Uran(III)-hydrid
Uran(III)-hydrid ist eine anorganische chemische Verbindung des Urans aus der Gruppe der Hydride.
| Kristallstruktur | |||||||||
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| _ U3+ _ D− Kristallstruktur von β-UD3[1] | |||||||||
| Allgemeines | |||||||||
| Name | Uran(III)-hydrid | ||||||||
| Andere Namen |
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| Verhältnisformel | UH3 | ||||||||
| Kurzbeschreibung |
graubrauner bis schwarzer Feststoff[2] | ||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||
| Molare Masse | 241,05 g·mol−1 | ||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||
| Dichte |
11,4 g·cm−3[3] | ||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser und Aceton[3] | ||||||||
| Gefahren- und Sicherheitshinweise | |||||||||
Radioaktiv | |||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||
Darstellung
Uran(III)-hydrid kann durch Reaktion von Uran mit Wasserstoff bei 150–200 °C gewonnen werden.[2]
Es bildet sich auch bei der Oxidation von Uran in feuchter Luft schon bei niedriger Temperatur.[7]
Die α-Form kann durch langsame Reaktion unter −80 °C gewonnen werden.[8]
Die β-Form bildet sich in rascher Reaktion von fein verteiltem Uranpulver mit Wasserstoff bei 250 bis 350 °C als feines schwarzes oder dunkelgraues Pulver. Wenn massives Uran in Wasserstoff bei Temperaturen über 150 °C erhitzt wird, so bildet es sich in stark exothermer Reaktion als graues bis schwarzes, sehr fein verteiltes und äußerst pyrophores Pulver mit einer maximalen Teilchengröße von 4 bis 5 µm. Sie entsteht neben Urandioxid bei der Reaktion von Wasserdampf mit Uran bei 250 °C.[7]
Ebenfalls möglich ist die Synthese durch Reaktion von Urandioxid mit Calciumhydrid.[7]
Eigenschaften
Uran(III)-hydrid ist ein graubrauner bis schwarzer Feststoff,[2] der unlöslich in Wasser ist. Er reagiert bereits bei Raumtemperatur mit Sauerstoff und bei 250 °C mit Stickstoff.[8] Er besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe Pm3m (Raumgruppen-Nr. 221).[3] Es kommt in zwei verschiedenen Modifikationen vor, wobei sich die α-Form bei 200 °C irreversibel in die β-Form umwandelt.[9] Pulvriges Uran(III)-hydrid reagiert bereits bei 200 °C mit Stickstoff.[7]
Verwendung
Uran(III)-hydrid wird zur Herstellung von reinem Uranpulver durch Zersetzung verwendet.[2]
Ein Einsatz von Uran(III)-hydrid und Uran-Zirkonium-Hydrid[10] als Kernbrennstoff wurde getestet. Der in dem Material enthaltene Wasserstoff wirkt auf die Neutronen als Moderator; er bremst sie ab und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit, dass sie weitere Atome des Brennstoffs spalten. Die thermische Zersetzung der Verbindung soll die Reaktoren sicherer gegenüber normalen Reaktoren machen.[11][12][13] Normalerweise sind Uranhydride jedoch unerwünschte Nebenprodukte in Kernbrennstoffen und Atommüll.[14] 1953 durchgeführte Tests von Uranhydrid in einer Moderierten Kernwaffe im Rahmen des Operation Upshot-Knothole erwiesen sich als Fehlschlag.[15]
Einzelnachweise
- Die deuterierte Verbindung wurde zur leichteren Bestimmung der Positionen der Wasserstoffatome verwendet
- Dale L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds, Second Edition. Taylor & Francis US, 2011, ISBN 1-4398-1462-7, S. 446 f. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Jean d’Ans, Ellen Lax, Roger Blachnik: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Springer DE, 1998, ISBN 3-642-58842-5, S. 784 f. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Nicht explizit in Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) gelistet, fällt aber mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Gruppeneintrag uranium compounds with the exception of those specified elsewhere in this Annex im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
- Eintrag zu Uranverbindungen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
- Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
- Rudolf Keim: Verbindungen mit Edelgasen und Wasserstoff sowie System Uran-Sauerstoff. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-10761-4, S. 18 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, J. Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (Set Vol.1-6). Springer, 2010, ISBN 94-007-0211-6, S. 328–334 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Comprehensive Nuclear Materials: Online version. Newnes, 2011, ISBN 0-08-056033-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- D. Olander, Ehud Greenspan, Hans D. Garkisch, Bojan Petrovic: Uranium–zirconium hydride fuel properties. In: Nuclear Engineering and Design. 239, 2009, S. 1406, doi:10.1016/j.nucengdes.2009.04.001.
- Poston, David I.: Control of a Uranium-Hydride Reactor with Deuterium-Hydrogen Exchange. 2013, doi:10.2172/1113781.
- Nuclear Engineering International: High hopes for hydride - Nuclear Engineering International, abgerufen am 9. September 2017
- Self-regulating nuclear power module. In: google.com. Abgerufen am 9. September 2017.
- C. A. Stitt, N. J. Harker, K. R. Hallam, C. Paraskevoulakos, A. Banos, S. Rennie, J. Jowsey, T. B. Scott, Paul Jaak Janssen: An Investigation on the Persistence of Uranium Hydride during Storage of Simulant Nuclear Waste Packages. In: PLOS ONE. 10, 2015, S. e0132284, doi:10.1371/journal.pone.0132284.
- Lillian Hoddeson, Paul W. Henriksen, Roger A. Meade, Catherine L. Westfall: Critical Assembly A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943-1945. Cambridge University Press, 2004, ISBN 978-0-521-54117-6, S. 181 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).