  25. ↑Der schmutzigste Atombrennstoff, Fragen und Antworten zur Herkunft des Urans (PDF; 790 kB(Mementovom 30. Januar 2012 imInternet Archive)).
  26. ↑Federation of American Scientists:Uranium Production.
  27. ↑Frank Settle:Nuclear Chemistry, Uranium Production.(Mementovom 25. Juni 2013 im Webarchivarchive.today)
  28. ↑Carl Willis:Uranium Chemistry.
  29. ↑A. F. Holleman,E. Wiberg,N. Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007,ISBN 978-3-11-017770-1,S. 1950.
  30. ↑abGeorg Brauer:Uran.In:Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie.Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1954,S.1069–1073.
  31. ↑C. R. Hammond:The Elements.In:Handbook of Chemistry and Physics.81. Auflage. CRC Press, 2000,ISBN 0-8493-0481-4(online[PDF]).
  32. ↑Wilhelm Jander:Über Darstellung von reinem Uran.In:Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.138 (1), 1924, S. 321–329 (doi:10.1002/zaac.19241380131).
  33. ↑Georg Brauer (Hrsg.):Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie.3., umgearb. Auflage.BandII.Enke, Stuttgart 1978,ISBN 3-432-87813-3,S.1195.
  34. ↑F. Levy, I. Sheikin, B. Grenier, A. D. Huxley:Magnetic Field-Induced Superconductivity in the Ferromagnet URhGe.In:Science.309, 2005, S. 1343–1346 (doi:10.1126/science.1115498).
  35. ↑A. F. Holleman,E. Wiberg,N. Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007,ISBN 978-3-11-017770-1,S. 1956.
  36. ↑D. R. Lovley, P. K. Widman, J. C. Woodward, E. J. Phillips:Reduction of Uranium by Cytochrome c3 of Desulfovibrio vulgaris.In:Appl. Environ. Microbiol.59 (11), 1993, S. 3572–3576.PMID 8285665;PMC 182500(freier Volltext).
  37. ↑D. R. Lovley, E. J. Phillips:Reduction of Uranium by Desulfovibrio desulfuricans.In:Appl. Environ. Microbiol.58 (3), 1992, S. 850–856.PMID 1575486;PMC 195344(freier Volltext).
  38. ↑D. R. Lovley, E. J. P. Phillips, Y. A. Gorby, E. R. Landa:Microbial Reduction of Uranium.In:Nature.350, 1991, S. 413–416 (doi:10.1038/350413a0).
  39. ↑O. H. Tuovinen, T. M. Bhatti:Microbiological Leaching of Uranium Ores.In:Minerals and Metallurgical Processing.16, 1999, S. 51–60;doi:10.1007/BF03403234.
  40. ↑D. R. Lovley:Bioremediation of Organic and Metal Contaminants with Dissimilatory Metal Reduction.In:J. Ind. Microbiol.14 (2), 1995, S. 85–93.PMID 7766214.
  41. ↑The Biochemical Periodic Tables – Uranium.
  42. ↑Nuclear Wallet Card – Z(92)(engl.)
  43. ↑P. Steier, R. Golser, W. Kutschera, V. Liechtenstein, A. Priller, A. Valenta, C. Vockenhuber:Heavy ion AMS with a small accelerator, Nuclear Instruments and Methods.In:Physics Research B.188 (1–4), 2002, S. 283–287 (doi:10.1016/S0168-583X(01)01114-4).
  44. ↑M. A. C. Hotchkis, D. Child, D. Fink, G. E. Jacobsen, P. J. Lee, N. Mino, A. M. Smith, C. Tuniz:Measurement of236U in environmental media, Nuclear Instruments and Methods.In:Physics Research B.172 (1–4), 2000, S. 659–665 (doi:10.1016/S0168-583X(00)00146-4).
  45. ↑D. L. Donohue:Strengthening IAEA safeguards through environmental sampling and analysis.In:Journal of Alloys and Compounds.271–273, 1998, S. 12–18 (doi:10.1016/S0925-8388(98)00015-2).
  46. ↑G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (Hrsg.):KarlsruherNuklidkarte.7. Auflage. 2006.
  47. ↑world-nuclear.org:Radioisotopes in Medicine(Mementovom 26. Dezember 2013 imInternet Archive).
  48. ↑ Ending the Production of Highly Enriched Uranium for Naval Reactors.(PDF 235 kB, S. 2(87)) cns.miis.edu,abgerufen am 12. April 2016(englisch).
  49. ↑Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire:Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport.S. 16 (PDF(Mementovom 18. November 2014 imInternet Archive)).
  50. ↑Kernenergie – woher kommt sie?Zukunftswerkstatt Jena
  51. ↑Martin Volkmer:Kernenergie Basiswissen,MitteilungDeutsches Atomforum e. V.Seite 35 (PDF-Datei), abgerufen am 26. Juni 2021.
  52. ↑U.S. Nuclear Regulatory Commission:Systematic Radiological Assessment of Exemption for Source and Byproduct Materials.Abschnitt 3.17, S. 531–533 (PDF; 3,3 MB).
  53. ↑Daniel Rhodes:Clay and Glazes for the Potter.2015.
  54. ↑Uni Oldenburg: Informationen über Uran-Munition.
  55. ↑E. S. Craft, A. W. Abu-Qare, M. M. Flaherty, M. C. Garofolo, H. L. Rincavage, M. B. Abou-Donia:Depleted and natural Uranium: Chemistry and toxicological effects.In:Journal of Toxicology and Environmental Health – Part B – Critical Reviews.7 (4), 2004, S. 297–317 (doi:10.1080/10937400490452714).
  56. ↑abMatthew R. MacDonald, Megan E. Fieser, Jefferson E. Bates, Joseph W. Ziller,Filipp Furche,William J. Evans:Identification of the +2 Oxidation State for Uranium in a Crystalline Molecular Complex, [K(2.2.2-Cryptand)][(C5H4SiMe3)3U].In:J. Am. Chem. Soc.135, 2013, S. 13310–13313 (doi:10.1021/ja406791t).
  57. ↑abHenry S. La Pierre, Andreas Scheurer, Frank W. Heinemann, Wolfgang Hieringer, Karsten Meyer:Synthesis and Characterization of a Uranium(II) Monoarene Complex Supported byδBackbonding.In:Angewandte Chemie International Edition.53 (28), 2014, S. 7158–7162 (doi:10.1002/anie.201402050).
  58. ↑Henry S. La Pierre, Hajime Kameo, Dominik P. Halter, Frank W. Heinemann, Karsten Meyer:Coordination and Redox Isomerization in the Reduction of a Uranium(III) Monoarene Complex.In:Angewandte Chemie International Edition.Band53,Nr.28,7. Juli 2014,S.7154–7157,doi:10.1002/anie.201402048.
  59. ↑William J. Evans, Stosh A. Kozimor:Expanding the chemistry of U3+reducing agents.In:Coordination Chemistry Reviews(=Actinide Chemistry).Band250,Nr.7,1. April 2006,S.911–935,doi:10.1016/j.ccr.2006.01.017.
  60. ↑Wiley: Progress in Inorganic Chemistry, Volume 58 – Kenneth D. Karlin.Abgerufen am 14. Oktober 2017.
  61. ↑J.-C. Berthet, M. Nielich, M. Ephritikhine:Isolation of a Uranyl [UO2]+Species: Crystallographic Comparison of the Dioxouranium(V) and (VI) Compounds [UO2(OPPh3)4](OTf)n(n=1, 2).In:Angew. Chem. Int. Ed.42, 2003, S. 1952 (doi:10.1002/anie.200250506).
  62. ↑Polly L. Arnold, Jason B. Love, Dipti Patel:Pentavalent uranyl complexes.In:Coordination Chemistry Reviews.253 (15–16), 2009, S. 1973–1978 (doi:10.1016/j.ccr.2009.03.014).
  63. ↑A. F. Holleman,E. Wiberg,N. Wiberg:Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007,ISBN 978-3-11-017770-1,S. 1969.
  64. ↑A. Streitwieser, U. Müller-Westerhoff:Bis(cyclooctatetraenyl)uranium (Uranocene). A New Class of Sandwich Complexes That Utilize Atomic f Orbitals.In:J. Am. Chem. Soc.90 (26), 1968, S. 7364–7364 (doi:10.1021/ja01028a044).
  65. ↑Christoph Elschenbroich:Organometallchemie.6. Auflage. Wiesbaden 2008,ISBN 978-3-8351-0167-8,S. 587–591.
  66. ↑D. Seyferth:Uranocene. The First Member of a New Class of Organometallic Derivatives of the f Elements.In:Organometallics.23 (15), 2004, S. 3562–3583 (doi:10.1021/om0400705).
  67. ↑G. Jander, E. Blasius:Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie.16. Auflage. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2006,ISBN 3-7776-1388-6.
  68. ↑H. Sela, Z. Karpas, C. Pickhardt, J.S. Becker:Biomonitoring of hair samples by laser ablation inductively couple plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS).In:International Journal of Mass Spectrometry.261 (2–3), 2007, S. 199–207 (doi:10.1016/j.ijms.2006.09.018).
  69. ↑R. Lobinski, Z. Marczenko:Spectrochemical Trace Analysis for Metals and Metalloids.Elsevier, Amsterdam 1997.
  70. ↑G. Romanovskaya, V. Pogonin, A. Chibisov:Determination of Trace Amounts of Uranium(VI) in Various Materials by a Repetitive Laser Technique.In:Talanta.34 (1), 1987, S. 207–210 (doi:10.1016/0039-9140(87)80028-0;PMID 18964281).
  71. ↑G. Henze:Polarographie – Voltammetrie; Grundlagen und analytische Praxis.Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 2001.
  72. ↑Thomas Efferth:Molekulare Pharmakologie und Toxikologie: Biologische Grundlagen von Arzneimitteln und Giften.Springer, 2006,ISBN 3-540-21223-X,S. 238.
  73. ↑Werner Böcker, Helmut Denk, Philipp Ulrich Heitz:Repetitorium Pathologie.Elsevier, Urban & Fischer, 2007,ISBN 978-3-437-43400-6,S. 296.
  74. ↑abWHO:Depleted uranium: sources, exposure and health effects.Executive summary, Januar 2003 (PDF; 23 kB).
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