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Uran

Eigenschaften und Daten des chemischen Elements Uran.



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

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p
U92[Rn] 5f3 6d1 7s2 2262610261014261032612

 

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 eV2. IE: 10,6 eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

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

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
115606217572094817166

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
55485182430337283552

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
143912711043778,3736,2388,2377,4

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
321257192102,894,2

 

PIPIIPIII
6s6s1/26p3/2
43,926,816,8

 

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:ωK: 0,970; ωL1: 0,168; ωL2: 0,506; ωL3: 0,444 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,035; F13: 0,62; F23: 0,14

 

Spektrallinien des Urans

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

Uran-Spektrallinien

 

 

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)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-1,66+ IIIUran(III)-KationU3++ 3 e-U (s)Uran0
-0,52+ IVUran(IV)-KationU4++ e-U3+Uran(III)-Kation+ III
0,327+ VIUranyl-KationUO22+ + 4 H++ 2 e-U4+ + H2OUran(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:533 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



Artikel und Berichte

Bakterien in Biofilmen halten Uran fest
Artikel, Oktober 2007


Uran bindendes Protein
Eine Tasche für Uran

Konstruktion eines selektiv Uran bindenden Proteins. Artikel, Februar 2009





Uran Krustenmaterial
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 09.03.2020.



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