Urandicarbid
chemische Verbindung
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Urandicarbid (auch Urandikarbid) ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Urancarbide.
| Kristallstruktur | ||||||||||
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| _ U2+ _–_ C22− | ||||||||||
| Allgemeines | ||||||||||
| Name | Urandicarbid | |||||||||
| Andere Namen |
Uranacetylid | |||||||||
| Verhältnisformel | UC2 | |||||||||
| Kurzbeschreibung |
hellgrauer Feststoff[1] | |||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||
| Molare Masse | 262,05 g·mol−1 | |||||||||
| Aggregatzustand |
fest | |||||||||
| Dichte |
11,68 g·cm−3[2] | |||||||||
| Schmelzpunkt | ||||||||||
| Siedepunkt |
4370 °C[3] | |||||||||
| Gefahren- und Sicherheitshinweise | ||||||||||
Radioaktiv | ||||||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | ||||||||||
Gewinnung und Darstellung
Urandicarbid kann durch Reaktion von reinstem Uran(IV)-oxid oder Uran(V,VI)-oxid mit reinstem Graphit im Vakuum bei Temperaturen zwischen 1800 °C[2] und 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.[1]
![{\displaystyle {\mathrm {UO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}4\,\mathrm {C} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {UC} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {CO} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c067f88b21bf709c7c60a18c2ca9b98d01b76760)
![{\displaystyle {\mathrm {U} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{8}}{}+{}14\,\mathrm {C} {}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {UC} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}8\,\mathrm {CO} }}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/878853f05826b01a116bf4afabc6ceab6aa96e31)
Die Reaktion eines stöchiometrischen Gemisches von Uran und Kohlenstoff bei 2400 °C liefert nur ein Reaktionsprodukt mit der Zusammensetzung UC1,85 bis UC1,94. Die Stöchiometrie UC2 wird nicht erreicht.[1]
![{\displaystyle {\mathrm {U} {}+{}2\,\mathrm {C} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {UC} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35f6728d49997f4ffbbe1732a82d2991f1c0295f)
Bei der Herstellung ist zu beachten, dass Urancarbide häufig durch Sauerstoff verunreinigt werden, wodurch Uranoxidcarbid-Mischkristalle UC1−xOx entstehen.[7]
Eigenschaften
Urandicarbid liegt in Form einer hellgrauen, metallglänzenden kristallinen Masse vor.[1] Sie zerfällt bei Temperaturen unterhalb 1600 °C allmählich in Uranmonocarbid und Kohlenstoff.[8][9] Urandicarbid reagiert mit heißem Wasser unter Bildung von Wasserstoff, Methan, höheren Paraffinkohlenwasserstoffen und Spuren von Ethin, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.[1] Die Reaktion findet jedoch auch schon bei Raumtemperatur statt. Ähnliche Reaktionen kann man auch bei Reaktion mit Salz- und Schwefelsäure beobachten. Bei Reaktion mit Salpetersäure entstehen keine Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Stattdessen wird ein Großteil des Kohlenstoffs in Kohlendioxid umgewandelt.[7] In Ethanol ist Urandicarbid wenig löslich.[3] In Luft oder Sauerstoff entzündet sich die Verbindung bei etwa 400 °C.[10] Ab 1100 °C reagiert sie mit Stickstoff.[11] Urandicarbid besitzt eine tetragonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe I4/mmm (Raumgruppen-Nr. 139) 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) mit der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225) um.[1] In tetragonalen Urandicarbidkristallen wurde eine Bildung von Spiegelzwillingen beobachtet und als Zwillingsebene die {112}-Ebene gefunden.[12]
Verwendung
Urancarbide werden in Hochtemperatur- und Brutreaktoren verwendet.[13] Urandicarbid wurde als Reaktorbrennstoff im Block 1 des Kernkraftwerk Peach Bottom verwendet.[14][15] Auch beim Kernkraftwerk THTR-300 auch ein Gemisch aus Urandicarbid und Thoriumdicarbid als Brennstoff verwendet werden.[16]