Uran Chemie

Uran - gelegentlich auch Uranium, Symbol U; Ordnungszahl 92 - ist ein radioaktives, silberweiß glänzendes, an der Luft anlaufendes, relativ weiches, in drei Modifikationen auftretendes, sehr reaktives und pyrophores chemisches Element aus der Gruppe der Actinoide.

Uran ist das wohl bekannteste radioaktive chemische Element. Die nuklearen Eigenschaften des Urans und die damit verbundenen kerntechnischen Anwendungen führten seit 1938 zur Entwicklung einer so genannten Uranwirtschaft.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Uran

Bezeichnung:Uran Andere Namen:Uranium Symbol:U Ordnungszahl:92 Atommasse:238,02891(3) u Periodensystem-Stellung:7. Periode, f-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Actinoide. Entdeckung:1789 - Martin Heinrich Klaproth. Erste Isolierung: 1841 durch Eugène-Melchior Péligot. Bedeutung des Namens:Uranus (Planet, benannt nach dem griechischen Himmelsgott Uranos). Englischer Name:Uranium CAS-Nummer:7440-61-1 InChI-Key:JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N

Das Uran-Atom

Das U-Atom - und damit das chemische Element Uran - ist eindeutig durch die 92 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Uran-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Uran-Isotope bzw. Uran-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Uran-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch verschiedener Nuklide; die relative Atommasse wird daher mit 238,02891(3) u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p	6d	6f	7s	7p
U	92	[Rn] 5f³ 6d¹ 7s²	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10	3	2	6	1		2

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Uran-Atom zu entfernen.

1. IE:

6,1941 eV

2. IE:

10,6 eV

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Uran-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
115606	21757	20948	17166

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
5548	5182	4303	3728	3552

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
1439	1271	1043	778,3	736,2	388,2	377,4

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
321	257	192	102,8	94,2

PI	PII	PIII
6s	6s_1/2	6p_3/2
43,9	26,8	16,8

Weitere Daten

Atomradius:175 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:196(7) pm (nach Cordero et al.)
170 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
134 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
118 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:12,49 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,970; ω_L1: 0,168; ω_L2: 0,506; ω_L3: 0,444 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,035; F₁₃: 0,62; F₂₃: 0,14 Austrittsarbeit:3,63 eV Termsymbol:⁵L₆

Ionenradius

Ionenradien der U(III)-, U(IV)-, U(V)- und U(VI)-Kationen in pm:

Ion	KoZ	I_effektiv	I_kristall	Anmerkungen
U³⁺ U⁴⁺ U⁴⁺ U⁴⁺ U⁵⁺ U⁶⁺ U⁶⁺ U⁶⁺ U⁶⁺	6 6 8 12 6 2 4 6 8	102,5 89 100 117 76 45 52 73 86	116,5 103 90 87

Spektrallinien des Urans

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Urans mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Urans

Uran besitzt 6 Valenzelektronen, die allesamt bereitwillig für chemische Bindungen bereitgestellt werden; die Oxidationsstufe +VI ist gleichzeitig die stabilste in Uran-Verbindungen. Bei natürlich auftretenden Uran-Verbindungen ist darüber hinaus der Oxidationszustand +IV von Bedeutung. Künstlich dargestellt wurden außerdem Uran(II)-, U(III)- und U(V)-Verbindungen.

Uranmetall reagiert mit fast allen Nichtmetallen (Ausnahme: Edelgase) und ihren Verbindungen, wobei die Reaktivität mit der Temperatur schnell zunimmt. Salzsäure und Salpetersäure lösen Uran auf; andere nichtoxidierende Säuren greifen das Element jedoch nur sehr langsam an.

In fein verteiltem Zustand reagiert Uran auch mit kaltem Wasser. An der Luft wird das Uranmetall mit einer dunklen Uranoxidschicht überzogen.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,38 nach PaulingElektronaffinität:0,53 eV bzw. 50,94 kJ mol^-1Oxidationsstufen:+ 6 + 5, + 4, + 3, (+ 2)

Standardpotentiale

Normalpotential des Urans:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-1,66	+ III	Uran(III)-Kation	U³⁺	+ 3 e^-	⇔	U (s)	Uran	0
-0,52	+ IV	Uran(IV)-Kation	U⁴⁺	+ e^-	⇔	U³⁺	Uran(III)-Kation	+ III
0,327	+ VI	Uranyl-Kation	UO₂²⁺ + 4 H⁺	+ 2 e^-	⇔	U⁴⁺ + H₂O	Uran(IV)-Kation	+ IV

Material- und physikalische Eigenschaften des Urans

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen metallischen Urans auf.

Schmelzpunkt:1132,2 °C Schmelzenthalpie (molar):9,14 kJ mol^-1 Siedepunkt:4131 °C Verdampfungsenthalpie:422,6 kJ mol^-1 Wärmekapazität:27,665 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,116 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:248 K Thermische Leitfähigkeit:27,5 W m^-1 K^-1 Elektrische Leitfähigkeit:3,24 × 10⁶ A V^-1 m^-1 bei 25 °C Elektrischer Widerstand:0,280 μΩ m bei 0 °C Dichte:19,16 g cm^-3
17,3 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:177 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):98,7 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0101 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,23 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:orthorhombisch Gitterkonstanten:a = 285,4 pm, b = 586,9 pm, c = 495,6 pm Raumgruppe:Cmcm, Nr. 63 Härte:nach Mohs: 6,0
nach Vickers: 1,96 GPa
nach Brinell: 2,4 GPa Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:409 × 10^-6 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:3155 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
533,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:488,4 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:50,2 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
199,79 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Uran liegt unterhalb von 688 °C in der α-Modifikation vor. Weitere Allotrope:

β-Uran

Zwischen 688 °C und 775 °C, tetragonales Kristallsystem; Raumgruppe P4²/mnm, P4²nm oder P4n2, Gitterparameter a = 565,6 pm, b = c = 1075,9 pm.

γ-Uran

Oberhalb von 775 °C kristallisiert Uran kubisch-flächenzentriert, a = 352,4 pm. In diesem Zustand ist das Metall besonders duktil und formbar.

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Gefahr

H300 - Lebensgefahr bei Verschlucken.

H330 - Lebensgefahr bei Einatmen.

H373 - Kann die Organe schädigen ...

H413 - Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung.

Sicherheitshinweise: P260, P264, P270, P271, P273, P284, P301+P310, P304+P340, P310, P314, P320, P321, P330, P403+P233, P405, P501.

Externe Informationsangebote

Aktuelle Berichte

Identifizierung von Uran-Emissionsquellen
Ein neuer atomarer Fingerabdruck zur Identifizierung von radioaktiven Urann-Emissionsquellen kann auch als Umweltindikator in Meeresströmungen eingesetzt werden

Informationen, Daten zum Element

Uran-Verbindungen
Auflistung der Uranverbindungen nach Oxidationszahlen; bekannte Eigenschaften, Datenquellen

Atome, Orbitale, Radiochemie

Uran-Actinium-Zerfallsreihe
Grafische Darstellung

Gruppenelemente - Informationen

Actinoide
Vorlesungsskript. Uni Freiburg

Einzelne Verbindungen

Uran und Uranverbindungen
Chemikalien-Datenbank: Physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Analyse und Bestimmung

Organbezogene schadstoffanalytische Untersuchungen ...
... an Gewebeproben ehemaliger Beschäftigter im Uranbergbau. Schriftenreihe Reaktorsicherheit und Strahlenschutz. BMU - Format: PDF

Selektiver Nachweis von Uran-236
... mittels hochauflösender Resonanzionisations-Massenspektrometrie. Dissertation, 2006. Universität Mainz

Spurenanalyse von Uran
... und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden. Dissertation, 2005. Universität Mainz

Geochemie und Biogeochemie

Uran im Wasser
Vorkommen, Relevanz, Entfernung. TU Berlin

Uranhaltige Minerale
Informationen zu Mineralogie des Urans. Mineralien Atlas

Uranmineralien
Tabelle mit den wichtigsten Uran-Mineralien einschließlich chemischer Zusammensetzung

Umweltchemie

Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung
Umfangreiche Informationssammlung. Bundesamt für Strahlenschutz

Toxikologie, Medizin, Physiologie

Uran im Urin
Neuartige Untersuchungsmethoden erlauben Nachweis der Uran-Kontamination von Soldaten und Zivilbevölkerung durch amerikanische Waffen im Irak

Uran in Mineralwasser
Bei Erwachsenen geringe Mengen tolerierbar, Wasser für Säuglingsnahrung sollte uranfrei sein. BfR-Presseinformation (D) [d]. BfR - Format: PDF

Dissertationen

Zur Wechselwirkung von Uran mit den Bioliganden Citronensäure und Glucose
Dissertation, 2010. TU Dresden

Artikel und Berichte

Bakterien in Biofilmen halten Uran fest
Artikel, Oktober 2007

Eine Tasche für Uran

Konstruktion eines selektiv Uran bindenden Proteins. Artikel, Februar 2009

Über den irdischen Uran-Kreislauf

Von der Kruste in den Mantel und zurück: Uran-Isotope hinterlassen in Vulkangesteinen einen eindeutigen 'Fingerabdruck', mit dem sich das Alter und die Herkunft dieser Gesteine bestimmen lässt.

Organisationen, Verbände

Bundesamt für Strahlenschutz
BfS

World Nuclear Association
The WNA is the global private-sector organization that seeks to promote the peaceful worldwide use of nuclear power as a sustainable energy resource for the coming centuries - [e]

Gesetze, Verordnungen, Vorschriften

Höchstmengenempfehlung für Uran
BfR korrigiert Höchstmengenempfehlung für Uran in Wässern zur Zubereitung von Säuglingsnahrung. Stellungsnahme Nr. 014/2006 des BfS und des BfR vom 16. Januar 2006. BfR - Format: PDF

Uran in Trink- und Mineralwasser
BfR empfiehlt die Ableitung eines europäischen Höchstwertes für Uran in Trink- und Mineralwasser. Stellungnahme Nr. 020/2007 des BfS und des BfR vom 5. April 2007 - Format: PDF

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/uran.php

Uran

Eigenschaften und Daten des chemischen Elements Uran.