Uran(IV)-fluorid

Kristallstruktur
	_ U4+ 0 _ F−
Kristallsystem	monoklin
Raumgruppe	C2/c (Nr. 15)
Gitterparameter	a = 1273 pm; b = 1075 pm; c = 843 pm; β = 126°
Allgemeines
Name	Uran(IV)-fluorid
Andere Namen	Urantetrafluorid
Verhältnisformel	UF4
Kurzbeschreibung	grüne monokline Kristalle
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	233-170-1
ECHA-InfoCard	100.030.142
PubChem	61461
Wikidata	Q419846
Eigenschaften
Molare Masse	314,02 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	6,7 g·cm−3
Schmelzpunkt	1036 °C
Siedepunkt	1417 °C
Gefahren- und Sicherheitshinweise
	; Radioaktiv
H- und P-Sätze	H: 330‐300‐373‐411
	P: ?
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−(1920,0 ± 3,7) kJ·mol−1
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.; Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Uran(IV)-fluorid (UF₄), meistens Urantetrafluorid genannt, ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Uran und Fluor. Es ist ein grüner kristalliner Feststoff und aufgrund seiner Ionenbindung ein Salz. Es ist daher als „green salt“ bekannt. Es ist in der Regel ein Zwischenprodukt bei der Umwandlung von Uranerzen zu Uranhexafluorid (UF₆), das wiederum die wichtigste Grundlage für die Produktion von Brennstäben und Nuklearwaffen bildet.

Darstellung

Es wird gebildet durch Einwirkung von Flusssäure auf Urandioxid:

{\ce {UO2 + 4 HF -> UF4 + 2 H2O}}

oder durch Reaktion von UF₆ mit Wasserstoffgas:

{\ce {UF6 + H2 -> UF4 + 2 HF}}

Sehr reines Uran(IV)-fluorid kann durch Überleiten von trockenem Dichlordifluormethan (Freon 12) über 400 °C heißes Uran(VI)-oxid erhalten werden.^[6]^[7]

{\ce {UO3 + 2 CCl2F2 -> UF4 + Cl2 + COCl2 + CO2}}

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Uran(IV)-fluorid kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe C2/c (Raumgruppen-Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15 mit den Gitterparametern a = 1273 pm, b = 1075 pm, c = 843 pm, β = 126° und zwölf Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[8]

Chemische Eigenschaften

Uran(IV)-fluorid hydrolysiert allmählich bei Kontakt mit Wasser zu Urandioxid und Flusssäure. Aufgrund dieses Verhaltens ist eine Lagerung an feuchter Luft nicht empfehlenswert, stattdessen sollte es an trockener Luft oder unter Inertgas gelagert werden.^[9]

{\ce {UF4 + 2 H2O -> UO2 + 4 HF}}

Uran(IV)-fluorid

Sicherheitshinweise

Uran(IV)-fluorid ist hochtoxisch beim Einatmen und Verschlucken. Außerdem besteht die Gefahr der Uran-Anreicherung im menschlichen Körper, was vor allem die Leber und die Nieren betrifft. Für Wasserorganismen ist es ebenfalls giftig und kann Langzeitschäden in der Wasserwelt verursachen. Wie alle Uranverbindungen ist es radioaktiv. Die Aktivität ist von der Isotopenzusammensetzung des Urans abhängig.

Produktion

In Europa wird es fast ausschließlich durch den französischen Staatskonzern Orano an dessen Standort Malvési in Narbonne hergestellt. Die jährliche Produktionsmenge betrug zu Spitzenzeiten Anfang der 2000er bis zu 14.000 t, was etwa einem Viertel des weltweiten Jahresgesamtbedarfs entsprach. Nach dem Reaktorunfall von Fukushima war die Produktion in Malvési zunächst stark rückläufig, hat sich jedoch mittlerweile wieder stabilisiert.

Ausgangsprodukt ist das meist direkt aus den Uranerzminen gelieferte Pulvergemisch Yellowcake. Das Uran(IV)-fluorid wird anschließend an einem weiteren Standort des Unternehmens zu Uranhexafluorid verarbeitet und für die Nutzung in Kernkraftwerken aufbereitet.

Literatur

Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżynński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt, Stephen F. Wolf: Uranium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 253–698 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_5).
S. Kern, J. Hayward, S. Roberts, J. W. Richardson, F. J. Rotella, L. Soderholm, B. Cort, M. Tinkle, M. West, D. Hoisington, G. H. Lander: Temperature Variation of the Structural Parameters in Actinide Tetrafluorides, in: Journal of Chemical Physics, 1994, 101, S. 9333–9337 (doi:10.1063/1.467963).

Einzelnachweise

↑ ^a ^b ^c ^d David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-97.
↑ Eintrag zu Uranverbindungen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
↑ 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.
↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
↑ E. H. P. Cordfunke, W. Ouweltjes: Standard Enthalpies of Formation of Uranium Compounds VII. UF₃ and UF₄ (by Solution Calorimetry), in: The Journal of Chemical Thermodynamics, 1981, 13 (2), S. 193–197 (doi:10.1016/S0021-9614(81)80025-0).
↑ H. S. Booth, W. Krasny-Ergen, R. E. Heath: Uranium Tetrafluoride, in: Journal of the American Chemical Society, 1946, 68 (10), S. 1969–1970 (doi:10.1021/ja01214a028).
↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 261–262.
↑ A. C. Larson, R. B. Roof Jnr, D. T. Cromer: The Crystal Structure of UF₄, in: Acta Crystallographica, 1964, 17, S. 555–558 (doi:10.1107/S0365110X64001293).
↑ Uranium Tetrafluoride, Appendix A of the PEIS (DOE/EIS-0269) (Memento vom 30. Januar 2016 im Internet Archive)

Weblinks

Commons: Uran(IV)-fluorid – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

[CRC-1] David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-97.

[GESTIS-2] Eintrag zu Uranverbindungen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)

[CLP_100.240.790-3] 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.

[4] Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.

[5] E. H. P. Cordfunke, W. Ouweltjes: Standard Enthalpies of Formation of Uranium Compounds VII. UF₃ and UF₄ (by Solution Calorimetry), in: The Journal of Chemical Thermodynamics, 1981, 13 (2), S. 193–197 (doi:10.1016/S0021-9614(81)80025-0).

[6] H. S. Booth, W. Krasny-Ergen, R. E. Heath: Uranium Tetrafluoride, in: Journal of the American Chemical Society, 1946, 68 (10), S. 1969–1970 (doi:10.1021/ja01214a028).

[7] G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 261–262.

[8] A. C. Larson, R. B. Roof Jnr, D. T. Cromer: The Crystal Structure of UF₄, in: Acta Crystallographica, 1964, 17, S. 555–558 (doi:10.1107/S0365110X64001293).

[9] Uranium Tetrafluoride, Appendix A of the PEIS (DOE/EIS-0269) (Memento vom 30. Januar 2016 im Internet Archive)

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