Uran(III)-chlorid
Uran(III)-chlorid ist eine chemische Verbindung bestehend aus den Elementen Uran und Chlor. Es besitzt die Formel UCl3 und gehört zur Stoffklasse der Chloride. Es ist ein Zwischenprodukt in der Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe.
Darstellung
Es gibt zwei Wege zur Synthese von Uran(III)-chlorid. Zum einen kann es durch die Umsetzung von metallischem Uran in einer Salzschmelze aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid bei 670–710 °C erhalten werden.<ref>K. Serrano, P. Taxil, O. Dugne, S. Bouvet, E. Puech: „Preparation of Uranium by Electrolysis in Chloride Melt“, in: J. Nucl. Mater., 2000, 282 (2–3), S. 137–145 (Vorlage:DOI).</ref>
- <chem>3 UCl4 + U -> 4 UCl3</chem>
Eine weitere Möglichkeit durch Erhitzen von Uran(IV)-chlorid unter Wasserstoffatmosphäre.<ref>Ira Remsen: Inorganic Chemistry, New York: Henry Holt and Company, 1890.</ref>
- <chem>2 UCl4 + H2 -> 2 UCl3 + 2 HCl</chem>
Eigenschaften
Bei Raumtemperatur ist Uran(III)-chlorid ein roter, sehr hygroskopischer, kristalliner Feststoff, der sehr gut in Wasser löslich ist. UCl3 besitzt eine geringere Stabilität als Uran(IV)-chlorid (UCl4), da die Oxidationsstufe +3 in saurer Lösung stabilisiert wird. In salzsaurer Lösung besitzt UCl3 eine höhere Stabilität als in Wasser.<ref>Arthur Messinger Comey, Dorothy A. Hahn: A Dictionary of Chemical Solubilities: Inorganic. New York: The MacMillan Company, 1921.</ref> Uran(III)-chlorid schmilzt bei 837 °C und siedet bei 1657 °C, es hat eine Dichte von 5,50 g/cm3.
Drei Hydrate des Uran(III)-chlorids sind bekannt:
- UCl3 · 2 H2O · 2 CH3CN
- UCl3 · 6 H2O
- UCl3 · 7 H2O
Sie werden durch Reduktion von Uran(IV)-chlorid in Acetonitril in Gegenwart von Wasser und Propionsäure hergestellt.<ref>A. Mech, M. Karbowick, T. Lis: „Monomeric, Dimeric and Polymeric Structure of the Uranium Trichloride Hydrates“, in: Polyhedron, 2006, 25 (10), S. 2083–2092 (Vorlage:DOI).</ref>
Kristallstruktur
Die Struktur des Uran(III)-chlorids ist die Leitstruktur für eine Reihe weiterer Verbindungen. In dieser werden die Uranatome von je neun Chloratomen umgeben. Als Koordinationspolyeder ergibt sich dabei ein dreifach überkapptes, trigonales Prisma, wie sie auch bei den späteren Actinoiden und den Lanthanoiden häufig anzutreffen ist. Es kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem in der Vorlage:Raumgruppe mit den Gitterparametern a = 745 pm und c = 433 pm und zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.<ref>Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements: Bd. 3, 2006, Springer, ISBN 1-4020-3555-1.</ref> Weitere Verbindungen, die in einer Uran(III)-chloridstruktur kristallisieren, sind unter anderem Neptunium(III)-chlorid, Plutonium(III)-chlorid, Americium(III)-chlorid, Curium(III)-chlorid und Antimon(III)-chlorid.
Verwendung
Uran(III)-chlorid wird zur Darstellung verschiedener Uranmetallocene verwendet, zum Beispiel in Reaktionen mit Tetrahydrofuran (THF) und Methylcyclopentadienylnatrium.<ref>J. G. Brenna, R. A. Anderson, A. Zalkin: „Chemistry of Trivalent Uranium Metallocenes: Electron-Transfer Reactions with Carbon Disulfide. Formation of [(RC5H4)3U]2[μ-η1,η2-CS2]“, in: Inorg. Chem., 1986, 25 (11), S. 1756–1760 (Vorlage:DOI).</ref> Es kann auch als Katalysator Verwendung finden beispielsweise bei Reaktionen zwischen Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4) und Alkenen, zur Synthese von Alkylaluminiumverbindungen.<ref>J. F. Le Marechal, M. Ephritikhine, G. J. Folcher: „Hydroalumination of Olefins by the LiAlH4/UCl4 System“, in: J. Organomet. Chem., 1986, 309 (1–2), C1–C3 (Vorlage:DOI).</ref>
Uran(III)-chlorid wird in Salzschmelzen eingesetzt und spielt eine Rolle bei der Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe.<ref name="okamoto1">Y. Okamoto, P. Madden, K. Minato,: „X-Ray Diffraction and Molecular Dynamics Simulation Studies of Molten Uranium Chloride“, in: J. Nucl. Mater., 2005, 344 (1–3), S. 109–114; Vorlage:DOI.</ref><ref name="okamoto2">Y. Okamoto, F. Kobayashi, T. Ogawa: „Structure and Dynamic Properties of Molten Uranium Trichloride“, in: J. Alloys Compd., 1998, 271–273, S. 355–358 (Vorlage:DOI).</ref>
Sicherheitshinweise
Ähnlich wie andere lösliche Uranverbindungen wird UCl3 leicht resorbiert.<ref>Rosalie Bertell: „Gulf War Veterans and Depleted Uranium“, May 1999.</ref> Es ist hochtoxisch beim Einatmen und Verschlucken. Außerdem besteht die Gefahr der 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.
Einzelnachweise
<references/>
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 (Vorlage:DOI).