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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 Uran ist das Stammelement der radioaktiven (4n + 2)-Zerfallsreihe. Daneben ist Uran das Stammelement der radioaktiven (4n + 3)-Zerfallsreihe und Uran das Stammelement der (4n + 2)-Zerfallsreihe. Technisch wird Uran als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet. Der Urankern Uran 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:

Uran

Uran

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 Uran 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 Uran, 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 Uran ist durch thermische Neutronen spaltbar und wird in einem Brutreaktor aus Thorium Uran hergestellt.

Uran 1: Wichtige Isotope.

Isotop

natürliche Häufigkeit [%]

Atommasse

Halbwertszeit T1/2

234U

  0,05

234,040 947

2,45 × 105 a

235U

  0,72

235,043 925

7,04 × 108 a

238U

99,275

238,050 785

4,46 × 109 a

 

Uran 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

Ordnungszahl

  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

photoelektrische Arbeit [eV]

    3,63

 

Uran 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur [K]

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

spezifische magnetische Suszeptibilität [10-8 kg-1 m3]

       2,16

 

Uran 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

spektroskopische Notation

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

Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]

   7,57

 

 

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Uran (ehem Symbol U)

 

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