uran   id:  2090600
Uran
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Uran ist ein chemisches Element mit dem Symbol U und der Ordnungszahl 92. Es gehört zu den Actinoiden.

Das Uranisotop 235U ist die einzige bekannte natürlich vorkommende Substanz, die zu einer nuklearen Kettenreaktion fähig ist, und wird in Kernkraftwerken zur Energiegewinnung genutzt und als thermonuklearer Sprengstoff in Atombomben. Auf Grund der Gesundheitsgefahren der Radioaktivität und dem möglichen Einsatz in einer Atomwaffe ist der Abbau und die Verwendung von Uran politisch stark umstritten. Seine wirtschaftliche Bedeutung ist aber sehr groß.
Inhaltsverzeichnis
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* 1 Isotope
* 2 Eigenschaften
* 3 Verbindungen
* 4 Vorkommen
* 5 Geschichte
* 6 Anwendung
* 7 Abbau
* 8 Wirtschaftlich nutzbare Uranreserven
* 9 Literatur
* 10 Weblinks

Isotope [Bearbeiten]

In natürlichem Uran finden sich die Isotope 234U (0,0055 %), 235U (0,72 %) und 238U (99,27 %). Wegen seiner relativ kurzen Halbwertszeit im Vergleich zu 238U ist 234U nur in Spuren vorhanden, liefert aber einen gleich großen Beitrag zur Radioaktivität wie 238U. Es entsteht aus 238U Bild:Pfeil mit alpha.png 234Th Bild:Pfeil mit beta-.png 234Pa Bild:Pfeil mit beta-.png 234U.

Natürliches Uran bzw. das am häufigsten vorkommende Isotop 238U hat eine Halbwertszeit von 4,47 Milliarden Jahren und ist wie die anderen natürlichen Isotope (234U und 235U) ein α-Strahler. Die spezifische Aktivität von 238U beträgt 12450 Bq/g.

Als „angereichertes Uran“ wird Uran bezeichnet, dessen Anteil an (mit thermischen Neutronen spaltbarem) 235U gegenüber dem (mit thermischen Neutronen nicht spaltbarem) 238U durch Uran-Anreicherung erhöht wurde. Schwach angereichertes Uran (etwa 2–4 % 235U) wird in Kernkraftwerken, hoch angereichertes (typisch > 80 % 235U) zur Herstellung von Atomwaffen und zur Produktion von Neutronen für Neutronenstreuexperimente verwendet. Die kritische Masse von 235U beträgt etwa 49 kg.

Eigenschaften [Bearbeiten]
Uranmetall
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Uranmetall

Uran ist ein sehr schweres, relativ weiches, silber-weißes Metall, welches in fein verteiltem Zustand selbstentzündlich ist. Die meisten Säuren lösen metallisches Uran auf, während es von Alkalien nicht angegriffen wird. An der Luft überzieht sich das Metall mit einer Oxidschicht. Es ist leicht paramagnetisch.

Uran kommt in drei Modifikationen vor: α-Uran bei Temperaturen unter 688 °C, β-Uran im Temperaturbereich zwischen 688 und 776 °C und γ-Uran im Temperaturbereich zwischen 776 °C und seinem Schmelzpunkt.

Aus Uran und seinen Zerfallsprodukten entstehehen ständig eine Reihe von kurzlebigen Tochternukliden, von denen einige sehr mobil sind, weil gasförmig, wie das Edelgas Radon. Andere Tochternuklide sind weniger mobil (Thorium, Radium, Polonium, Blei).

Uran-Verbindungen sind giftig. Die Toxizität wird v.a. durch deren Löslichkeit bestimmt. Die leichtlöslichen Uranyle sind am giftigsten, die schwerlöslichen Oxide sind weniger giftig. Uran ist außerdem teratogen.

Verbindungen [Bearbeiten]

Uran tritt in der Natur überwiegend mit den Wertigkeiten +4 oder +6 auf. Vierwertige Uran-Minerale sind in Wasser unter normalen pH/EH-Bedingungen nahezu unlöslich.

Das sechswertige Uran ist dagegen unter oxidierenden Bedingungen auch im Bereich neutraler pH-Werte gut löslich, weil es sehr stabile Komplexe bildet. Uran, wie andere Actinoide, formt leicht einen Dioxid-Uranyl-Kern (UO2). In der Natur bildet dieser Kern in wässriger Lösung die Uranylcarbonatokomplexe UO_2(CO_3)_x^{2(x-1)-}, sowie mit anderen sauerstoffhaltigen Molekülanionen OH-, Nitrat- (NO3-), Sulfat- (SO4-2) und Phosphatokomplexe. Diese geladenen Komplexe sind sehr mobil.

* UO2(OH)2
* UO2(CO3)2-2
* UO2(CO3)3-4
* UO2(CO3)(OH)3-1

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 °C sublimiert und nur unter Druck bei 64,1 °C schmilzt. UF6 ist die Uranverbindung, die für die zwei häufigsten Anreicherungsprozesse, Gasdiffusion und Gaszentrifuge verwendet wird. Es wird in der Industrie schlicht als „Hex“ bezeichnet.
Pulverförmiger Yellowcake
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Pulverförmiger Yellowcake

Yellowcake ist Uranoxidkonzentrat. Der Name ist abgeleitet von der Farbe und Textur, obwohl heutzutage höhere Kalzinationstemperaturen verwendet werden, wodurch der „gelbe Kuchen“ eher dunkelgrün bis schwarz ist. Ursprünglich waren die im Yellowcake enthaltenen chemischen Verbindungen unbekannt, noch in den 70er Jahren bezeichnete das U.S. Bureau of Mines (engl.) das Material als „Endprodukt der Verhüttung“. Man nahm an, dass es sich um Ammoniumdiuranat oder Natriumdiuranat handelt. Die Zusammensetzung variierte und hing vom Verhüttungsprozess ab. Die Verbindungen, die in Yellowcake gefunden wurden, sind unter anderem Uranylhydroxid, Uranylsulfat, Natrium-para-Uranat und Uranylperoxid, zusammen mit einer Reihe von Uranoxiden. Der heutige Yellowcake enthält typischerweise zu 70 bis 90 Gewichtsprozenten Uranoxid (U3O8). Andere Uranoxide, wie UO2 und UO3 existieren ebenfalls, das stabilste, U3O8, wird als 2:3 Mischung der ersten beiden angesehen.

Urandioxid 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 eingesetzt, vor allem in Brennstäben.

Ammonium-Diuranat ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Yellowcake, und ist hellgelb in der Farbe. Manchmal wird es ebenfalls als „Yellowcake“ bezeichnet, das entspricht allerdings nicht dem allgemeinen Gebrauch.

Uranylnitrat (UO2(NO3)2) ist ein außerordentlich giftiges, lösliches Uransalz.

Uran-Rhodium-Germanium (URhGe) ist die erste entdeckte Legierung, die in einem sehr starken Magnetfeld zum Supraleiter wird.

Vorkommen [Bearbeiten]
Uranerz
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Uranerz

Uran kommt in der Natur nicht als reines Metall vor, sondern in Form von über 200 Uranmineralen. Uraninit (Pechblende) und Coffinit (USiO4) sind die wichtigsten Lagerstätten bildenden Minerale.

In der Erdkruste ist Uran mit einem Vorkommen von 4 mg/kg relativ häufig vertreten. Im normalen Boden kommt es als Spurenelement vor. Die US-amerikanische Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) schätzt, dass sich in den obersten 33 Zentimetern Erdboden einer Fläche von einer Quadratmeile Land im Mittel ca. 4 Tonnen Uran befinden, also etwa anderthalb Tonnen pro Quadratkilometer.

In Komplexen gebundenes Uran ist auch ein ubiquitäres Element in der Hydrosphäre. Die Urankonzentration von ca. 3,3 µg/l in Meerwasser gegenüber den zum Teil deutlich geringeren Konzentrationen in den Flüssen – 0,03 µg/l im Amazonas bis 3,9 µg/l im Ganges – zeigt, dass Uran ein Element ist, das im Meer angereichert wird. Deutsche Flüsse weisen in der Regel Uran-Konzentrationen zwischen ca. 1 und 3 µg/l auf. Die Quelle für das Uran liegt in dem geogenen Aufbau der durch die Flüsse entwässerten Gebiete und ist somit natürlichen Ursprungs. Lediglich in Ausnahmefällen sind die Urangehalte in Flüssen auf anthropogenen Einfluß bspw. die Nutzung uranhaltiger Phosphatdünger, den Uranbergbau (Zwickauer Mulde: ca. 10 µg/l) oder kerntechnische Anlagen zurückzuführen. Uran findet sich in Deutschland im unbeeinflussten Grundwasser in Konzentrationen von kleiner 1 bis über 100 µg pro Liter. Die regelmäßige Einnahme von Trinkwasser mit erhöhten Urangehalten kann zum Auftreten von Nierenkrebs führen. Aus diesem Grund empfiehlt die Weltgesundheitsbehörde (WHO) für Trinkwasser einen Grenzwert von 15 µg/L.

Die größten Uranerzreserven liegen nach Angaben der IAEA in den USA, Niger, Australien, Kasachstan, Namibia, Südafrika, Kanada, Brasilien, Russland, Ukraine und Usbekistan.

Die gesundheitlichen Risiken durch die Verwendung bzw. das Sammeln von Uranglas und Keramiken mit Uranglasur sind bis heute Streitpunkt von Sammlern und Wissenschaft.

Dass Uran radioaktiv ist, wurde 1896 zuerst von Henri Becquerel festgestellt.

Uran-235 ist neben Plutonium der wichtigste Kernsprengstoff für den Bau von Atombomben, Kernsprengsätzen und Zündsätzen für Wasserstoffbomben.

Aufgrund seiner hohen Dichte wird abgereichertes Uran (depleted uranium, DU) in einigen Ländern in Abschirmblechen in der Atomindustrie eingesetzt. Im Flugzeugmodell B-747 Jumbojet des Herstellers Boeing wurde es wegen der hohen Dichte als Gegengewicht im Heck eingesetzt.

Viele Länder nutzen es auch als Projektilkernmaterial für panzerbrechende Munition (Uranmunition). Im großen Umfang wurde die DU-Munition erstmalig in den beiden Irak-Kriegen 1990 und 2003 und im Kosovo-Krieg 1999 seitens der USA zum Einsatz gebracht. Dementsprechend weisen diese Länder derzeitig viele Fundorte verschossener DU-Munition auf. DU-Munition zerstäubt und verbrennt beim Aufprall teilweise; die entstehenden Stäube und Aerosole sind giftig und radioaktiv und führen durch Aufnahme in die Lunge zu Gesundheitsschäden bei Bevölkerung und Soldaten. Abgereichertes Uran wird in amerikanischen Panzern (z.B. M1 Abrams) als Panzerung eingesetzt. Es handelt sich um eine Sandwichpanzerung mit einer Schicht Uran zwischen zwei Schichten Panzerstahl.

Der Uranabbau kann zu Schäden bei Mensch und Umwelt führen, da durch den Uranbergbau Uran und radioaktive Folgeprodukte (z.B. das Gas Radon) freigesetzt und aus dem Untergrund an die Oberfläche geholt werden. Da jedoch das Uranerz eine sehr geringe Radioaktivität besitzt und das Uran im Gestein fest eingeschlossen ist, ist das Risiko das Uranbergbaus nicht so groß, wie viele befürchten

quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Uran