基本信息
uranium-238
Uran
Oxolinic Acid-d5
92U
Uranio
URANIUM
Ossian-d5
Oxoboi-d5
Pietil-d5
物理化學(xué)性質(zhì)
安全數(shù)據(jù)
常見問題列表
放射性金屬元素。用于核反應(yīng)的燃料。鈾是銀白色金屬,幾乎與鋼一樣硬,密度高(相對密度約18.95)。在核能量發(fā)展之前,它被用作制造黃色玻璃。鈾是自然界存在的原子序數(shù)最高的元素。1841年E.佩利(1811—1890)離析出金屬鈾,雖然在此之前鈾已在瀝青鈾礦中被認(rèn)知。它也藏于云母鈾礦、釩鉀鈾礦和獨居石中;主要藏于加拿大、澳大利亞、南非和。天然鈾有3種同位素:鈾-238(99.283%)、鈾-235(0.711%)和鈾-234(0.006%)。鈾-238的半衰期是4.51×109年,可用于測算巖石的年代,也可用作快中子反應(yīng)堆的燃料。
在核工業(yè)中最重要的同位素是鈾-235,它用于*熱中子反應(yīng)堆(thermalreactor)。一些反應(yīng)堆使用金屬燃料,另一些則用二氧化鈾(UO2)。其他一些氧化物有U3O8和UO3。易揮發(fā)氣體六氟化鈾(UF6)通過氣體的擴散分離各同位素鈾。原子序數(shù)92,原子量238.0289,熔點1135℃,沸點4134℃。
鈾是銀白色的,有光澤的,重的,輕度放射性的金屬。暴露于空氣或水中時,其外觀會發(fā)生氧化而發(fā)生變化。它的顏色通過黃銅變暗,從棕色到木炭灰色。粉末,細(xì)粉,碎屑或車屑迅速氧化,產(chǎn)生暗淡或平坦的深灰色或棕色。鈾幾乎與鋼一樣堅硬,而且比鉛致密得多。
鈾共有26種同位素。其中三個之所以被認(rèn)為是穩(wěn)定的,是因為它們具有如此長的半衰期,并且還沒有全部衰減成其他元素,因此仍然存在于地殼中。這三個是鈾234,半衰期為2.455×10 +5年,占地球上發(fā)現(xiàn)的鈾的0.0054%。鈾235的半衰期為703.8×10 +6年,占地球鈾的0.724%;鈾238m的半衰期為4.468×10 +9年,占地球的大部分鈾的供應(yīng)量是自然發(fā)現(xiàn)的鈾的99.2742%。
鈾元素是由德國化學(xué)家馬丁·克拉普羅特發(fā)現(xiàn)的。1789年,他在位于柏林的實驗室中,把瀝青鈾礦溶解在硝酸中,再用氫氧化鈉中和,成功沉淀出一種黃色化合物(可能是重鈾酸鈉)。克拉普羅特假設(shè)這是一種未知元素的氧化物,并用炭進行加熱,得出黑色的粉末。他錯誤地認(rèn)為這就是新發(fā)現(xiàn)的元素,但其實該粉末才是鈾的氧化物。他以威廉·赫歇爾在八年前發(fā)現(xiàn)的天王星(Uranus)來命名這種新元素,而天王星本身是以希臘神話中的天神烏拉諾斯命名的。同樣地,鈾之后的镎(Neptunium)以海王星(Neptune)命名,其后的钚(Plutonium)則以冥王星(Pluto)命名。
1841年,巴黎中央工藝學(xué)校(Conservatoire National des Arts et Métiers)分析化學(xué)教授尤金-梅爾希奧·皮里哥把四氯化鈾和鉀一同加熱,首次分離出鈾金屬。19世紀(jì)時人們不意識到鈾的危險性,因此發(fā)展了各種鈾的日常應(yīng)用,其中包括歷史流傳下來的陶瓷和玻璃上色。
1896年,亨利·貝可勒爾在位于巴黎的實驗室中,使用鈾元素發(fā)現(xiàn)了放射性。貝可勒爾將硫酸鈾鉀鹽(K2UO2(SO4)2)放在底片上,并置于抽屜當(dāng)中。取出之后,他發(fā)覺底片出現(xiàn)了霧狀影像。他得出結(jié)論,鈾會發(fā)出一種不可見光或射線,在底片上留下了影像。
天然鈾用于制造核電站的燃料;貧鈾是剩余的產(chǎn)品。一些合金的氧化速度會更慢,保持銀白色,然后呈黃銅色。沒有發(fā)現(xiàn)氣味。鈾被用作豐富的濃縮能源。鈾在大多數(shù)巖石中的濃度為百萬分之2-4,在地殼中與錫,鎢和鉬一樣普遍。鈾存在于海水中,可以從海洋中回收。
高密度的鈾意味著它還可以在游艇龍骨中找到用途,并用作飛機控制面的配重以及輻射屏蔽。眾所周知,鈾金屬會與四氯化碳,氯,氟,硝酸,一氧化氮,硒,硫和水(細(xì)分形式)發(fā)生危險的反應(yīng)。遇火分解,會生成鈾金屬煙霧或氧化物。放射性后代(女兒),th 234,pro 234,t234m(可轉(zhuǎn)移)是通過自然放射性衰變產(chǎn)生的;它們是大多數(shù)穿透輻射的來源。這些同位素可以集中在金屬熔化,凝結(jié)或溶解的情況下,可能會提高觀察到的外部劑量率。許多涉及鈾的開采,加工和加工的行業(yè)也可以將其釋放到環(huán)境中。惰性鈾行業(yè)可能會繼續(xù)將鈾釋放到環(huán)境中。鈾加工也會將其釋放到環(huán)境中。
鈾作為核燃料非常重要??梢酝ㄟ^以下反應(yīng)將U轉(zhuǎn)化為可裂變:: 238U(n,γ)→239U--β--→239Np--β--→239Pu 可以在“育種”反應(yīng)堆中實現(xiàn)這種核轉(zhuǎn)化,在這種反應(yīng)堆中,與維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所用的可裂變材料相比,可能生產(chǎn)出更多的新可裂變材料。235U具有更大的重要性,因為它是鈾利用的關(guān)鍵。235U在天然鈾中的發(fā)生率僅為0.72%,在中子緩慢的情況下易裂變,因此可以在由天然鈾和合適的慢化劑(如重鈾)構(gòu)成的反應(yīng)堆中發(fā)生自持裂變鏈反應(yīng)單獨使用水或石墨。235如果需要,U可以通過氣體擴散和其他物理過程進行濃縮,并直接用作核燃料而不是天然鈾,或用作炸藥。
鈾是地球上第44最豐富的元素。它主要存在于斜面理論中,但也可以從礦石中提取,例如鈾鈾礦(UO2),卡諾特石[K 2(UO22 VO 4 ],鈣鐵礦[Ca(UO 2)2(PO 4)2 ]。磷礦石[Ca 3(PO 4)2 ]和獨居石。這些礦石在非洲,法國,澳大利亞和加拿大以及美國的科羅拉多州和新墨西哥州發(fā)現(xiàn)。
在意大利那不勒斯附近發(fā)現(xiàn)了黃色玻璃,其中氧化鈾含量超過1%,可追溯到公元79年??死樟_夫斯(Klaproth)識別了瀝青閃石中的一種未知元素,并于1789年嘗試分離出這種金屬。顯然,這種金屬最早是在1841年由佩利格(Peligot)分離的,后者用鉀還原了無水氯化物。鈾并不像以前那樣稀有?,F(xiàn)在人們認(rèn)為它比汞,銻,銀或鎘更豐富,其含量與鉬或砷一樣多。它存在于多種礦物中,例如瀝青閃石,鈾尿石,卡諾特石,金鐵礦,鈾酰芬太尼,鈉鐵礦和輝石。它也存在于磷酸鹽巖,褐煤,獨居石砂中,可以從這些來源進行商業(yè)回收。鈾礦的大礦床分布在猶他州,科羅拉多州,新墨西哥州,加拿大和其他地方。鈾可通過用堿金屬或堿土金屬還原鹵化鈾或在高溫下用鈣,鋁或碳還原鈾氧化物制成。也可以通過電解溶解在CaCl2和NaCl的熔融混合物中的KUF5或UF4來生產(chǎn)金屬。高純度鈾可以通過在熱絲上熱分解鹵化鈾來制備。