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| 鈾元素 | |
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鈾元素， 鈾的外觀銀白色金屬，是重要的天然放射性元素，也是最重要的核燃料，元素符號U。鈾於1789年由德國化學家克拉普羅特從瀝青鈾礦中分離出，並用1781年發現的天王星Uranus將其命名為Uranium。鈾在接近絕對零度時有超導性， 有延展性，並具有微弱放射性。1938年發現鈾核裂變後，其開始成為主要的核原料，也開始被用作熱核武器氫彈的引爆劑。
基本信息
元素中文名稱：鈾（yóu）
元素英文名稱：Uranium
元素符號：U [1]
原子序數：92
原子量：238.02891 [2]
族丨周期丨區：n/a丨7丨f
元素類別：錒系金屬
電子構型：[Rn]7s²5f³6d¹
2,8,18,32,21,9,2
半衰期：447萬年
命名：以天王星的名稱Uranus命名
發現：1789年由馬丁·克拉普羅特（Martin Heinrich Klaproth）於德國柏林發現；1841年由Eugène-Melchior Péligot於法國巴黎首次提純
CAS號：7440-61-1
元素性質
物理性質
材料性質
物態（S.T.P）丨顏色 固體丨銀白色 密度丨液體密度 19.05 g/cm³ (排名：第9位)丨17.3 g/cm³ 摩爾體積 12.495 cm³/mol 莫氏硬度丨維氏硬度丨布氏硬度 6丨1960 MPa (排名：第8位)丨2400 MPa (排名：第5位) 剪切模量丨楊氏模量丨體積模量 111 GPa丨208 GPa (排名：第11位)丨100 GPa (排名：第23位) 泊松比 0.23 (排名：第47位) 聲速 3155 m/s (排名：第32位) 膨脹係數 13.9 µm·m⁻¹·K⁻¹ (排名：第21位) 熱導率
27.5 W/(m·K) (排名：第45位) 熱力性質
熔點 1405.3 K 1135 ℃ (排名：第41位) 沸點 4404 K 3927 ℃ (排名：第17位) 熔化熱丨汽化熱 9.14 kJ/mol (排名：第34位)丨420 kJ/mol (排名：第20位) 比熱容 27.665 J/(mol·K) (排名：第84位) 電磁性質
電氣類型 導體 電阻率 2.8×10⁻ ⁷ Ω·m 電導率 3.6×10⁶ S/m 磁性 順磁性
質量磁化率丨摩爾磁化率 2.16×10⁻⁸ m³/kg丨5.14×10⁻⁹ m³/mol 逸出功 (3.63 to 3.9) eV 超導點 0.68 K 摺疊原子性質 反應性質
氧化態 6 5 4 3 2 1 電負性 1.38（鮑林標度） 電離能 第一：597.6 kJ/mol 第二：1420 kJ/mol 原子性質
能項符號 ⁵L₆ 原子半徑 175 pm 共價半徑 196±7 pm 范德華半徑 186 pm 電子構型 晶體結構
核性(最長壽命同位素）
半衰期 447萬年 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種） 壽命 645萬年 (排名：第36位) 比放射性 12.44 kBq/g 衰變模式 α 放射 核自旋 ²¹⁷U：1/2⁻ 中子截面 7.57 b 穩定同位素 無 中子質量吸收 5×10⁻⁴ m²/kg 同位素豐度 ²³⁸U：99.2745%丨²³⁵U：0.72%丨²³⁴U：0.0055%
豐度數據
宇宙 1×10⁻¹º% (排名：第78位) 宇宙 2×10⁻⁸% (排名：第79位) 太陽 4×10⁻¹º% (排名：第70位) 太陽 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) 地殼 1.5×10⁻⁵% (排名：第56位) 地殼 1.8×10⁻⁴% (排名：第51位) 人體 3×10⁻⁹% (排名：第41位) 人體 1×10⁻⁷% (排名：第39位)
發現歷史
史前天然裂變
1972年，法國物理學家弗朗西斯·佩蘭（Francis Perrin）分別在西非加蓬奧克洛的3個礦床中，發現了15處古天然核反應堆，今天已不再活躍。該礦床的年齡為17億年，當時地球上的鈾中，鈾-235占3%。在適當環境下，這足以激發並維持核連鎖反應。
史前應用
人類最早使用鈾的天然氧化物，可以追溯到公元79年以前。當時氧化鈾被用來為陶瓷上黃色的彩釉。1912年，牛津大學的R. T. Gunther在意大利那不勒斯灣波希里坡海角（Cape Posillipo）的古羅馬別墅中，發現了含1%氧化鈾的黃色玻璃。
從歐洲中世紀晚期開始，波希米亞約阿希姆斯塔爾（既今捷克亞希莫夫）的居民就使用哈布斯堡銀礦中提取的瀝青鈾礦來製造玻璃。19世紀初，人們所知的鈾礦僅在以上的地點。
現代發現
鈾元素是由德國化學家馬丁·克拉普羅特發現的。1789年，他在位於柏林的實驗室中，把瀝青鈾礦溶解在硝酸中，再用氫氧化鈉中和，成功沉澱出一種黃色化合物（可能是重鈾酸鈉）。
克拉普羅特假設這是一種未知元素的氧化物，並用炭進行加熱，得出黑色的粉末。他錯誤地認為這就是新發現的元素，但其實該粉末才是鈾的氧化物。
他以威廉·赫歇爾在八年前發現的天王星（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，鈾之後的鎿（Neptunium）以海王星（Neptune）命名，其後的鈈（Plutonium）則以冥王星（Pluto）命名。
1841年，巴黎中央工藝學校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化學教授尤金-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世紀時人們意識不到鈾的危險性，因此發展了各種鈾的日常應用，其中包括歷史流傳下來的陶瓷和玻璃上色。
1896年，亨利·貝可勒爾在位於巴黎的實驗室中，使用鈾元素髮現了放射性。貝可勒爾將硫酸鈾鉀鹽（K₂UO₂(SO₄)₂）放在照相底片上，並置於抽屜當中。取出之後，他發覺底片出現了霧狀影像。他得出結論，鈾會發出一種不可見光或射線，在底片上留下了影像。
基本性質
物理性質
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，只是由於閘門阻止着才未分裂。
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。鈾原子有92個質子和92個電子，其中6個是價電子。
鈾是銀白色金屬，熔點1132.5℃，沸點3745℃，密度18.95g/cm³，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4.51×10⁹a)，²³⁵U（自然豐度0.720%，原子量235.0439，半衰期7.00×10⁸a)，²³⁴U（自然豐度0.005%，原子量234.0409，半衰期2.47×10⁵a)。
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個中子，引發鏈式核裂變；²³⁸U是製取核燃料鈈的原料。
化學性質
鈾的外電子層構型為[Rn]5f³6d¹ 7s²，有+3，+4，+5，+6四種價態，其中+4和+6價化合物穩定。鈾的化學性質活潑，能和所有的非金屬作用（惰性氣體除外），能與多種金屬形成合金。空氣中易氧化，生成一層發暗的氧化膜。
高度粉碎的鈾空氣中極易自燃，塊狀鈾在空氣中易氧化失去金屬光澤，在空氣中加熱即燃燒，鈾能與所有非金屬反應，250℃下和硫反應，400℃下和氮反應生成氮化物，1250℃下和碳反應生成碳化物，250～300℃下和氫反應生成UH₃，UH₃在真空350～400℃下分解，放出氫氣。
鈾與鹵素反應生成鹵化物，鈾能與汞、錫、銅、鉛、鋁、鉍、鐵、鎳、錳、鈷、鋅、鈹作用生成金屬間化合物，金屬鈾緩慢溶於硫酸和磷酸，有氧化劑存在時會加速溶解，鈾易溶於硝酸，鈾對鹼性溶液呈惰性。
但有氧化劑存在時，能使鈾溶解，鈾及其化合物均有較大的毒性，空氣中可溶性鈾化合物的允許濃度為0.05mg/m³，不溶性鈾化合物允許濃度為0.25mg/m³，人體對天然鈾的放射性允許劑量，可溶性鈾化合物為7400Bq，不溶性鈾化合物為333Bq。
分布範圍
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，所以它註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 1.3×10¹⁴ 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，但由于海水總量極大(海水中總含鈾量可達 4.5×10⁹ 噸)，且從水中提取有其方便之處，所以目前不少國家，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。
由於鈾的化學性質很活潑，所以自然界不存在游離的金屬鈾，它總是以化合狀態存在着。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（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熒光。正是鈾礦物（鈾化合物）這種發熒光的特性，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別強，就說明那個地區可能有鈾礦存在。
基本用途
在居里夫婦發現鐳以後，由於鐳具有治療癌症的特殊功效，鐳的需要量不斷增加，因此許多國家開始從瀝青鈾礦中提煉鐳，而提煉過鐳的含鈾礦渣就堆在一邊，成了「廢料」。然而，鈾核裂變現象發現後，鈾變成了最重要的元素之一。這
些「廢料」也就成了「寶貝」。從此，鈾的開採工業大大地發展起來，並迅速地建立起了獨立完整的原子能工業體系。
元素周期表
主族元素 硼(5) 硅(14) 鍺(32) 砷(33) 銻(51) 碲(52) 釙(84) 鋰(3) 鈉(11) 鉀(19) 銣(37) 銫(55) 鈁(87) 鈹(4) 鎂(12) 鈣(20) 鍶(38) 鋇(56) 鐳(88) 鋁(13) 銦(49) 鎵(31) 錫(50) 鉈(81) 鉛(82) 鉍(83) Uut(113) Uuq(114) uup(115) Uuh(116) Uus(117) 氦(2) 氖(10) 氬(18) 氪(36) 氙(54) 氡(86) Uuo(118) 氟(9) 氯(17) 溴(35) 碘(53) 砹(85) 氫(1) 碳(6) 氮(7) 氧(8) 磷(15) 硫(16) 硒(34) 副族元素 鑭(57) 鈰(58) 鐠(59) 釹(60) 鉕(61) 釤(62) 銪(63) 釓(64) 鋱(65) 鏑(66) 鈥(67) 鉺(68) 銩(69) 鐿(70) 鑥(71) 錒(89) 釷(90) 鏷(91) 鈾(92) 鎿(93) 鈈(94) 鎇(95) 鋦(96) 錇(97) 鐦(98) 鎄(99) 鐨(100) 鍆(101) 鍩(102) 鐒(103) 鈧(21) 鈦(22) 釩(23) 鉻(24) 錳(25) 鐵(26) 鈷(27) 鎳(28) 銅(29) 鋅(30) 釔(39) 鋯(40) 鈮(41) 鉬(42) 鍀(43) 釕(44) 銠(45) 鈀(46) 銀(47) 鎘(48) 鉿(72) 鉭(73) 鎢(74) 錸(75) 鋨(76) 銥(77) 鉑(78) 金(79) 釒盧(104) 釒杜(105) 釒喜(106) 釒波(107) 釒黑(108) 釒麥(109) 鐽(110) 錀(111) 鎶(112) 汞(80)