化学元素铀：性质、特性、公式。铀的提取及应用

[sohanuzzaman50]

铀是锕系化学元素，原子序数为92，是最重要的核燃料。其在地壳中的浓度约为百万分之二。重要的铀矿物有八氧化铀（U3O8 ）、铀矿（UO2 ）、钾钒铀矿（钒酰钾铀酸盐）、钾钒铀矿（磷酸铀酰钾）、钾钒铀矿（磷酸氢铜铀酰）。这些铀矿石和其他铀矿石是核燃料的来源，其所含能量比所有已知的化石燃料矿藏高出许多倍。 1公斤铀92U提供的能量相当于300万公斤煤。

发现史
化学元素铀是一种致密的银白色固体金属。它具有延展性、柔韧性并且易于抛光。在空气中，金属在基态下氧化并着火。它的导电性相对较差。铀的电子式为7s2 6d1 5f3。

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尽管该元素是在 1789 年由德国化学家马丁·海因里希·克拉 菲律宾电报数据库 普罗特 (Martin Heinrich Klaproth) 发现的，并以当时刚发现的天王星命名，但这种金属本身却是在 1841 年由法国化学家欧仁-梅尔基奥·佩利戈 (Eugène-Melchior Peligo) 通过还原四氯化铀 (UCl4) 中的钾而分离出来的。

化学元素铀

放射性
1869年，俄国化学家德米特里·门捷列夫创建了元素周期表，铀是已知元素中最重的元素，直到1940年发现镎。1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔发现了镎的放射性现象。后来许多其他物质也发现了这种特性。现在已知放射性铀的所有同位素都是由238 U（99.27%，半衰期 - 4,510,000,000 年）、235 U（0.72%，半衰期 - 713,000,000 年）和234 U（0.006%，半衰期 - 247,000 年）的混合物组成的。例如，这可以确定岩石和矿物的年龄，以研究地质过程和地球的年龄。 为了做到这一点，他们测量了铅的含量，铅是铀放射性衰变的最终产物。在这种情况下，238 U 是起始元素，234 U 是产品之一。 235 U产生一系列锕衰变。

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开业连锁反应
1938 年末，德国化学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼在用慢中子轰击铀时发现铀中存在核裂变，此后铀这种化学元素引起了广泛关注和深入研究。 1939年初，意大利裔美国物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）提出，原子裂变产物中可能存在能够产生链式反应的基本粒子。 1939年，美国物理学家利奥·西拉德和赫伯特·安德森以及法国化学家弗雷德里克·约里奥-居里及其同事证实了这一预测。后续研究表明，平均而言，当一个原子核分裂时，会释放出2.5个中子。这些发现导致了第一个自持链式核反应（1942 年 2 月 12 日）、第一颗原子弹（1945 年 7 月 16 日）、原子弹的首次使用（1945 年 6 月 8 日）、第一艘原子潜艇（1955 年）和第一座全尺寸核电站（1957 年）的诞生。

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铀92

氧化状态

化学元素铀是一种强电正性金属，可与水发生反应。它溶于酸，但不溶于碱。重要的氧化态是+4（如UO2氧化物、四卤化物如UCl4和绿色水离子U4 +）和+6（如UO3氧化物、UF6六氟化物和铀酰离子UO22 + ）。在水溶液中，铀以铀酰离子的形式最稳定，其结构为线性结构[O = U = O] 2+。该元素也有+3和+5状态，但它们不稳定。红色的U3 +在不含氧的水中慢慢被氧化。UO2 +离子的颜色未知，因为即使在非常稀的溶液中它也会发生歧化（UO2 + 同时还原为 U4 +并氧化为 UO22 + ） 。

核燃料
当暴露于慢中子时，铀原子会发生裂变，产生比较稀有的同位素235 U。它是唯一必须与238 U同位素分离的天然可裂变材料，但经过吸收和负β衰变后，铀238会转化为合成钚，然后在慢中子作用下分离出来。因此，天然铀可用于转换反应堆和精炼炉，在这些反应堆和精炼炉中，裂变维持在稀有的235 U，在238 U嬗变的同时生成钚。从自然界中广泛分布的同位素钍232，可以裂变合成233U，用作核燃料。铀作为合成超铀元素的主要原料，也发挥着重要作用。