铀

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简介

铀于1841年由法国化学家欧仁·梅尔希奥·佩利戈首次分离出来。这种元素在19世纪被广泛用于各种用途，例如使玻璃呈现出黄绿色调，也被称为凡士林玻璃。1896年，科学家亨利·贝克勒尔首次发现了它的放射性。这一发现随后在1934年由恩里科·费米进行了进一步研究。这项研究有助于发现由铀同位素U-235引起的核裂变。

什么是铀？

图1：铀的原子结构

Pumbaa（格雷格·罗布森的原创作品），电子层 092 铀，CC BY-SA 2.0 UK

铀是一种放射性元素，其性质并不十分强烈。铀用U表示，其原子序数为92。它是一种重金属，具有高度集中的能量来源。它是一种非常常见的元素，像锡和钨一样，存在于各种岩石中，浓度为2-4 ppm。它也存在于海水中。

铀：发现

德国化学家马丁·克拉普罗斯于1789年首次发现了铀。他在检查来自约阿希姆斯塔尔银矿的沥青铀矿样品时，发现了一种氧化铀。该矿以前位于波希米亚，现在位于捷克。克拉普罗斯最初称这种元素为铀。这个名字的灵感来自于天王星。

铀的化学性质

铀的化学性质如下：

• 它属于锕系元素。

• 它位于元素周期表第七周期和f区。

• 该元素的原子序数为92。

• 该分子的状态在20°C时为固态。

• 铀的电子构型为[Rn] 5f³6d¹7s²。

• 它的ChemSpider ID为22425。这是一个免费的化学结构数据库。

• 铀的熔点和沸点分别为1135°C、2075°F、1408 K和4131°C、7468°F、4404 K。

• 该元素的密度为19.1 g cm⁻³。

• 它的相对原子质量为238.029。

• ²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U是其主要的同位素。

• 铀的CAS号为7440-61-1。

铀的物理性质

铀的物理性质如下：

• 纯铀的颜色为银色，它在空气中会迅速氧化。

• 天然铀矿是其两种同位素的混合物。U-238占99.3%，其余为U-235。

• 铀是地球上最重的天然元素之一，这取决于原子核质量的增加。水的密度比铀低18.7倍。

• 铀有多种同位素，它们以不同的形式存在。

• 由于其高密度，它可用作飞机控制面的配重和辐射屏蔽。

• 大约66亿年前，铀首次在地球上形成。它在太阳系中并不常见，但它具有缓慢的放射性衰变，会产生热量。这种热量产生通常会导致大陆漂移和对流。

铀：应用

图2：铀的应用

铀通常用作核电站发电的燃料。它还为世界提供了近14%的电力。其他主要用途如下：

• 医学：它用作放射性元素，注入人体内以杀死特定器官中的癌细胞。

• 食品工业：它用于对容器进行灭菌，杀死害虫、寄生虫和细菌，从而使食物保持新鲜。

• 航天工业：宇航员在太空中远离太阳，而铀是产生热量的绝佳替代品。

• 工业部门：铀用于X射线、冶金、航空和汽车工业。

• 文化和历史：该元素用于考古学中测量特定样品的年龄。

铀的影响

铀的影响可以分为三个部分。

对矿工的影响

在铀矿场作业的人们会直接接触到铀。为矿工采取的安全措施是基于其财务状况的。它很少基于公共卫生福利。因此，矿场上的矿工直接暴露于影响其健康的放射性同位素。

对普通民众的影响

铀矿开采产生的危险废物会污染环境。即使没有直接接触，饮用危险废水或吸入粉尘也会导致普通民众患上各种致命疾病，包括癌症。

对环境的影响

铀及其放射性同位素产生的热量会导致大陆漂移。在尾矿上生长的植物会产生含有放射性物质的蔬菜。

结论

铀富含放射性特性，因此对人体健康有害。铀最初在战争中被用作核武器。然而，铀也有一些有益的用途。它可以用作治疗癌症的药物，以及杀死细菌和害虫的消毒剂。一些汽车公司发现，对于氨的生产，铀比铁更有效的催化剂。硝酸铀用于照相显影剂。铀的化合价通常为+4或+6。

常见问题

问1. 铀衰变需要多少年？

答：铀经历非常缓慢的放射性衰变。铀同位素U-238的半衰期为45亿年。

问2. 铀何时变得安全？

答：铀及其相关的衰变产物，如钍-230和镭-226，将持续数千年具有危险性和放射性。然而，大约500年后，这些产物的放射性水平将降低。

问3. 铀的膳食来源是什么？

答：块根类蔬菜，如土豆和甜菜，含有大量的铀。牛肉、鸡蛋、牛奶、贝类和鱼类也含有铀。

问4. 哪个地方的铀产量最高？

答：哈萨克斯坦是全世界铀产量最高的国家。2019年，其铀产量占全球的43%。在哈萨克斯坦之后，加拿大和南极洲的铀产量最高。根据目前的用量，铀还能使用80年。