鈾

鈾(Uranium)的原子序數為92的元素,其元素符號是U,是自然界中能夠找到的最重元素。在自然界中存在三種同位素,均帶有放射性,擁有非常長的半衰期(數億年~數十億年)。此外還有12種人工同位素(鈾-226~鈾-240)。鈾在1789年由馬丁·海因里希·克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)發現。鈾化合物早期用於瓷器的著色,在核裂變現象被發現後用作為核燃料。

基本信息

發現歷史

鈾(yóu)英文名Uranium,得名於天王星的名字“Uranus”。1789年,由德國化學家克拉普羅特(M.H.Klaproth)從瀝青鈾礦中分離出,就用1781年新發現的一個行星——天王星命名它為uranium,元素符號定為U。1841年,佩利戈特(E.M.Peligot)指出,克拉普羅特分離出的“鈾”,實際上是二氧化鈾。他用鉀還原四氯化鈾,成功地獲得了金屬鈾。1896年有人發現了鈾的放射性衰變。1939年,哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)發現了鈾的核裂變現象。自此以後,鈾便變得身價百倍。  

分布範圍

銅鈾雲母 銅鈾雲母

鈾通常被人們認為是一種稀有金屬,儘管鈾在地殼中的含量很高,比汞、鉍、銀要多得多,但由於提取鈾的難度較大,所以它注定了要比汞這些元素髮現的晚得多。儘管鈾在地殼中分布廣泛,但是只有瀝青鈾礦和鉀釩鈾礦兩種常見的礦床。  

地殼中鈾的平均含量約為百萬分之2.5,即平均每噸地殼物質中約含2.5克鈾,這比鎢、汞、金、銀等元素的含量還高。鈾在各種岩石中的含量很不均勻。例如在花崗岩中的含量就要高些,平均每噸含3.5克鈾。在地殼的第一層(距地表 20 km)內含鈾近 1.3×10^14 噸。依此推算,一立方公里的花崗岩就會含有約一萬噸鈾。海水中鈾的濃度相當低,每噸海水平均只含3.3毫克鈾,但由於海水總量極大(海水中總含鈾量可達 4.5×10^9 噸),且從水中提取有其方便之處,所以不少國家,特別是那些缺少鈾礦資源的國家,正在探索海水提鈾的方法。  

綠鈾礦 綠鈾礦

由於鈾的化學性質很活潑,所以自然界不存在游離態的金屬鈾,它總是以化合狀態存在著。已知的鈾礦物有一百七十多種,但具有工業開採價值的鈾礦只有二、三十種,其中最重要的有瀝青鈾礦(主要成分為八氧化三鈾))、品質鈾礦(主要成分為二氧化鈾)、鈾石和鈾黑等。很多的鈾礦物都呈黃色、綠色或黃綠色。有些鈾礦物在紫外線下能發出強烈的螢光。正是鈾礦物(鈾化合物)這種發螢光的特性,才導致了放射性現象的發現。  

雖然鈾元素的分布相當廣,但鈾礦床的分布卻很有限。鈾資源主要分布在美國、加拿大、南非、西南非、澳大利亞等國家和地區。據估計,已探明的工業儲量到1972年已超過一百萬噸。中國鈾礦資源也十分豐富。  

鈾及其一系列衰變子體的放射性是存在鈾的最好標誌。人的肉眼雖然看不見放射性,但是藉助於專門的儀器卻可以方便地把它探測出來。因此,鈾礦資源的普查和勘探幾乎都利用了鈾具有放射性這一特點:若發現某個地區岩石、土壤、水、甚至植物內放射性特彆強,就說明那個地區可能有鈾礦存在。  

物理性質

單質性質

金屬鈾 金屬鈾

鈾是元素周期表中第七周期MB族元素,錒系元素之一,是重要的天然放射性元素,元素符號U,原子序數92,原子量238.0289。在整個元素序列中,大約到鐵的位置以後,每個原子核都有分裂的趨勢,只是由於閘門阻止著才未分裂。在自然界發現的最後一個元素鈾,有最弱的閘門,1936年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在實驗中第一次打破的,就是這個元素。  

性狀:銀白色金屬,

熔點:1132.5`C,

沸點:3745℃,

密度:18.95g/cm^3,

電阻率:30.8X10-8n"m,

抗拉強度:450MPa,

屈服強度:207MPa,

彈性模數:172GPa。

鈾的熱中子吸收截面為7.60b,鈾有15種同位素,其原子量從227-240。所有鈾同位素皆不穩定,具有微弱放射性。  

鈾的天然同位素組成為:

238u:自然豐度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a

235U:自然豐度0.720%,原子量235.0439,半衰期7.00X108a

234U:自然豐度0.005%,原子量234.0409,半衰期2.47X105a

其中235u是惟一天然可裂變核素,受熱中子轟擊時吸收一個中子後發生裂變,放出總能量為195MeV,同時放2~3箇中子,引發鏈式核裂變;238U是製取核燃料鈽的原料。

其實有不少人把鈾認為是自然界最重的金屬,鋨的密度是22.48g/cm^3,為最重的金屬,而鈽是天然存在的最大的重核元素。  

元素性質

鈾

中文名:鈾  

英文名:Uranium  

元素符號:U  

元素系類:錒系元素  

元素類型:金屬元素  

元素周期表定位:第七族 f列  

太陽中的含量:0.001ppm  

海水中的含量:0.00313ppm  

發現者:馬丁·海因里希·克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)(1789年)  

原子性質

相對原子質量:238.0289  

原子半徑(計算值):175pm  

范德華半徑:186pm  

離子半徑:0.81(+6)埃  

氧化態:U+6(U+2,U+3,U+4,U+5)  

負電性:1.38(鮑林標度)  

鈾

核外電子排布: (2,8,18,32,21,9,2)  

第一電離能:597.6KJ/mol  

第二電離能:1420KJ/mol  

晶體結構:正交晶胞  

結晶變體:斜方晶體、四方晶體、體心立方體  

晶胞參數:a=285.37pm

b=586.95pm

c=495.48pm

α =90°

β=90°

γ=90°  

同位素

地球上存量最多的同位素是鈾-238,再者是可用作核能發電的燃料的鈾-235,豐度最少的是鈾-234。此外還有12種人工同位素(鈾-226~鈾-240)。  

同位素豐度半衰期衰變模式衰變能量(MeV)衰變產物
U-232 人造 68.9年 自發分裂 - -
α衰變 5.414 Th-228
U-233 人造 159200年 自發分裂 197.93 -
α衰變 4.909 Th-229
U-234 0.006% 245500年 自發分裂 197.78 -
α衰變 4.859 Th-230
U-235 0.72% 7.038×10^8年 自發分裂 202.48 -
α衰變 4.679 Th-231
U-235 人造 約25分鐘 同質異構轉變

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