Uran(IV)-chlorid

Kristallstruktur
	_ U4+ 0 _ Cl−
Kristallsystem	tetragonal
Raumgruppe	I41/amd (Nr. 141)
Gitterparameter	a = 829,6 pm; c = 748,7 pm
Allgemeines
Name	Uran(IV)-chlorid
Andere Namen	Urantetrachlorid
Verhältnisformel	UCl4
Kurzbeschreibung	grüne oktaedrische Kristalle
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	233-057-7
ECHA-InfoCard	100.030.040
PubChem	66210
Wikidata	Q413036
Eigenschaften
Molare Masse	379,84 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,72 g·cm−3
Schmelzpunkt	590 °C
Siedepunkt	791 °C
Löslichkeit	löslich in Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Pyridin, Essigester; nahezu unlöslich in Phosphortrichlorid, Thionylchlorid, Phosphoroxychlorid und flüssigem Chlor;
Gefahren- und Sicherheitshinweise
	; Radioaktiv
H- und P-Sätze	H: 330‐300‐373‐411
	P: ?
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Uran(IV)-chlorid ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Uran und Chlor. Es besitzt die Formel UCl₄ und gehört zur Stoffklasse der Chloride.

Darstellung

Uran(IV)-chlorid wird in größeren Mengen durch Reaktion von Tetrachlormethan mit Urandioxid (UO₂) bei 370 °C hergestellt.

U O_{2} + C C l_{4} ⟶ U C l_{4} + C O_{2}

Ebenfalls möglich ist die Darstellung durch Reaktion von Urandioxid mit Thionylchlorid, wobei das entstandene Uran(IV)-chlorid immer etwas schwefelhaltig ist,

U O_{2} + 2 S O C l_{2} ⟶ U C l_{4} + 2 S O_{2}

oder die Reaktion von Uran(III)-chlorid mit Chlor,

2 U C l_{3} + C l_{2} ⟶ 2 U C l_{4}

oder die Reaktion von Urantrioxid mit Hexachlorpropen,

U O_{3} + 3 C_{3} C l_{6} ⟶ U C l_{4} + 3 C_{3} C l_{4} O + C l_{2}

oder die Reaktion von Urandioxid mit Kohlenstoff und Chlor, wobei die Reaktion ein extrem reines Uran(IV)-chlorid liefert.

U O_{2} + C + 2 C l_{2} ⟶ U C l_{4} + C O_{2}

Des Weiteren gelingt die Darstellung aus UO₂ und AlCl₃ mittels chemischer Transportreaktion bei 350 °C

3 U O_{2} + 4 A l C l_{3} ⟶ 3 U C l_{4} + 2 A l_{2} O_{3}

Uranmetall wurde erstmals 1841 von Eugène-Melchior Péligot durch Reduktion von Uran(IV)-chlorid mit Kalium isoliert.

Eigenschaften

Einkristalle von Urantetrachlorid (Bildbreite ca. 7 mm)
5 g Urantetrachlorid
Urantetrachlorid-Pulver

Es ist ein dunkelgrünes, in feiner Verteilung hellgrünes oder olivgrünes, radioaktives Pulver. Es ist in einem trockenen Stickstoff- oder Argon-Strom bei etwa 600 °C zu rotbraunem Dampf sublimierbar. Daraus resublimiertes Urantetrachlorid bildet tiefgrüne Kristalle mit metallischem Oberflächenschimmer. Es ist löslich in Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Pyridin, Essigester, aber unlöslich in Phosphortrichlorid, Thionylchlorid, Phosphoroxychlorid und flüssigem Chlor. Die Verbindung besitzt eine tetragonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe I4₁/amd (Raumgruppen-Nr. 141)Vorlage:Raumgruppe/141 mit den Gitterparametern a = 829,6 pm und c = 748,7 pm.

Verwendung

Uran(IV)-chlorid wird als Ausgangsmaterial in der elektromagnetischen Isotopentrennung (EMIS) bei der Urananreicherung verwendet; dazu benutzte man das von Ernest O. Lawrence entwickelte Alpha-Calutron. Im Jahr 1944 begann man am Y-12 National Security Complex, aus UO₃ das UCl₄ herzustellen, um damit das Ausgangsmaterial zu haben. Der Vorteil des Uran(IV)-chlorids ist, dass es im Vergleich zu Uranhexafluorid nicht so korrosive Eigenschaften hat.
Uran(IV)-chlorid ist des Weiteren eine wichtige Ausgangssubstanz für präparative Chemie mit vierwertigen Uran-Verbindungen.

Einzelnachweise

1 2 3 4 R. C. L. Mooney: „The Crystal Structure of ThCl₄ and UCl₄“, in: Acta Crystallographica, 1949, 2, S. 189–191 (doi:10.1107/S0365110X49000485).
1 2 3 4 David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-97.
1 2 3 4 5 6 7 Georg Brauer (Hrsg.): Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band II. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1210.
↑ Nicht explizit in Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) gelistet, fällt aber mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Gruppeneintrag uranium compounds with the exception of those specified elsewhere in this Annex in der Datenbank ECHA CHEM der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
↑ Eintrag zu Uranverbindungen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.
↑ D. Patel, A. J. Wooles, E. Hashem, H. Omorodion, R. J. Baker, S. T. Liddle: „Comments on reactions of oxide derivatives of uranium with hexachloropropene to give UCl₄“, in: New Journal of Chemistry, 2015, 39, S. 7559–7562 (doi:10.1039/C5NJ00476D).
1 2 S. S. Rudel, F. Kraus: „Facile syntheses of pure uranium halides: UCl₄, UBr₄ and UI₄“, in: Dalton Transactions, 2017, 46, S. 5835–5842 (doi:10.1039/C7DT00726D).
↑ D. Grödler, A. Haseloer, C. Tobeck, Y. Bulut, J. M. Neudörfl, S. Mathur, U. Ruschewitz, A. Klein, M. S. Wickleder, M. Zegke: „Thiosemicarbazone Complexes of Uranium(IV)“, in: European Journal of Inorganic Chemistry, 2021, 12, S. 1137–1139 (doi:10.1002/ejic.202001118).
↑ S. S. Rudel, C. Pietzonka, M. Hoelzelc, F. Kraus: „[UCl₄(HCN)₄] – a hydrogen cyanide complex of uranium tetrachloride“, in: Chemical Communications, 2018, 54, S. 1241–1244 (doi:10.1039/C7CC09401A).

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 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_5).
Donald R. Olander, J. L. Camahort: „Reaction of Chlorine and Uranium Tetrachloride in the Fused Lithium Chloride-Potassium Chloride Eutectic“, in: AIChE Journal, 1966, 12 (4), S. 693–699 (doi:10.1002/aic.690120414).
J. C. Taylor, P. W. Wilson: „A Neutron-Diffraction Study of Anhydrous Uranium Tetrachloride“, in: Acta Cryst., 1973, B29, S. 1942–1944 (doi:10.1107/S0567740873005790).

[Mooney-1] 1 2 3 4 R. C. L. Mooney: „The Crystal Structure of ThCl₄ and UCl₄“, in: Acta Crystallographica, 1949, 2, S. 189–191 (doi:10.1107/S0365110X49000485).

[CRC-2] 1 2 3 4 David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-97.

[brauer-3] 1 2 3 4 5 6 7 Georg Brauer (Hrsg.): Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band II. Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1210.

[CLP_100.240.790-4] Nicht explizit in Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) gelistet, fällt aber mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Gruppeneintrag uranium compounds with the exception of those specified elsewhere in this Annex in der Datenbank ECHA CHEM der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.

[GESTIS-5] Eintrag zu Uranverbindungen in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)

[6] Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung.

[Patel-7] D. Patel, A. J. Wooles, E. Hashem, H. Omorodion, R. J. Baker, S. T. Liddle: „Comments on reactions of oxide derivatives of uranium with hexachloropropene to give UCl₄“, in: New Journal of Chemistry, 2015, 39, S. 7559–7562 (doi:10.1039/C5NJ00476D).

[Rudel-8] 1 2 S. S. Rudel, F. Kraus: „Facile syntheses of pure uranium halides: UCl₄, UBr₄ and UI₄“, in: Dalton Transactions, 2017, 46, S. 5835–5842 (doi:10.1039/C7DT00726D).

[Grödler-9] D. Grödler, A. Haseloer, C. Tobeck, Y. Bulut, J. M. Neudörfl, S. Mathur, U. Ruschewitz, A. Klein, M. S. Wickleder, M. Zegke: „Thiosemicarbazone Complexes of Uranium(IV)“, in: European Journal of Inorganic Chemistry, 2021, 12, S. 1137–1139 (doi:10.1002/ejic.202001118).

[RudelKraus-10] S. S. Rudel, C. Pietzonka, M. Hoelzelc, F. Kraus: „[UCl₄(HCN)₄] – a hydrogen cyanide complex of uranium tetrachloride“, in: Chemical Communications, 2018, 54, S. 1241–1244 (doi:10.1039/C7CC09401A).