Urancarbide sind chemische Verbindungen zwischen Uran und Kohlenstoff, von denen mit UC2, U2C3 und UC drei Verbindungen bekannt sind.
Eigenschaften Urancarbide Name Urandicarbid Diurantricarbid Uranmonocarbid Andere Namen Uranacetylid Uransesquicarbid Uran(IV)-carbid Summenformel UC2 U2C3 UC CAS-Nummer PubChem Molare Masse 262,05 g·mol−1 512,09 g·mol−1 250,04 g·mol−1 Aggregatzustand fest fest fest Kurzbeschreibung hellgrauer Feststoff schwarzer Feststoff grauschwarzer Feststoff Schmelzpunkt 2375 °C ~1700 °C (Zersetzung) ~2400 °C Siedepunkt 4370 °C Dichte 11,68 g·cm−3 12,7 g·cm−3 13,6 g·cm−3 GHS-Kennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze
Urancarbide zeigen zwar noch einen metallischen Charakter, unterscheiden sich jedoch in ihren Eigenschaften deutlich von den Carbiden der IV., V. und VI. Nebengruppe. So ist ihre Härte deutlich niedriger, sie sind pyrophor und werden von Wasser oder schwachen Säuren leicht hydrolysiert.
Urandicarbid liegt in Form einer hellgrauen, metallglänzenden kristallinen Masse vor. Es besitzt eine tetragonale Kristallstruktur mit der und den Gitterparametern a = 352,7 pm und c = 600,2 pm. Diese Form existiert von Zimmertemperatur bis 1800 °C. Sie wandelt sich oberhalb von 1800 °C in eine kubische Form (a = 548,8 pm) um.
Diurantricarbid ist ein schwarzer, metallglänzender Feststoff mit kubischer Kristallstruktur und der Raumgruppe und dem Gitterparameter a = 808,8 pm.
Uranmonocarbid liegt in Form einer grauschwarzen, kristallinen Masse mit metallisch glänzenden Oberflächen vor. Diese besitzt eine Kristallstruktur vom Natriumchlorid-Typ mit Homogenitätsgebiet (a = 495,9 bis 496,1 pm). Die Verbindung reagiert mit Sauerstoff und geschmolzenem Beryllium, Nickel, Zirconium und Silicium.
Darstellung Urandicarbid kann durch Reaktion von Uran(IV)-oxid oder Uran(V,VI)-oxid mit Graphit im Vakuum bei 2400 °C gewonnen werden. Zur Herstellung keramischer Formkörper (z. B. Reaktorpellets) verpresst man die Ausgangsstoffe und sintert bei 2250 °C. Die stöchiometrische Zusammensetzung wird bei den Synthesen gewöhnlich nicht ganz erreicht. Normalerweise erhält man Präparate mit der Zusammensetzung UC1,85 bis UC1,9. UO2 + 4 C -> UC2 + 2 CO U3O8 + 14 C -> 3 UC2 + 8 CO
Die Reaktion eines stöchiometrischen Gemisches von Uran und Kohlenstoff bei 2400 °C liefert nur ein Reaktionsprodukt mit der Zusammensetzung UC1,85 bis UC1,94. U + 2 C -> UC2
Diurantricarbid kann durch Reaktion eines stöchiometrischen Gemisches von Uran(IV)-oxid oder Uran und Kohlenstoff bei 2400 °C gewonnen werden. 2 UO2 + 7 C -> U2C3 + 4 CO 2 U + 3 C -> U2C3
Ebenfalls möglich ist die Darstellung durch Reaktion von Uranmonocarbid mit Urandicarbid. UC + UC2 -> U2C3
Uranmonocarbid kann durch Reaktion eines stöchiometrischen Gemisches von Uran und Graphit gewonnen werden. U + C -> UC
Ebenfalls möglich ist die Darstellung durch Reaktion von Uran mit Methan bei 625 °C bis 900 °C. U + CH4 -> UC + 2 H2
Bei der Herstellung ist zu beachten, dass Urancarbide häufig durch Sauerstoff verunreinigt werden, wodurch Uranoxidcarbid-Mischkristalle UC1−xOx entstehen.Dissertation Rocky-Pitua Sutanto: Das Verhalten der Urancarbide und -oxicarbide in endlagerrelevanten aquatischen Phasen
Verwendung Urancarbide werden in Hochtemperatur- und Brutreaktoren verwendet. Uranmonocarbid wurde als Reaktorbrennstoff im Kernkraftwerk Hallam und Urandicarbid im Block 1 des Kernkraftwerk Peach Bottom verwendet.L. M. Ferris; M. J. Bradley; U.S. Atomic Energy Commission.; Oak Ridge National Laboratory; 1964. , abgerufen am 19. Juli 2014. Sie wurden in den 1960er Jahren auch als Brennstoffe für nukleare Raumschiffantriebe getestet.bernd-leitenberger.de: Nukleare Antriebe, abgerufen am 19. Juli 2014. Es wird auch der Einsatz von Mischverbindungen mit Niobcarbid, Tantalcarbid, Zirconiumcarbid und weiteren für Kernreaktoren untersucht.FP7829.PDF: , April 1999, abgerufen am 19. Juli 2014. So kann beim Kernkraftwerk THTR-300 auch ein Gemisch aus Urandicarbid und Thoriumdicarbid als Brennstoff verwendet werden.
Einzelnachweise
Kategorie:Stoffgruppe Urancarbide Urancarbide Kategorie:Radioaktiver Stoff