铀

铀是原子序数为92的元素，其元素符号是U，是自然界中能够找到的最重元素。在自然界中存在三种同位素来自，均带有放射性，拥有非常长的半衰期(数十万年~45亿年)。此外还有12种人工同位素(U~U)。铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特(Martin Heinrich Klapr皇章出击oth)发现。 

• 中文名 铀
• 外文名 uranium (U)
• 中文名称 铀
• 外文名称 Uranium
• 元素符号 U

基本信息

　　元素中文名称：铀（yóu）

铀的外观 铀在元素周期表中的位置

　　元素英文名称：Uranium

　　元素符号：州液乎节旧保却肥周U

　　原子序数：92

　　原子量：238.02891

　　族丨周期丨区：n/a丨7丨f

　　元素类别：锕系金属

　　电子构型：显一席观呢注己[Rn]7s²5f³6d¹

　　2,8,18,32,21,9,2

　　半衰期：447万年

　　命来自名：以天王星的名称Uranus命名

　　发现：1789年由马丁·克拉普罗特（Martin H级提鱼家套模服教待色架einrich Klaproth）于德国柏林发现；1841年由Eugène-Melchior Péligot于法国巴黎首次提纯

　　CAS号：7440-61-1

元素性质

物理性质

　　材料性质

物态（S.T.P）丨颜色	固体成省紧容复她块铁绍唱出丨银白色
密度丨液体密度	19.05 g/cm³ (排名：第9位)丨17.3 g/cm³
摩尔体积	12.495 cm³/mol
莫氏硬度丨维氏硬度丨布氏硬度	6丨1960 MPa 360百科(排名：第8位)丨2400 MPa (排名：第5位)
剪切模量丨杨氏模认终染亚世量丨体积模量	111 GPa丨208 GPa (排名：第11位)丨100 GPa (排名：第23微宗位)
泊松比	0.23 (排名：第47位)
声速	3155 m/s (排名：第32位)
膨胀系数	13.9 µm·m⁻¹·K⁻¹ (排名：第21位爱世尼此装质织量满)
热导率	27.5 W/试条写度势(m·K) (排名：第45位)

保从干般　　热力性质

熔点	1405.3 K  1135 ℃ (帮引余连排名：第41位)
沸点	4404 K  3927 ℃ (排名：第17位)
熔化热丨汽化热	9间客自.14 kJ/mol (排名：第34位)丨420 kJ/mol (排名：第20位)
比热容	27.665 J/(mol·K) (排名：第84位)

　　电磁性质

电气类型	导体
电阻率	英探根真老上成大州连2.8×10⁻ ⁷ Ω·病印供台意调m
电导率	3.6×10精茶曾⁶ S/m
磁性	顺磁性
质量磁化率丨摩尔磁化率	2.16×10⁻⁸ m³/kg丨5.14×止另任活显如求10⁻⁹ m³/mol
逸出功	(3.63 to 3.9) eV
超导点	0.68 K

原子性质

　四艺校袁活际　反应性质

氧化态	6  5  4  3  2  1
电负性	1.38（鲍林标度）
电离能	第一：597.6 kJ/mol  第二：1420 kJ/mol

　　原子性质

能项符供北斯景号	⁵L₆
原子半径	175 pm
共价半径	196±7 pm
范德华半径	186 pm

电子构型	影外直晶体结构
铀的电子构型图解 铀的电子排布模型	底心正交

　　核性(最长寿命同位素）

半衰期	447万年	已知同位素	²¹⁷U丨²¹⁸U丨²¹⁹U丨²²⁰U丨²²¹U丨²²²U丨²²³U丨²²⁴U丨²²⁵U丨²²⁶U丨²²⁷U丨²²⁸U丨²²⁹U丨²³⁰U丨²³¹U丨²³²U丨²³³U丨²³⁴U丨²³⁵U丨²³⁶U丨²³⁷U丨²³⁸U丨²³⁹U丨²⁴⁰U丨²⁴¹U丨²⁴²U （共26种）
寿命	645万年 (排名：第36位)
比放射性	12.44 kBq/g
衰变模式	α 放射
核自旋	²¹⁷U：1/2⁻
中子截面	7.57 b	稳定同位素	无
中子质量吸收	5×10⁻⁴ m²/kg	同位素丰度	²³⁸U：99.2745%丨²³⁵U：0.72%丨²³⁴U：0.0055%

丰度数据

原子丰度		质量丰度
宇宙	1×10⁻¹º% (排名：第78位)	宇宙	2×10⁻⁸% (排名：第79位)
太阳	4×10⁻¹º% (排名：第70位)	太阳	1×10⁻⁷% (排名：第57位)
流星	1×10⁻⁷% (排名：第78位)	流星	9.8×10⁻⁷% (排名：第78位)
海洋	8.6×10⁻⁹% (排名：第43位)	海洋	3.3×10⁻⁷% (排名：第25位)
地壳	1.5×10⁻⁵% (排名：第56位)	地壳	1.8×10⁻⁴% (排名：第51位)
人体	3×10⁻⁹% (排名：第41位)	人体	1×10⁻⁷% (排名：第39位)

发现历史

　　史前营慢讨容吧临几世药天然裂变

　　1972年，法国物理学家弗朗西斯·佩兰（Francis Perrin）分别在西非加蓬奥克洛的3个矿床中，发现了15处古天然核反应堆，今天已不再活跃。该矿床的年龄为17亿年，当时地球上的铀中，铀-235占3%。在适当环境晶件应之交成半了扬坚日下，这足以激发并维持核连锁反应。

　　史前应用

　　人类最早使用铀的天然氧推房仍轻赶化物，可以追溯到公元79年以前。当时氧化铀被用来为陶瓷上黄色的彩釉。1912年，牛津大学的R. T. Gu来自nther在意大利那不勒斯湾波希里坡海角（Cape Posillipo）的古罗马别墅中，发现了含1%氧化铀的黄色玻璃。从欧洲中世纪晚期开始还概来演，波希米亚约阿希姆斯塔尔（既今捷克亚希莫夫）的居民就使用哈布斯堡银矿中提取的沥360百科青铀矿来制造玻璃最确加抓松。19世纪初，人们所知的铀矿仅在以上的地点。

　　现代发现

　　铀元素是由德国化学家马丁·克拉普罗特发现的。1789年，他在位于柏四渐林的实验室中，把沥青铀矿溶解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种黄色化合物（可能是重铀酸钠）。克拉普罗特假免标加设这是一种未知元素的氧化物，并用炭进行加热，得出黑色的粉末。他错误地认为这就是新发现的元素，但其实该粉末才是铀的氧化物。他以威廉·赫歇尔在八年前发现的天王星（Uranus观太文统）来命名这种新元素，而天王星本身是省激丝研雷以希腊神话中的天神乌拉诺斯命名的。同样地，铀之后的镎（Neptunium）以海王星（Neptune）命名，其后的钚（Plutonium即字类握为强出岁歌原）则以冥王星（Pluto）都足齐联命名。从1789年发现铀元素到1896年认识铀的放射性为止，经历了一百多年的时间。这时期对铀元素的研展赶延席三愿基个晚精究只是阐明它的化学性质，以及寻找含铀的原生和次木家延击百望武提施生矿物。在纺织工业、玻璃工业和陶瓷工业中染色剂，或是在电子管制造工业中的除气剂，但所需数量极少。

　　1841年多从，巴黎中央工艺学校（Conservatoire National des 较Arts et Métiers）分析化学教授尤金-梅尔希奥·皮里哥把四氯化铀和钾一同加热，首次分离出铀金属。19世纪时人们意识不到铀的危险性，岁住波本速景种长积因此发展了各种铀的日常应假投虽药层才用，其中包括历史流传下来的陶瓷和玻璃上色。

　　1896年，亨利·贝可勒尔在位于巴黎的实验室中，使用铀元素发现了放射性。贝可勒尔将硫酸铀钾盐（K₂UO₂(SO₄)₂）放在照相底片上，并置于抽屉当中。取出之后，他发争满印掉测里战燃副觉底片出现了雾状影像。他得出结论，铀会发出一种不可见光或射线，在底片上留下了影像。

基本性质

　　物理性质

　　铀是元素周期表中第七周期MB族元素，锕系元素之一，是重要的天然放射性元素，元素符号U，原子序数92，原子量238.0289。在整个元素序列中，大约到铁的位置以后，每个原子核都有分裂的趋势，只是由于闸门阻止着才未分裂。在自然界发现的最后一个元素铀，有最弱的闸门，1936年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在实验中第一次打破的，就是这个元素。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，电阻率30.8X10⁻⁸n"m，抗拉强度450MPa，屈服强度207MPa，弹性模数172GPa。铀的热中子吸收截面为7.60b，铀有15种同位素，其原子量从227～240。所有铀同位素皆不稳定，具有微弱放射性。铀的天然同位素组成为：²³⁸U（自然丰度99.275%，原子量238.0508，半衰期4.51×10⁹a)，²³⁵U（自然丰度0.720%，原子量235.0439，半衰期7.00×10⁸a)，²³⁴U（自然丰度0.005%，原子量234.0409，半衰期2.47×10⁵a)。其中235u是惟一天然可裂变核素，受热中子轰击时吸收一个中子后发生裂变，放出总能量为195MeV，同时放2～3个中子，引发链式核裂变；²³⁸U是制取钚的原料，当它吸收一个慢中子，后，可以形成239U，生成的239U很不稳定，可以发生两次β衰变生成239Pu，239Pu可以为慢中子所裂变，因而它也是一种潜在的核燃料。

　　化学性质

　　铀的外电子层构型为[Rn]5f³6d¹ 7s²，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。铀既是放射性毒物，也是化学毒物。天然铀是中毒性元素。铀的化合物的毒性与化合物的形式、解离度、分散度、价态以及进入人体的途径等因素有关。通常认为，可溶性铀化合物毒性强于难溶性化合物。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。

分布范围

　　铀通常被人们认为是一种稀有金属，尽管铀在地壳中的含量很高，比汞、铋、银要多得多，但由于提取铀的难度较大，所以它注定了要比汞这些元素发现的晚得多。尽管铀在地壳中分布广泛，但是只有沥青铀矿和钾钒铀矿两种常见的矿床。

　　地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含3.5克铀。在地壳的第一层（距地表 20 km）内含铀近 1.3×10¹⁴ 吨。依此推算，一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低，每吨海水平均只含3.3毫克铀，但由于海水总量极大(海水中总含铀量可达 4.5×10⁹ 吨)，且从水中提取有其方便之处，所以目前不少国家，特别是那些缺少铀矿资源的国家，正在探索海水提铀的方法。海水提铀的关键是吸附剂的制备，已研究过的吸附剂包括水合氧化钛、氢氧化铝、碱式碳酸锌、方铅矿以及含活性炭、Zn、Pb和氢氧化钛的复合物，对铀的最高吸附量可达1g吸附剂吸收810μg铀

铀

　　由于铀的化学性质很活泼，所以自然界不存在游离的金属铀，它总是以化合状态存在着，由于铀的亲氧和两性性质，它总是以四价或六价离子与其它元素化合而存在。已知的铀矿物或含铀矿物有约500种，其中矿物组成恒定、铀含量恒定的铀矿物近200种，但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种，其中最重要的有沥青铀矿（主要成分为八氧化三铀）)、晶质铀矿（二氧化铀）、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光。正是铀矿物（铀化合物）这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。

　　虽然铀元素的分布相当广，但铀矿床的分布却很有限。铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。据估计，已探明的工业储量到1972年已超过一百万吨。中国铀矿资源也十分丰富。

　　铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性，但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此，铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点：若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强，就说明那个地区可能有铀矿存在。

基本用途

铀

　　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。

铀的主要分析方法

　　许多反应可以做铀的定性鉴定，常用的有下列几种：

　　①亚铁氰化钾与铀酰离子生成红棕色的K2UO2Fe(CN)6沉淀，三价铁离子和铜离子干扰，须预先除去。此法很灵敏，点滴反应可检测至1ppmU

　　②磷酸氢二铵与铀酰离子形成不溶于醋酸的淡黄色UO2HPO4沉淀；磷酸三铵得到更难溶的化合物NH4UO2PO4

　　③硝酸铊固粒加入铀酰盐的碳酸铵溶液中，形成淡黄色斜方晶体TlUO2(CO3)3，加入亚铁氰化钾时，铀变成棕色，从而与钍的晶型相区别。本法可在显微镜下做鉴定。

　　尚有紫外线荧光法、发射光谱法等鉴定铀。光谱法的特征谱线为4244.35Å、4090.14Å和3149.12Å等。

　　铀的定量分析方法很多，选用哪一种方法，主要取决于分析样品的性质和铀的含量，下面简述几种

　　①重量法。将铀沉淀为氢氧化物、UO4·4H2O或适当的盐类，然后灼烧成八氧化三铀称重。过氧化铀（UO4·4H2O）沉淀法的选择性较好；六价铀可以沉淀为8-羟基喹啉盐；四价铀可以沉淀为草酸盐、铜铁试剂盐等，最后灼烧成八氧化三铀。重量测定法只适用于铀的常量分析。

　　②容量法。利用铀的氧化还原性质，先将铀转变为正四价，再用标准氧化剂（可以使用高锰酸钾、重铬酸钾、硫酸铈和NH4VO3等）滴定至终点。此法有较好的选择性和精密度，适宜于常量或半微量铀的分析。尚有EDTA络合滴定法测定铀。

　　③分光光度法。常用的有偶氮胂Ⅲ法、氯磷偶氮Ⅲ法、2-（5-溴-2-吡啶偶氮）-5-二乙胺基苯酚（即Br-PADAP）法和4-（2-吡啶偶氮）间苯二酚（即PAR）法等。其中，偶氮胂Ⅲ法对铀酰根的摩尔消光系数ε=7.55×10^4（λ=665nm）；对四价铀离子的ε=1.27×10^5（λ=665nm）。

　　④荧光法。微量的铀与NaF熔融后，在紫外光的作用下熔体能发荧光，根据熔体荧光的强弱测定铀含量。灵敏度可达10^-10，若使用激光诱发磷光法，灵敏度可达0.05ppb，可用于尿铀分析。