Uranhexafluorid

Strukturformel
Allgemeines
Name	Uranhexafluorid
Summenformel	UF6
CAS-Nummer	7783-81-5
Kurzbeschreibung	farblose Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse	351,99 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,68 g·cm−3 (21 °C) [1]
Schmelzpunkt	64,05 °C (1,52 bar)[1]
Siedepunkt	Sublimation: 56,54 °C[1]
Dampfdruck	150 hPa (20 °C)[1]
Löslichkeit	reagiert mit Wasser
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I T+ Sehr giftig N Umwelt- gefährlich [2] R- und S-Sätze R: 26/28-33-51/53[2] S: (1/2-)20/21-45-61[2]
MAK	1 mg·m−3[1]
Radioaktivität
[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:   Radioaktiv
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Uranhexafluorid, UF₆, ist eine leicht flüchtige, äußerst giftige, radioaktive und korrosive Verbindung aus Uran und Fluor, die in der Uran-Anreicherung eingesetzt wird.

Uranhexafluorid ist nicht brennbar, nicht explosiv und beständig gegen trockene Luft. Es reagiert hingegen sehr heftig mit Wasser (beispielsweise Luftfeuchtigkeit), wobei das wasserlösliche Uranylfluorid (UO₂F₂) und Fluorwasserstoff (HF) entstehen.

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Eigenschaften

Uranhexafluorid bildet farblose, orthorhombische, leicht hydrolysierbare Kristalle, die unter einem Druck von 1.520 hPa bei 64,1 °C schmelzen. Unter Normaldruck (1.013,25 hPa) sublimiert UF₆ bei 56,5 °C. Der Dampfdruck bei 25 °C beträgt 153 hPa. Die kritische Temperatur liegt bei 232,65 °C, der kritische Druck beträgt 4,66 MPa und das kritische Volumen 250,0 cm³/mol. Die Dichte am kritischen Punkt beträgt 1,328 g/cm³ und der kritische Realgasfaktor Z_c=0,277 und der Azentrizitätsfaktor 0,318.

Das nicht salzartige Uranhexafluorid besteht in gasförmigem Zustand aus regulär oktaedrischen Molekülen mit einheitlicher U-F Bindungslänge von 1,996 Å. Hingegen zeigen Untersuchungen an kristallinem UF₆ mittels Neutronenstreuung eine signifikante Abweichung von der regulär oktaedrischen Koordination (5F in Abständen bei 1,91 Å und 1F bei 2,28 Å). Dies wird auf die unsymmetrische Umgebung der Moleküle in der Kristallstruktur zurückgeführt.

UF₆ ist ein kräftiges Fluorierungsmittel. Es bildet Fluorokomplexe UF₇⁻ und UF₈²⁻.

Herstellung

Uranerz, bestehend aus Uraninit (Pechblende U₃O₈) und Carnotit (KUO₂VO₄ · 1,5 H₂O), oder sog. „Yellowcake“ wird mit Schwefelsäure oder Soda aufgeschlossen . Die jeweiligen Lösungen werden über Anionenaustauscherharze geschickt und dann mit Ammoniak versetzt, sodass das Uran als Polyuranatgemisch ausfällt. Der entstehende gelbe Feststoff Uranylnitrat (UO₂(NO₃)₂) wird in Salpetersäure gelöst und mit Tributylphosphat (TBP) im PUREX-Prozess extrahiert. Nach dem Eindampfen erhält man reines Uranylnitrat, welches durch Erhitzen zu UO₃ reagiert. Durch Reduktion mit Wasserstoff erhält man dann Uran(IV)oxid (UO₂), das mit Flusssäure (HF) in das Tetrafluorid UF₄ umgewandelt wird. Dieses wird mit elementarem Fluor zu UF₆ weiter oxidiert.

Verwendung

Uranhexafluorid dient zur Trennung der Uranisotope nach dem Gasdiffusionsverfahren oder mittels Ultrazentrifugen. Es ist hierzu ideal geeignet, da es sich im Gegensatz zu den meisten anderen Uranverbindungen leicht in die Gasphase überführen (Dampfdruck etwa 100 hPa bei Raumtemperatur) lässt und da von Fluor nur ein Isotop in der Natur vorkommt. Alle natürlichen Fluor-Atome haben exakt die gleiche Atommasse, daher sind die Massenunterschiede der Uranhexafluorid-Moleküle, die bei der Isotopentrennung ausgenutzt werden, wie erwünscht nur auf die Massenunterschiede der Uran-Atome zurückzuführen.

Das bei der Isotopentrennung als Abfallprodukt anfallende abgereicherte Uran („Tails“) wird größtenteils als Uranhexafluorid in Tanks eingelagert.

Siehe auch: Uran-Anreicherung

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu Uranhexafluorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 16.11.2007 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ ^{a b c} Nicht explizit in RL 67/548/EWG, Anh. I gelistet, fällt aber dort mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Sammelbegriff „Uranverbindungen“