铀(U) 铀,是元素周期表中第七周期MB族元素,锕系元素之一,原子序数92,原子量238.0289,是最重要的核燃料,元素名源于纪念1781年发现的天王星“Uranus”。是致密而有延展性的银白色放射性金属。铀在接近绝对零度时有超导性,有延展性。铀的化学性质活泼,易与绝大多数非金属反应,能与多种金属形成合金。铀最初只用做玻璃着色或陶瓷釉料,1938年发现铀核裂变后,开始成为主要的核原料。1789年德国化学家克拉普罗特从沥青铀矿中发现铀的氧化物。1841年法国化学家佩利若用钾还原四氯化铀制的金属铀。 铀原子有92个质子和92个电子,其中6个是价电子。铀是银白色金属,熔点1132.5℃,沸点3745℃,密度18.95g/cm3,抗拉强度450MPa,屈服强度207MPa,弹性模数172GPa。铀在接近绝对零度时有超导性,有延展性。 铀的外电子层构型为5f36dl7s2,有+3,+4,+5,+6四种价态,其中+4和+6价化合物稳定。铀的化学性质活泼,能和所有的非金属作用(惰性气体除外),能与多种金属形成合金。空气中易氧化,生成一层发暗的氧化膜,高度粉碎的铀空气中极易自燃,块状铀在空气中易氧化失去金属光泽,在空气中加热即燃烧,铀能与所有非金属反应,250℃下和硫反应,400℃下和氮反应生成氮化物,1250℃下和碳反应生成碳化物,250-300℃下和氢反应生成UH3,UH3在真空350-400℃下分解,放出氢气。铀与卤素反应生成卤化物,铀能与汞、锡、铜、铅、铝、铋、铁、镍、锰、钴、锌、铍作用生成金属间化合物,金属铀缓慢溶于硫酸和磷酸,有氧化剂存在时会加速溶解,铀易溶于硝酸,铀对碱性溶液呈惰性,但有氧化剂存在时,能使铀溶解,铀及其化合物均有较大的毒性,空气中可溶性铀化合物的允许浓度为0.05mg/m3,不溶性铀化合物允许浓度为0.25mg/m3,人体对天然铀的放射性允许剂量,可溶性铀化合物为7400Bq,不溶性铀化合物为333Bq。 存在于许多岩石中,但大量只存在于沥青铀矿和钒钾铀矿中。 在自然界中,铀以铀-238(99.2742%)、铀-235(0.7204%)以及极微量的铀-234(0.0054%)等同位素存在。铀衰变时释放出α粒子,过程缓慢,拥有很长的半衰期。铀-238的半衰期约为44.7亿年,铀-235则为7.04亿年,常用于测定地质年代。少量存在于独居石等稀土矿石中。铀是自然元素中质量次重、原子量次高的元素,仅次于钚-244[3]。它的密度比铅高出约70%,但不如金、钨密食。铀在自然界中以数百万分率的低含量存在于土壤、矿石和水中,可借由开采沥青铀矿等含铀矿物并提炼之。 古时候它被用作玻璃颜料,现在用作核反应及核弹燃料。千百年来铀一直被用作给玻璃染色的色素,然而现在纯金属铀是核反应堆和原子弹中使用的核燃料。少量用于电子管制造业中的除氧剂和惰性气体提纯(除氧、氢)。 铀最初只用做玻璃着色或陶瓷釉料,1938年发现铀核裂变后,开始成为主要的核原料。在居里夫妇发现镭以后,由于镭具有治疗癌症的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼镭,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。
元素名称 |
铀 |
元素符号 |
U |
原子序数 |
92 |
相对原子质量 (12C=12.0000) |
238.029 |
英文名称 |
Uranium |
原子结构 |
原子半径(?) |
|
原子体积(cm3/mol) |
12.59 |
电子模型 |
|
电子构型 |
1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d10f36s2p6d17s2 |
离子半径(?) |
0.52 |
共价半径(?) |
0.52 |
氧化态 |
6,5,4,3 |
发现 |
1789年由 M.J. Klaproth (德国,伯林)发现,1841年由 W.M. Peligot (法国,巴黎)首次作为金属分离出。 |
命名起源 |
after the planet 'Uranus' |
来源 |
存在于许多岩石中,但大量只存在于沥青铀矿和钒钾铀矿中。 |
用途 |
古时候它被用作玻璃颜料,现在用作核反应及核弹燃料等。 |
物理性质 |
状态 |
一个非常重的,银白色放射性金属。 |
熔 点(℃) |
1132 |
沸 点(℃) |
4134 |
密度(g/cc,300K) |
18.95 |
比 热(J/gK) |
0.12 |
蒸发热(KJ/mol) |
477 |
熔化热(KJ/mol) |
8.52 |
导电率(106/cm) |
0.038 |
导热系数(W/cmK) |
0.276 |
自燃点(℃) |
- |
闪 点(℃) |
- |
|
|
化学性质 |
|
地质数据 |
丰 度 |
|
滞留时间(年) |
300000 |
太阳 (相对于 H=1×1012) |
<4 |
海水中(ppm) |
3.13×10-3 |
地壳(ppm) |
2.4 |
大西洋表面 |
- |
太平洋表面 |
- |
大气(ppm(体积)) |
- |
大西洋深处 |
- |
太平洋深处 |
- |
|
|
|
|
生物数据 |
人体中含量 |
|
肝(ppm) |
0.003 |
器官中 |
|
肌肉(ppm) |
0.0009 |
血(mg dm-3) |
5×10-4 |
日摄入量(mg) |
0.001-0.002 |
骨(ppm) |
(0.16-70)×10-3 |
人(70Kg)均体内总量(mg) |
0.1 |
铀的同位素信息
同位素 |
% |
质量 |
自旋 |
核磁矩 |
磁旋比 |
Q |
频率 |
吸收率 |
[232] |
0 |
232.037146 |
|
|
|
|
|
|
[233] |
0 |
233.039628 |
|
|
|
|
|
|
[234] |
0.0055 |
234.0409 |
|
|
|
|
|
|
[235] |
0.72 |
235.0439 |
7/2 |
-0.43 |
-0.52 |
439.6 |
1.8414 |
|
[236] |
0 |
236.045561 |
|
|
|
|
|
|
[238] |
99.2745 |
238.050784 |
|
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