铀(Uranium)处于元素周期表第七周期,是最为常见的锕系元素之一。其原子序数为92,也是天然存在的最重元素。自然界中的铀通常以三种同位素的形式存在:U-238(自然丰度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51×109a),U-235(自然丰度0.720%,原子量235.0439,半衰期7.00×108a),和微量的U-234(自然丰度0.005%,原子量234.0409,半衰期2.47×105a)[3] 。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195 MeV,同时放2~3个中子,引发链式核裂变;238U是制取核燃料钚的原料[4] 。由于铀-235用于核反应堆和核武器中的裂变,天然铀必须采用同位素分离法浓缩铀-235。浓缩的副产品称为“贫化铀”,含有少于1/3的铀-235和铀-234。铀在地壳中平均含量为 2.5×10-6,总埋藏量虽然比金、银、汞、钨、钼、锑、铋等还要多,但是,铀在地下的埋藏十分分散,被称作“分散元素”[5] 。

人类最初使用天然含铀化合物的历史可以追溯到公元79年,当时它被用作陶瓷釉料中的黄色着色剂。在中世纪晚期,沥青铀矿是从银矿中提取出来的,并被用作玻璃制造业的着色剂。这些铀矿物和玻璃在紫外线的照射下能发出强烈的绿色荧光。

直到1789年,铀元素才被德国化学家马丁·克拉普罗特首次发现。他在柏林实验室中将沥青铀矿溶解在硝酸中,接着通过氢氧化钠中和沉淀法得到一种黄色化合物(可能为重铀酸钠),再将其与碳进行混合加热,最终得到一些黑色铀的氧化物粉末,并以1781年发现的天王星(Uranus)来命名此种新元素,即Uranium。

事实上铀的金属单质直到1841年才由巴黎中央工艺学校分析化学教授尤金·梅尔希奥·皮里哥通过将四氯化铀和钾一同加热分离得到。然而,当时的人们并没有认识到铀的放射性。

1896年,法国物理学家亨利·贝可勒尔首次发现了铀具有天然放射性衰变的性质,即铀在衰变的时候会释放出α粒子(铀的几个常见同位素衰变时主要释放的是自由程极短的阿尔法粒子α,并不是危险的伽马射线γ)。与此同时,铀的放射性的发现也促进了它在更多的科学及生活中的应用。例如,利用U-238和U-235极长的半衰期可估算和测定出地球的年龄大约在45.4亿年;通过观察C31082-001恒星中U-238的光谱,可推算出宇宙的年龄大约为125亿年。

1938年圣诞节前夕,德国科学家奥托·哈恩及其助手斯特拉斯曼首次宣布发现了铀的核裂变现象(铀的衰变放射性并无直接关系)。这一发现彻底改变了铀的命运,同时对人类社会产生了深远的影响。自此以后,铀从默默无闻华丽地转变为显著影响着当今政治、军事、能源、环境等各大领域的战略性资源。

相关查询: Uranium 元素周期表 原子序数 自然界 同位素 原子量 238.0508 半衰期 235.0439 234.0409
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