铀的基本性质课件.ppt

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1、第二章铀元素及铀矿物的基本特征第一节铀元素性质及铀的分布第二节铀矿物的基本特征二、铀元素化学性质一、铀元素物理性质第一节铀元素性质及铀的分布三、铀在地壳中的分布及存在形式一、铀元素物理性质U的原子序数是92，原子量是238，在自然界中有三种同位素，即U238、U235和U234，其丰度分别为99.2739％、0.7205％和0.0056％。铀的三种同位素都有放射性，能够自发地蜕变成另一种原子核，同时放出射线，它们的半衰期分别是4.5×109a、7.3×108a和2.6×105a。铀测年法图解铀的密度很大，也与其变体有关，在常温下α铀的密度值为19.05g

2、/cm3。根据此值计算出铀的原子体积为12.5cm3/mol。铀的其他物理性质列入表1。金属铀可用还原法或电解法制取。纯金属铀外貌象钢，呈银白色，具金属光泽，微带淡蓝色色调。粉末状金属铀由于受到氧化呈灰黑色。熔点是1405℃。铀的硬度比铜稍低，其布氏硬度为240－260kg/mm2。硬度随着温度升高而减小，并且与铀的变体有关。γ铀的硬度最小，以至不能用布氏硬度测量。性质单位特征值性质单位特征值熔点℃1132.3导热率卡/厘米·秒·度0.064熔化热卡/摩尔2700.0磁化率电磁单位/g1.74×10－6升华热千卡/摩尔129.0电阻率微欧姆·cm30.0

3、比热千卡/摩尔0.028电导（0－20℃）微欧－10.034沸点℃3818气化热千卡/摩尔110密度g/cm319.05原子体积cm3/摩尔12.5表1　金属铀的物理性质（引自王剑锋，1986）金属铀在一定的温度和压力下发生相变。在1.013×105Pa条件下，α铀在667.7℃相变成β铀；当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成γ铀。α、β、γ三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa，温度是798℃。当压力超过29.8×108Pa时，α铀直接转变为γ铀。铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。同素异形体α－Uβ－Uγ－U存在温度（℃）（1×105Pa）

4、﹤667.7667.7－774.8774.8－1132.3晶体结构斜方a=2.854Åb=5.869Åc=4.955Å四方a=b=10.754Åc=5.6525Å体心立方a=3.534Åa=b=c密度（g/cm3）19.0518.1317.91机械性质延展性脆性塑性表2　铀的三种同素异形体的特性（引自王剑锋，1986）二、铀元素化学性质铀位于周期表第三族，属锕系元素（锕系元素为89Ac－103Lr），作为锕系元素，其电子层结构有一明显的特点，即具有三个不饱和的电子层－最外层（Q）、次外层（P）和外数第三层（O）；并且最外层电子相等，只有两个电子（7S电子

5、），次外层中除钍（Th）有两个6d电子外，其它元素只有一个d电子或没有d亚层。外数第三层（5f亚层）从镤（91号）到铹（103号）逐渐被填满。锕系元素包括如下：89Ac90Th91Pa92U93Np94Pu95Am96Cm97Bk锕　钍　镤铀镎　　钚　　镅　　锔　　铻98Cf99Es100Fm101Md102No103Lr锎锿　　镄　　钔　锘　铹价电子层结构为5f36d17s2，成键的价电子为最外层的2个s电子，次外层的1个d电子和外数第三层的3个f电子。根据电子的丢失程度不同，可呈现不同的价态。如+3、+4、+5、+6几种价态，所以铀具有变价的特性。铀

6、是92号元素，它的电子结构为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d11、铀的稳定氧化态铀在参与化学反应时，价电子层失去电子的顺序是先失去7s亚层电子和6d亚层电子而显＋3的氧化态，再失去部分或全部5f亚层电子而显+4、+5、+6的氧化态，其中+4和+6的氧化态比较稳定，+3和+5的氧化态不稳定。UO22+＋0.052VUO2＋＋0.612VU4＋－0.607U3＋－1.796U+0.334V(在HCl溶液中)①铀的标准电极电位：在25℃，pH=1的强酸性介质中：图中最右端为还原

7、物质，左端为氧化物质。电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零，反应可自发进行，关系式成立。在碱性溶液中的电极电位均小于零，说明碱性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。即在碱性溶液中铀很容易被氧化。UO2(OH)2－0.49VU(OH)4－2.14VU(OH)3－2.17VU在25℃，pH=14的强碱性介质中：U3＋＋3e=UE°=-1.796V（酸性条件）E°=-2.17V（碱性条件）U4＋＋e=U3＋E°=-0.607V（酸性条件）E°=-2.17V（碱性条件）U、U3＋在酸碱性溶液中都是强还原剂，在没有其它氧化剂的条件下，两者都可以把水中的H＋还原成

8、H2，而其本身则被氧化成U4＋离子，说明U、U3＋在水溶液中不能稳定存在。②U、