Techniklexikon

Uran

Chemie, Physikalische Chemie, U, Element der Nebengruppe III des Periodensystems, der Gruppe der Actinoide zugehöriges Schwermetall, Ordnungszahl 92. Uran besitzt die Elektronenkonfiguration [Rn]5f³6d¹7s² und ist radioaktiv. Es besteht aus drei Isotopen (siehe Tab.). Das Isotop  ist das Stammelement der radioaktiven (4n + 2)-Zerfallsreihe. Daneben ist  das Stammelement der radioaktiven (4n + 3)-Zerfallsreihe und  das Stammelement der (4n + 2)-Zerfallsreihe. Technisch wird Uran als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet. Der Urankern  zerfällt bei Beschuss mit thermischen Neutronen in einer hochexothermen Kernspaltungs-Reaktion (15 × 10⁹ kJ / Mol U) in zwei verschieden grosse Bruchstücke, unter Emission von 2 bis 3 Neutronen:

Die emittierten Neutronen lösen eine Kettenreaktion aus, in der neue Urankerne exotherm gespalten werden. In modernen Leichtwasserreaktoren wird mit bis zu 4 % ²³⁵U-angereicherter Kernbrennstoff verwendet. Die Anreicherung, die auch für abgebrannte Uranbrennstäbe von Bedeutung ist, erfolgt in Isotopentrennanalagen (Gasdiffusionsverfahren, Gaszentrifugen- und Trenndüsenverfahren).

Das im Uranmetall zu 99,3 % enthaltene  absorbiert Neutronen, deren Energieinhalt über 25 eV liegt. Deshalb werden die bei der Kernspaltung emittierten Neutronen (2 × 10⁶ eV, entspricht 20 000 km / s) durch Moderatoren, wie z.B. Wasser, schweres Wasser oder reines Graphit gebremst. Die Geschwindigkeit der Kettenreaktion wird durch Neutronenabsorber (Borstahl oder Cadmium) gesteuert, die in Form von Stäben in den Kernreaktor eingeschoben oder herausgezogen werden. Eine Uranbombe (Atombombe) enthält reines , das durch Kernspaltung in einer ungesteuerten Kern-Kettenreaktion zu einer Explosion mit verheerendem Ausmass führt. ²³⁸U ist auch Ausgangsstoff für die Herstellung von Plutonium. Das künstliche Isotop  ist durch thermische Neutronen spaltbar und wird in einem Brutreaktor aus Thorium  hergestellt.

Uran 1: Wichtige Isotope.

bottom:solid gray 1.0pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Isotop	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> natürliche Häufigkeit [%]	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Atommasse	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Halbwertszeit T1/2
234U	0,05	234,040 947	2,45 × 105 a
235U	0,72	235,043 925	7,04 × 108 a
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 238U	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 99,275	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 238,050 785	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,46 × 109 a

 

Uran 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Ordnungszahl	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>   92
mittleres Atomgewicht [g mol-1]	238,028 9
Dichte [g cm-3]	18,95
Molvolumen [cm3]	12,56
Oxidationszahlen	II, III, IV, V, VI
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> photoelektrische Arbeit [eV]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>     3,63

 

Uran 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Siedetemperatur [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4 018
Schmelztemperatur [K]	1 405,5
Siedeenthalpie [kJ mol-1]	422,6
Schmelzenthalpie [kJ mol-1]	15,5
Wärmeleitfähigkeit [W m-1 K-1]	27,6
spezifische Wärme [kJ kg-1 K-1]	0,1162
thermischer Längenausdehnungskoeffizient [10-6 K-1]	12,6
spezifischer Widerstand [10-8 Wm]	30,8
Übergangstemperatur Supraleiter [K]	0,68
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> spezifische magnetische Suszeptibilität [10-8 kg-1 m3]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>        2,16

 

Uran 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> spektroskopische Notation	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 5L6
1. Ionisierungsenergie [eV]	5,84
2. Ionisierungsenergie [eV]	14,20
Elektronegativität (Pauling)	1,38
effektive Kernladung (Slater)	1,80
Ionenradius (U6+) [nm]	0,08
Atomradius [nm]	0,138 5
Kernspin 235U	7 / 2
kernmagnetisches Moment 235U [mK]	-0,35
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>    7,57