南华大学放射化学天然放射性元素化学详解演示文稿

例3.2、3.3、3.4
3.1 概述——放射性衰变平衡的建立
3.1 概述——放射性衰变平衡的建立
❖2 母体核素的半衰期不太长,但比子体核素的半衰 期长
❖ 暂时平衡 ❖3 母体核素的半衰期比子体核素的半衰期短 ❖ 不平衡
3.2 铀化学
❖ 铀的发现 ❖ 1789年克拉普罗特发现了铀，铀在地壳在的平均含量
56.5℃，此特性被用于气体扩散法富集天然铀中的 235U，UF6是极毒气体，有强烈腐蚀性，对金属腐 蚀性强，对诸如聚四氟乙烯等有机没有腐蚀。
UF4 Fg 300℃UF6
3.2 铀化学——铀的化合物
南华大学放射化学天然放射性元素化 学详解演示文稿
优选南华大学放射化学天然放射性元 素化学
3.1 概述
❖ 放射性核素：具有放射性的核素。 ❖ 放射性元素：全部由放射性核素核素所组成的元素。 ❖ 放射性元素分为天然放射性和人工放射性元素两大类
包括从84号元素(Po)到112号元素以及43Tc和61Pm共30 个。
T1 ,1
T1 ,2
N1 2,1 N 2 2,2 N3
N2
1 2 1
N1,0
e 1t
e 2t
A2
2 2 1
A1,0
e 1t
e2t
3.1 概述——放射性衰变平衡的建立
❖1 当 2 1 长期平衡
N
2
1 2
N 1,0
1
e 2t
A2 A1,0 1 e2t
1N 1 2 N 2
A1 A2
❖ 铀的卤化物 ❖ 铀能与所有的的卤族元素生成从+3~+6价的各种
铀卤化合物。 ❖ U4+的酸性溶液中加入HF，可得UF4的水合物。
在高温下可制备无水的UF4。
UO2 4HFg 500600℃UF4 2H2Og
❖ UF4为绿色晶状物质，俗称“绿盐”。
3.2 铀化学——铀的化合物
❖ 铀的卤化物 ❖ UF6是一种白晶体，易升华，常压下其升华点为
❖ 人工放射系 母体：237Np（ 4n+1）镎系，为人工放射系， T1/2： 2.14×106a 。
3.1 概述——放射系衰变规律
放射系名 称
U系
起始核素 238U
终止核素 206Pb
衰变次数 αβ 86
衰变链中 的射气
222Rn
Ac系
235U
207Pb
74
219Rn
Th系
232 Th
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ8Pb
铀矿石
3.2 铀化学
❖ 铀的主要用途及危害 ❖ 早期，铀仅用作玻璃、陶瓷和珐琅的着色剂。现在
用于制造核燃料。 ❖ 235U、 233U为易裂变的核燃料核素， 238U可以转换
成239Pu，后者为易裂变核燃料核素，反应式为：
238U n, 239U 239Np239Pu
3.2 铀化学
3.2 铀化学
64
220Rn
Np系
237 Np
209Bi
74
无射气存
在
3.1 概述——自然界残存的放射性核素
3.1 概述——放射性衰变的时间规律
❖ 放射性核素A放出粒子x转变成稳定核素B：
ABx
N N 0et
A A0e t
T1 2
ln 2
0.693
例3.1
3.1 概述——放射性衰变平衡的建立
❖ 由母体衰变生成的子体核素常常也是放射性的。
3.1 概述
❖ 天然放射性元素是指在自然界中存在的放射性元 素，它们是84Po、85At、86Rn、87Fr、88Ra、89Ac 、90Th、91Pa和92U等9个元素。
❖ 人工放射性元素是指通过人工核反应生成的放射 元素，包括周期表中U以后的93号元素Np至111号 元素以及43Tc和61Pm等。
最稳定。
而U4+仅能在酸性溶液中稳定
存在，U3+和 UO2 不稳定，在酸性溶液中， U3+是一
种还原性很强的离子，能将水分子中的氢还原成氢
气，而UO2 在酸性溶液中能发生歧化反应。 ❖ 在25℃的1.0mol/LHClO4溶液中，各种价态铀离子
的标准还原电势值是：
3.2 铀化学——铀的水解行为
❖ 各种铀离子的水解能力取决于离子电荷z与离子
3.2 铀化学——铀的物理性质
❖ 金属铀主要是用金属钙或镁热还原铀的卤化物和 氧化物来制备的。 UX4＋2Mg→U＋2MgX2
❖ 铀是一种有银白色光泽的金属，质软，有一定的 延展性，具有多晶性。
3.2 铀化学——铀的化学性质
❖ 铀在水溶液中有+3、+4、+5和+6价四种价态，而以
+6价的
UO2 2
3.2 铀化学
❖ 铀既是放射性毒物，又是化学毒物。天然铀在放射性 物质毒性分类中属中毒性元素，它作用于人体的危害 主要是化学毒性。各种铀化合物中毒后的主要损伤器 官是肾脏，随后出现神经系统和肝脏的病变等。
❖ 我国规定，天然铀在露天水源中的限制浓度为 0.05mg/L，在放射性工作场所中的最大容许浓度为 0.02mg/L，在人尿中铀的控制指标为20μg/L。
为0.0004%（4ppm），铀在海水中的含量约为 3~4μg/L。海中铀量约为4.5×109t。 ❖ 铀的同位素 ❖ 铀共有15种放射性同位素和一种同质异能素，其中 238U、235U和234U三种地天然的，它们组成了天然铀。 ❖ 提高铀中235U丰度的过程称铀的浓缩，其产品称为浓 缩铀。
3.2 铀化学
裸半径r0的比值的大小，即离子势z/r0的大小。
❖ 铀离子的水解能力如下：
UO 2
＜U3+＜
UO
2 2
＜U4+
3.2 铀化学——铀的水解行为
水溶液中不同价态铀离子的形式和颜色
价态
离子形式
溶液颜色
U(Ⅲ)
U3+
玫瑰红
U(Ⅳ)
U4+
深绿
U(Ⅴ) U(Ⅵ)
UO2+ UO22+
-黄绿
3.2 铀化学——铀的化合物
❖ 铀在不同情况下可以形成从+3~+6价的各种铀化合 物，主要有以下几类：
❖ 铀的氧化物 ❖ UO2、U4O9、U3O8、UO3和UO4。 ❖ 最稳定的是U3O8，可作为重量法测铀的基准化合
物； ❖ UO2可作为动力堆的核燃元件； ❖ UO3为两性铀氧化物，它是铀酸酐。
3.2 铀化学——铀的化合物
3.1 概述
❖ 自然界还存在一些不属于天然放射系而半衰期很 长的放射性核素：40K、87Rb；
❖ 由天然核反应生成的放射性核素：3H、14C等。
3.1 概述
❖ 自然界中存三个天然放射系 母体：238U （4n+2）铀系，T1/2：4.468×109a 母体：235U（4n+3）锕系，T1/2：7.038×108a 母体：232Th（4n）钍系， T1/2：1.41×1010a。