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鈾

Wikipedia · 2026-07-15 维基百科 👁 1 阅读

**'（），是一種化學元素，其化學符號为U，原子序數为92，原子量為，属于锕系元素。鈾是一種密度大的銀白色重金屬，具有微放射性，其密度比鉛高出大約70%，比金和鎢低。鈾金屬具有相當的反應性，在空氣中表面會形成深灰色氧化層。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。

已知的鈾同位素都不稳定，其中以最長壽的鈾-238（半衰期44.7億年）和鈾-235（半衰期7.04億年）在自然界中最為普遍。鈾是在地球上大量存在的中原子序最高的，原子序大於鈾的超鈾元素由於半衰期較短，從地球誕生至今早已衰變殆盡，且現今自然界中也缺乏形成它們的途徑或機制，因此都是以人工合成的方法发现的，僅有錼和鈽等原子序較小的超鈾元素被發現在鈾礦中痕量生成。自然界中的鈾以三种同位素的形式存在：鈾-238（占天然鈾的99.2739至99.2752%）、鈾-235（占0.7198至0.7202%）、和微量的鈾-234（占0.0050至0.0059%）。天然鈾在衰變時會釋放出α粒子。由於天然鈾同位素的半衰期極長，因此它们被用于估算地球的年齡。

鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一易分裂的天然鈾同位素，可被慢中子撞击而裂变，如果其质量超过临界质量，就都能夠維持核連鎖反應，在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它廣泛被用於核能發電以及生产核武器。然而，其在大自然存在的濃度很低，必須經過濃縮方可使用。耗尽鈾-235后的发电原料被称为貧鈾（組成以鈾-238為主），可用做钢材添加剂，製造贫铀弹和裝甲。鈾-233也是一種易分裂同位素，唯自然存量極少，一般由天然的釷-232製備。鈾-238自發裂變的機率极低，但快中子撞擊可诱导其裂變，屬於增殖性材料，即能在核反應爐中經核嬗變成為易分裂的鈈-239。

1789年，馬丁·克拉普羅特在瀝青鈾礦中發現鈾元素，並將其以天王星（Uranus）命名。首次分離出鈾金屬。當時鈾被用作玻璃和陶瓷的著色劑，能产生檸檬黃色至綠色，稱為鈾玻璃，而鈾玻璃在紫外線照射下會散發綠色瑩光。早期攝影曾使用鈾為照片著色和暈渲。1896年，亨利·貝可勒爾發現鈾的放射性。1934年起恩里科·費米、奧托·哈恩、莉澤·邁特納及羅伯特·歐本海默等人進行研究，使鈾成為核能工業所用的燃料和用於轟炸廣島的小男孩原子彈原料。冷戰期間美國和蘇聯進行軍備競賽，生產數萬個含鈾或衰變產物為鈾-235的鈈-239的核武器。苏联解体后苏联核武器的安全问题受到公众的关注。

特性
提純後的鈾金屬呈銀白色，屬硬度較高的元素之一。

鈾金屬具延展性，呈輕微順磁性，電正性高，電導率低。鈾金屬的密度非常高，它比鉛金屬高70%，但比金及鎢稍低。

幾乎所有非金屬元素及其化合物都可與鈾發生反應，反應活性隨溫度而提高。 铀可快速溶于室温下的盐酸，而硝酸在加热条件下也可将铀溶解，而除氫氯酸外的非氧化性酸對鈾的侵蝕則很慢。首次用於戰爭中的核彈小男孩原子彈使用的便是鈾元素的核裂變反應，而三位一体核试验首個核彈“小工具”（The Gadget）及摧毀長崎的胖子原子彈用的則是鈈元素。

鈾金屬具有三種同素異形體：

  • α型：正交晶系，穩定溫度上限為660 °C
  • β型：四方晶系，穩定溫度區間為660 °C至760 °C
  • γ型：體心立方，從760 °C至熔點，此形態的延展性最高。

化合物
氧化態與氧化物
氧化物
氧鈾系統中物質的相態非常複雜。鈾的最常見氧化態為鈾(IV)和鈾(VI)，分別對應於二氧化鈾（）和三氧化鈾（）。其他存在的氧化物還有一氧化鈾（UO）、五氧化二鈾（）、過氧化鈾（）等等。

八氧化三鈾（）和二氧化鈾（）是鈾最常見的氧化物。這兩種氧化物都是固體，不易溶於水，在許多化學環境下都相對穩定。八氧化三鈾是最穩定的鈾氧化物，也是自然界中最常見的一種。二氧化鈾則是核反應爐中最常用的鈾燃料。在環境溫度下，會逐漸轉變為。因為鈾的氧化物都較穩定，所以鈾是以氧化物的形態儲存和棄置的。

水溶化學
鈾具有不同氧化態的鹽，當中不少都溶於水，可在水溶液中進行研究。鈾的最常見離子態為（棕紅色）、（綠色）、（不穩定）及（黃色），分別對應於U(III)、U(IV)、U(V)和U(VI)。鈾(II)氧化態有UO和US等固態及半金屬化合物，但沒有可溶的簡單離子。離子不穩定，會從水中釋放出氫氣。鈾(VI)態對應鈾醯（）離子，有碳酸鈾酰、氯化鈾酰和硫酸鈾酰等化合物。能和各種有機螯合劑形成配合物，其中醋酸鈾酰最為常見。。

碳酸鹽
當鈾(VI)溶於碳酸鹽溶液而非純水中時，其普爾貝圖會因與碳酸離子的交互作用而有很大的變化。雖然大部分碳酸鹽都不溶於水，但碳酸鈾卻是可溶的。這是由於鈾(VI)陽離子可以與兩個氧化物及至少三個碳酸鹽形成陰離子配合物。

參見

  • 各國鈾儲備量列表
  • 核工程
  • 核燃料循環
  • 原子核物理學

参考文献
书籍
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外部連結

#化学元素 #第7周期元素 #锕系元素 #铀

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