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Uran (U), radioaktives chemisches Element der Actinoidenreihe des Periodensystems, Ordnungszahl 92. Es ist ein wichtiger Kernbrennstoff.

Britannica Quiz

118 Namen und Symbole des Periodensystems Quiz

Das Periodensystem setzt sich aus 118 Elementen zusammen. Wie gut kennst du ihre Symbole? In diesem Quiz werden dir alle 118 chemischen Symbole gezeigt, und du musst den Namen des chemischen Elements wählen, für das jedes Symbol steht.

Uran macht etwa zwei Teile pro Million in der Erdkruste aus. Einige wichtige Uranminerale sind Pechblende (unreines U3O8), Uraninit (UO2), Carnotit (ein Kalium-Uranvanadat), Autunit (ein Kalzium-Uranphosphat) und Torbernit (ein Kupfer-Uranphosphat). Diese und andere abbaubare Uranerze enthalten als Quellen für Kernbrennstoffe ein Vielfaches der Energie aller bekannten abbaubaren Vorkommen fossiler Brennstoffe. Ein Pfund Uran liefert so viel Energie wie 1,4 Millionen Kilogramm (3 Millionen Pfund) Kohle.

Zusätzliche Informationen über Uranerzvorkommen sowie über Abbau-, Raffinations- und Gewinnungstechniken finden Sie unter Uranverarbeitung. Vergleichende statistische Daten zur Uranproduktion finden Sie in der Tabelle.

Uran ist ein dichtes, hartes, metallisches Element von silbrig-weißer Farbe. Es ist dehnbar, verformbar und kann hochglanzpoliert werden. An der Luft läuft das Metall an und bricht bei feiner Verteilung in Flammen auf. Es ist ein relativ schlechter Leiter für Elektrizität. Entdeckt (1789) wurde es von dem deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth, der es nach dem damals gerade entdeckten Planeten Uranus benannte. Das Metall selbst wurde erstmals (1841) von dem französischen Chemiker Eugène-Melchior Péligot durch die Reduktion von Uran-Tetrachlorid (UCl4) mit Kalium isoliert.

Die Formulierung des Periodensystems durch den russischen Chemiker Dmitri Mendelejew im Jahr 1869 lenkte die Aufmerksamkeit auf das Uran als das schwerste chemische Element, eine Position, die es bis zur Entdeckung des ersten Transurans Neptunium im Jahr 1940 innehatte. 1896 entdeckte der französische Physiker Henri Becquerel im Uran das Phänomen der Radioaktivität, ein Begriff, der 1898 erstmals von den französischen Physikern Marie und Pierre Curie verwendet wurde. Diese Eigenschaft wurde später auch bei vielen anderen Elementen festgestellt. Heute weiß man, dass Uran, das in allen seinen Isotopen radioaktiv ist, in der Natur aus einem Gemisch von Uran-238 (99,27 Prozent, Halbwertszeit 4 510 000 000 Jahre), Uran-235 (0,72 Prozent, Halbwertszeit 713 000 000 Jahre) und Uran-234 (0,006 Prozent, Halbwertszeit 247 000 Jahre) besteht. Diese langen Halbwertszeiten ermöglichen es, das Alter der Erde zu bestimmen, indem man die Mengen an Blei, dem letzten Zerfallsprodukt des Urans, in bestimmten uranhaltigen Gesteinen misst. Uran-238 ist der Stamm und Uran-234 einer der Töchter in der radioaktiven Uran-Zerfallsreihe; Uran-235 ist der Stamm der Actinium-Zerfallsreihe. Siehe auch Actinoid-Element.

Das Element Uran wurde zum Gegenstand intensiver Studien und eines breiten Interesses, nachdem die deutschen Chemiker Otto Hahn und Fritz Strassmann Ende 1938 das Phänomen der Kernspaltung in Uran entdeckt hatten, das mit langsamen Neutronen beschossen wurde. Der in Italien geborene amerikanische Physiker Enrico Fermi vermutete (Anfang 1939), dass Neutronen zu den Spaltprodukten gehören und die Spaltung als Kettenreaktion fortsetzen könnten. Der in Ungarn geborene amerikanische Physiker Leo Szilard, der amerikanische Physiker Herbert L. Anderson, der französische Chemiker Frédéric Joliot-Curie und ihre Mitarbeiter bestätigten (1939) diese Vorhersage; spätere Untersuchungen zeigten, dass bei der Spaltung durchschnittlich 21/2 Neutronen pro Atom freigesetzt werden. Diese Entdeckungen führten zur ersten sich selbst erhaltenden nuklearen Kettenreaktion (2. Dezember 1942), zum ersten Atombombentest (16. Juli 1945), zum ersten Atombombenabwurf im Krieg (6. August 1945), zum ersten atomgetriebenen U-Boot (1955) und zum ersten nuklear betriebenen elektrischen Generator (1957).

Die Spaltung erfolgt mit langsamen Neutronen im relativ seltenen Isotop Uran-235 (dem einzigen natürlich vorkommenden spaltbaren Material), das für seine verschiedenen Verwendungszwecke vom reichlich vorhandenen Isotop Uran-238 getrennt werden muss. Uran-238 wird jedoch nach der Absorption von Neutronen und einem negativen Betazerfall in das synthetische Element Plutonium umgewandelt, das mit langsamen Neutronen spaltbar ist. Natururan kann daher in Konverter- und Brutreaktoren verwendet werden, in denen die Spaltung durch das seltene Uran-235 aufrechterhalten und gleichzeitig Plutonium durch die Transmutation von Uran-238 hergestellt wird. Spaltbares Uran-233 kann für die Verwendung als Kernbrennstoff aus dem nicht spaltbaren Thoriumisotop Thorium-232 synthetisiert werden, das in der Natur reichlich vorhanden ist. Uran ist auch als Ausgangsmaterial wichtig, aus dem die synthetischen Transurane durch Transmutationsreaktionen hergestellt werden.

Uran, das stark elektropositiv ist, reagiert mit Wasser; es löst sich in Säuren, aber nicht in Laugen. Die wichtigsten Oxidationsstufen sind +4 (wie im Oxid UO2, Tetrahalogeniden wie UCl4 und dem grünen wässrigen Ion U4+) und +6 (wie im Oxid UO3, dem Hexafluorid UF6 und dem gelben Uranyl-Ion UO22+). In wässriger Lösung ist Uran am stabilsten in Form des Uranyl-Ions, das eine lineare Struktur 2+ aufweist. Uran weist auch einen +3- und einen +5-Zustand auf, aber die entsprechenden Ionen sind instabil. Das rote U3+-Ion oxidiert auch in Wasser, das keinen gelösten Sauerstoff enthält, nur langsam. Die Farbe des UO2+-Ions ist nicht bekannt, da es selbst in sehr verdünnten Lösungen disproportioniert (UO2+ wird gleichzeitig zu U4+ reduziert und zu UO22+ oxidiert).

Uranverbindungen wurden als Farbstoffe für Keramiken verwendet. Uranhexafluorid (UF6) ist ein Feststoff mit einem ungewöhnlich hohen Dampfdruck (115 Torr = 0,15 atm = 15.300 Pa) bei 25 °C (77 °F). UF6 ist chemisch sehr reaktiv, aber trotz seiner korrosiven Eigenschaften im Dampfzustand wurde UF6 in großem Umfang in den Gasdiffusions- und Gaszentrifugenmethoden zur Trennung von Uran-235 und Uran-238 verwendet.

Organometallische Verbindungen sind eine interessante und wichtige Gruppe von Verbindungen, in denen Metall-Kohlenstoff-Bindungen ein Metall mit organischen Gruppen verbinden. Uranocen ist eine organische Uranverbindung U(C8H8)2, bei der ein Uranatom zwischen zwei organischen Ringschichten eingebettet ist, die mit Cyclooctatetraen C8H8 verwandt sind. Seine Entdeckung im Jahr 1968 eröffnete ein neues Gebiet der metallorganischen Chemie.