(genoemd naar de toenmaals pas ontdekte planeet Uranus), symbool U, atoomnr 92, atoomgew. 238,07, werd in 1789 door Klaproth ontdekt in de pekblende van Joachimsthal. Het metaal zelf werd pas in 1841 door Péligot verkregen door het chloride met kalium te reduceren.
Het element komt in zeer kleine hoeveelheden zeer verbreid voor; 1 ton graniet bevat 10-20 g U (= 40-80 ton steenkool bij volledige omzetting in energie!). Het komt naar het voorkomen in de aardkorst op de 61ste plaats, tussen antimoon en platina, maar vóór o.a. zilver en jodium. Belangrijke vindplaatsen van uraniummineralen zijn echter beperkt in aantal. Het voornaamste element is pekblende of uraniniet, U308; daaraan verwant is cleveït (Noorwegen). Het wordt gevonden oorspronkelijk in Joachimsthal in het Saksisch-Boheemse Ertsgebergte in Tsjechoslowakije. Veel belangrijker zijn vooral de vindplaatsen in Belgisch-Kongo (Katanga), die 2/3 van de wereldproductie leveren, en de later ontdekte afzettingen in Canada (Great Bear Lake). Andere mineralen, zoals carnotiet en autuniet bevatten slechts enkele pet uraan, het eerste wordt o.a. in de V.S. (Colorado, Utah) gevonden, autuniet in Frankrijk en Portugal. Ook in Oost-Turkestan, Australië, Mexico en Madagaskar zijn vindplaatsen van uraanmineralen ontdekt. Vóór Wereldoorlog II werd eigenlijk alle uranium verkregen als bijproduct bij de afscheiding van radium. De wereldproductie ad 1500 ton was toen practisch uitsluitend uit de Kongo afkomstig. Uranium zelf had in het geheel geen toepassingen, behalve dat kleine hoeveelheden in staal de kwaliteit daarvan verbeteren, waarbij het echter ten achter staat bij vanadium. Voorts voor sommige glazuren, fluorescerend glas en fotografische versterkers vond het enige toepassing. Thans is de productie sterk verhoogd en bedraagt deze waarschijnlijk omstreeks 10000 ton, terwijl de prijs $ 2,75 per Ibs U3O8 bedraagt. Uraanmetaal kan worden bereid door reductie van U308 met kool in de electrische oven, volgens de oorspronkelijke methode van Péligot en door thermische ontleding van vluchtige halogeniden.Het is een zeer zwaar metaal, s.g. 18,68, met een betrekkelijk laag smeltpunt, nl. 1090 gr. C. Het vindt op grote schaal toepassing als kernbrandstof in atoomreactoren (z atoombom, zie ook aldaar voor de beide voornaamste isotopen U338 en U235).
Uraniumverbindingen.
Uranium kan (twee-), drie-, vier-, vijf- en zeswaardig zijn. De verbindingen, afgeleid van de 4- en de 6-waardige trap, zijn de belangrijkste, in het bijzonder ook die, afgeleid van het complexe tweewaardige ion [U02]2+, uranyl. Men kan thans wel zeggen, dat van geen ander element, behalve koolstof, de chemie zo uitgebreid is onderzocht als van uranium. Overigens hebben ook verbindingen van uranium vrijwel geen enkel technisch belang behalve dan in verband met de atoomenergie.
Het oxyde UOs is een oranje stof, die ontstaat bij voorzichtige verwarming van uranylnitraat en van uraanzuur. Het is een amphoteer oxyde, met basen vormt het uranaten, met zuren de uranylverbindingen. De uranaten, waarbij vooral de di-uranaten M2U207 van belang zijn, sluiten zich aan bij de chromaten en wolframaten, hoewel er geen heteropolyzuren van bekend zijn. Alle uranaten, zelfs die van de alkalimetalen en ammonium zijn onoplosbaar. Het natrium-di-uranaat wordt gebruikt evenals U3O8 voor het kleuren van glas (geel-groen fluorescerend) en in glazuren. Ook de overeenkomstige uraanzuren H2UO en H2U207 zijn bekend, benevens het H2U04.Ha0 of U02(0H)2.Ha0 dat met zuren de uranylverbindingen vormt en daaruit door loog wordt neergeslagen. De uranylverbindingen, i.b. het nitraat U02(N08)2.6H20 (oplosbaarheid 56 g anhydrisch zout per 100 g opl. bij 25 gr.) en het acetaat UO2(C2H3O2)2.2H2O (oplosbaarheid 7,2 g per 100 g bij 15 gr.) zijn de meest voorkomende uraanverbindingen. In kristalvorm en in oplossing vertonen zij de karakteristieke geelgroene fluorescentie. De vorming van verbindingen met het radicaal MO2 is karakteristiek voor de elementen uit de 6de groep, verg. chromylchloride (z chroom). Merkwaardig is ook het feit, dat de uranylzouten in water onvolledig zijn gedissocieerd. Zij zijn dan ook tevens goed oplosbaar in organische vloeistoffen, zoals aether, alkohol en aceton. Er zijn tal van uranylzouten en voorts zeer talrijke complexe uranylverbindingen bekend. Het uraniumhexafluoride UF6 ontstaat bij de inwerking van fluor op het metaal en evenzo van fluor of fluorwaterstof op UCl5. Het is een licht-gele, vluchtige vaste stof (sublimeert bij 56,5 gr. tripelpunt 64,05 gr.). Het is hygroscopisch en rookt aan de lucht en reageert heftig met water (tot U02F2) en met de meeste organische stoffen. Door diffusie van gasvormig UF„ door membranen van zilver is het gelukt U235 van U238 te scheiden bij de vervaardiging van de eerste atoombom. Naast de vluchtigheid was het feit dat het element fluor slechts uit één isotoop bestaat beslissend voor deze keuze, ongeacht de grote moeilijkheid als gevolg van de grote agressiviteit van deze stof. Het donkergroene U3O8 of U02.2U02 is een mengkristal met enigszins wisselende samenstelling, maar opvallend stabiel. Het ontstaat bij verhitting uit UO2 en kan bij 1300 gr. gesublimeerd worden, pas bij nog hogere temperaturen ontleedt het tot UO2; UCl5 ontstaat bij het verhitten van uraanoxyde en kool in een chloorstroom. Het staat reeds bij kamertemperatuur chloor af tot UCI4. Het oxyde van vierwaardig uranium UO2 ontstaat als een bruinzwart poeder (sm.pt 2176 gr. G.) bij de verhitting van U02 of U8Og in waterstof of door de hydrolyse van de halogeniden van vierwaardig uraan. Zowel dit oxyde als de overige verbindingen van vierwaardig uraan vertonen een zeer grote gelijkenis met die van thorium. Dit hangt samen met het feit, dat met actinium een nieuwe reeks (5 f-reeks) sterk op elkaar gelijkende elementen begint analoog aan de elementen van de reeks der zeldzame aarden (4f-reeks, naar het geleidelijke aanvullen van de 4f-electronenschil, z atoom). U02 is uitsluitend basisch en alle verbindingen, i.b. de halogeniden, hebben een zoutachtig karakter. UCl4 is het stabielste chloride van uranium, het ontstaat op dezelfde wijze als UCl6 bij wat hogere temperatuur. Het is een donkergroene stof, sm.pt 567 gr. C., k.pt 618 gr. C. In water lost het onder sterke warmte-ontwikkeling zeer goed op, maar de oplossing is sterk gehydrolyseerd. Het is ook oplosbaar in aceton, maar niet in aether. Ook van vierwaardig uraan zijn tal van complexe verbindingen bekend. Het trichloride UCl8 ontstaat als een rood product door het tetrichloride met waterstof te verhitten. Het is weinig vluchtig en zeer goed oplosbaar in water. De verbindingen van driewaardig uranium gelijken zeer veel op die van de zeldzame aarden wegens de gelijke ionstraal. Een oxyde U202 schijnt niet te bestaan.
PROF. DR J. A. A. KETELAAR
Lit.: J. W. Katz en E. J. Rabinowitz, The Chemistry of Uranium (New York 1950); Thorpe’s Dict. of Applied Chemistry, II (1953).
