Uranylperoxid

Vorlage:Infobox Chemikalie

Uranylperoxid ist eine chemische Verbindung von Uran und Sauerstoff und zählt zu den Peroxiden. Es ist in Form seines Hydrats im Mineral Studtit enthalten.

Darstellung

Allgemein kann Uranylperoxid aus einer Lösung von Uran(VI) durch Zugabe eines Peroxids, in der Regel Wasserstoffperoxidlösung, gewonnen werden. So wird aus einer siedenden Lösung von Uranylnitrat unter Zugabe von Wasserstoffperoxid und trocknen des Niederschlages das Dihydrat erhalten, während aus einer Lösung von Ammoniumuranyloxalat das Trihydrat gefällt wird.<ref name="Brauer" />

Eigenschaften

Kristallstruktur

Die Kristallstruktur des Tetrahydrates besteht aus UO₂²⁺-Ionen, an die zwei Wassermoleküle und zwei Peroxidionen O₂²⁻ koordiniert sind. Die Peroxidionen fungieren hierbei als μ₂-Liganden, die jeweils zwei Uranatome "edge-on" verbinden. Die zusätzlichen Kristallwassermoleküle sind durch Wasserstoffbrückenbindungen an die Uranylperoxidketten gebunden.<ref name="burns">Vorlage:Literatur</ref> Das Tetrahydrat ist bislang das einzige reine Uranylperoxid, das strukturell durch Röntgenbeugung charakterisiert wurde. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie konnte jedoch auch ein Strukturmodell für das Dihydrat erhalten werden, das gut mit früher veröffentlichten Röntgenbeugungsdaten übereinstimmt<ref>Philippe F. Weck, Eunja Kim, Carlos F. Jové-Colón, David C. Sassani: Structures of uranyl peroxide hydrates: a first-principles study of studtite and metastudtite. In: Dalton Transactions, 2012, 41, S. 9748–9752 (doi:10.1039/c2dt31242e).</ref>.

Datei:Uranylperoxide Powder.jpg

Uranylperoxid

Verwendung

In jüngerer Zeit ist auch die Synthese von Peroxouranaten gelungen, die komplexe Käfigstrukturen aufweisen, die in ihrer Topologie den Fullerenen gleichen.<ref name="Forbes">Tori Z. Forbes, J. Gregory McAlpin, Rachel Murphy, Peter C. Burns: „Metal-Oxygen Isopolyhedra Assembled into Fullerene Topologies“, in: Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, S. 2824–2827; doi:10.1002/ange.200705563.</ref> Diese können aus Uranylnitrat, Wasserstoffperoxid und einem Alkalihydroxid in wässriger Lösung gewonnen werden; in der Regel werden auch organische Moleküle – beispielsweise Amine – zugesetzt. Diese haben vermutlich eine Templatfunktion, ähnlich wie bei der Darstellung von Zeolithen. Auf Grund der Synthesebedingungen handelt es sich bei diesen Peroxouranverbindungen nicht um reine Uranylperoxide, da sie je nach Synthesemethode Fremdionen wie Li⁺ und organische Moleküle enthalten, die sich durch die bei der Strukturbestimmung verwendete Methode nicht immer nachweisen lassen.

Im System Kalium/Uranyl/Oxalat/Peroxid lassen sich durch Variation der Reaktionsbedingungen ähnliche Strukturen schrittweise aufbauen.<ref name="Sigmon">Ginger E. Sigmon, Jie Ling, Daniel K. Unruh, Laura Moore-Shay, Matthew Ward, Brittany Weaver, Peter C. Burns: „Uranyl-Peroxide Interactions Favor Nanocluster Self-Assembly“, in: J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, S. 16648–16649; doi:10.1021/ja907837u; PMID 19919139.</ref>

Die genauere Untersuchung des Uran/Peroxid-Systems in den letzten Jahren wird durch die Beobachtung motiviert, dass sich durch Radiolyse in wässriger Lösung Wasserstoffperoxid bilden kann und Kenntnisse über das chemische Verhalten von Uran und anderen Actinoiden in der Gegenwart von Peroxid für die Lagerung radioaktiven Abfalls relevant sind.<ref>Sara Nilsson, Mats Jonsson: „H₂O₂ and radiation induced dissolution of UO₂ and SIMFUEL pellets“, in: Journal of Nuclear Materials, 2011, 410 (1-3), S. 89–93; doi:10.1016/j.jnucmat.2011.01.020.</ref>

Strukturen einiger Peroxouranate

• Peroxouranatcluster mit 50 Uranatomen<ref name="Forbes" />
  Peroxouranatcluster mit 50 Uranatomen<ref name="Forbes" />
• Durch Peroxidbrücken gebildete Dimere aus Uranylionen in K6(H2O)4[(UO2)2(O2)(C2O4)4]<ref name="Sigmon" />
  Durch Peroxidbrücken gebildete Dimere aus Uranylionen in K₆(H₂O)₄[(UO₂)₂(O₂)(C₂O₄)₄]<ref name="Sigmon" />
• Pentagonale Oxalatoperoxouranatgruppe in K10[(UO2)(C2O4)]5(H2O)13<ref name="Sigmon" />
  Pentagonale Oxalatoperoxouranatgruppe in K₁₀[(UO₂)(C₂O₄)]₅(H₂O)₁₃<ref name="Sigmon" />

Sicherheitshinweise

Wie alle Uranverbindungen, ist auch das Peroxid radioaktiv. Die spezifische Aktivität von frisch erzeugten Uranylperoxid aus irdischem Natururan beträgt 19930 Bq/g.

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.