第一章铀钍钚原子结构
原子的结构完整版PPT课件
工业领域应用
放射性同位素可用于材料 检测、无损探伤、辐射加 工等。
其他领域应用
放射性同位素还可用于科 学研究、环境保护、农业 生产等领域。
放射性同位素对环境影响及安全防护措施
对环境影响
放射性同位素衰变产生的射线会对环境和生物体造成危害，如污 染空气、水源和土壤等。
安全防护措施
为了保障人类和环境安全，需要采取一系列安全防护措施，如合 理选址、屏蔽防护、废物处理等。
放射性同位素概念及来源
放射性同位素定义
01
具有相同原子序数但质量数不同的同位素，能自发地放出射线
并转变为另一种元素。
放射性同位素来源
02
天然放射性元素和人工合成放射性元素。
放射性同位素衰变类型
03
α衰变、β衰变和γ衰变。
放射性同位素在医学、工业等领域应用
医学领域应用
放射性同位素可用于诊断 和治疗疾病，如放射性碘 治疗甲状腺疾病、PET扫 描等。
过渡元素位于周期表中间部分， 包括3~12列的元素。它们具有 多种氧化态和丰富的化学性质， 是构成众多合金和催化剂的重要
成分。
稀有气体元素
稀有气体元素位于周期表的最右 侧，它们具有稳定的8电子构型 （氦为2电子构型），化学性质 极不活泼，一般不易与其他物质
发生化学反应。
04
化学键与分子间作用 力
化学键类型及特点
分子间作用力影响物质的物理性质
分子间作用力主要影响物质的熔点、沸点、密度、硬度等物理性质。一般来说，分子间作用力越强，物质的熔点 、沸点越高，密度越大，硬度也越大。例如，氢键的存在使得水的熔沸点异常高，范德华力则主要影响由分子构 成的物质的物理性质。
05
原子光谱与能级跃迁
原子结构
第一章 原子结构知识要点一 核外电子运动规律的特殊性1 能量量子化——黑体辐射、光电效应、氢原子光谱玻尔理论：氢原子或类氢原子核外电子的能量：single-electron systemE = -13.6Z 2/n 2ev 1ev = 1.6×10-19J释放光子的能量：△E = h γ释放光子的波长：λ= △E/hc h = 6.626×10-34J.s2 波粒二象性：德布罗意关系式： p = h/λ海森堡测不准原理： △x.△p ≥ h/2π电子衍射实验证明了电子运动的波动性，但物质波是一种几率波，不同于一般声波、电磁波和机械波，其衍射强度表示电子出现几率的大小。
3 薛定谔方程0)(822222222=-+∂∂+∂∂+∂∂ψπψψψV E hm z y x二 核外电子运动状态的描述 1波函数 薛定谔方程的解，表示核外电子在三维空间运动状态的数学表达式，每一个波函数ψ都表示电子的一种运动状态，以及与这一状态相对应的能量。
2波函数的几种图解法： 坐标变换，变量分离： ψ(x,y,z) = R n,l (r)Y(θ,φ)径向（几率）分布图： D(r) = 4πr 2ψ2—r几率峰的数目 = n － l节面的数目 = n － l －1ψ－量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，波函数，即原子轨道E －轨道能量（动能与势能总和 ）m －微粒质量h －普朗克常数 V －势能 x , y , z 为微粒的空间坐标3d 与4s轨道的径向分布图原子轨道角度分布图：Y(θ,φ)—θ,φ电子云角度分布图：Y2(θ,φ)—θ,φ3 几率密度与电子云2ψ表示电子在核外空间某处单位体积内出现的几率，即几率密度；电子云则是几率密度的形象化描述。
4 原子轨道与电子云的区别，并牢记它们的图形。
原子轨道角度分布图是波函数角度部分Y(θ,φ)随θ,φ变化的图形，其值可正可负，图形略胖些；电子云角度分布图是Y2(θ,φ)随θ,φ变化的图形，只取正值，且图形略瘦些。
钚
钋polonium元素符号Po，放射性元素，原子序数84，210Po是半衰期最长的天然同位素，238U放射系的一员,在元素周期表中属ⅥA族。
复杂立方晶体,常见化合价为+2、+4、+6和-2。
钋是1898年居里夫人从铀矿残渣中发现的，并以她的祖国Polonia（波兰）命名。
金属钋比同族元素碲有更强的金属性，熔点254℃，沸点962℃,密度9.32克/厘米3。
物理性质与铊、铅、铋相似,化学性质与碲相似。
铀矿石中每一吨铀只含钋约100微克，因此由铀矿、镭或其衰变产品只能得到痕量的钋。
毫克量的钋可用中子辐照铋制得。
分离痕量钋使用溶剂萃取或离子交换法，但用辐照铋分离钋，则不能使用有机物，必须用碲载带法或铅（铋、银）置换法。
钋是一种强α射线源，210Po与铍混合可制得中子源。
210Po用作人造卫星的能源。
一种化学元素。
化学符号Po ，原子序数84 ，属周期系ⅥA族，是天然放射性元素，半衰期最长的同位素是钋209 。
1898年M.居里和P.居里在处理沥青铀矿时发现钋，为纪念M.居里的祖国波兰（Poland），命名为polonium 。
钋在地壳中的含量为3×10-14％，在达到放射性平衡的矿石中，钋与铀的重量比为7.6×10-11∶1 ，每吨铀矿中约含100微克钋。
已发现钋同位素的质量数为192～218。
、钋是银白色金属，熔点254℃ ，沸点962℃ ，低温时为简单立方晶格（ a 型），36℃时转变为简单菱形体晶格（β型）。
β型钋的密度为9.4克／厘米3 ，250℃时钋与氧作用，生成二氧化钋。
钋还可与氢发生反应，形成钋化氢（H2Po）。
钋也容易和酸作用。
钋的氧化态为－2、＋2、＋4、＋6，以＋4价的化合物最稳定。
从铀矿中提取钋，先用盐酸处理提铀后的铀矿残余物，然后用硫化氢处理，铋和钋的硫化物同时沉淀，再用分级沉淀法分离，钋富集在溶液中，用银置换，便得到金属钋。
钋210 的比活度高，产生的 a 射线与轻元素作用能产生中子，钋210可制成不同能量、体积小而中子强度高的中子源。
原子弹结构
前苏联第一颗原子弹点击此处查看其它图片原子弹结构图利用铀或钚等易裂变重原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器。
又称裂变弹。
威力通常为几百到几万吨梯恩梯当量，有很大的杀伤破坏力。
可单独配置在不同的投射工具中而成为核导弹。
核航空炸弹、核地雷和核炮弹等，或用作氢弹中的初级(或称“扳机”)，为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。
(1)基本原理。
铀-235、钚-239这类重原子核在中子轰击下通常会分裂成两个中等质子，有的损耗在非裂变的核反应中或漏失到裂变系统之外，有的则继续引起重核裂变。
如果每一个核裂变后能引起下一代核裂变的中子数平均多于1个，裂变系统就会形成自持的链式裂变反应，中子总数将时间按指数规律增长。
例如，当引起下一代裂变的中子数其均为2个时，则在不到1微秒之内，就可以使1千克铀或钚内的2.5×１024个原子核发生裂变，并释放出约2万吨梯恩梯当量的核能。
裂变材料的装量必须大于一定的量，称为临界质量，才能使链式裂变反应自持进行下去。
原子弹中要放置相当份量的裂变材料，但不使用时，它们必须处于次临界状态。
使用时，要使处于次临界状态的裂变装料瞬间达到超临界状态，并适时提供若干中子触发链式裂变反应。
超临界状态可以通过两种方法来达到：一种是“轮法”，又称压拢型，另一种是“内爆法”，又称压紧型；(2)基本结构。
原子弹主要由引爆控制系统、炸药、反射层、核装料组成的核部件、核点火部件和弹壳等结构部件组成。
引爆控制系统用来适时引爆炸药；炸药是推动、压缩反射层和核部件的能源；反射层由铍或铀-238构成，用来减少中子的漏失；核装料主要是铀-235或钚-239；核点火部件用以提供“点火”中子，以引发链式裂变反应；弹壳用来固定和组合各部件；(3)爆炸过程。
原子弹中的引爆控制系统在预定时间或条件下发出引爆指令，使炸药起爆，炸药的爆轰产物推动并压缩反射层和核装料，使之达到超临界状态，核点火部件适时提供若干“点火”中子，使核装料内发生链式裂变反应，并猛烈释放能量。
元素周期表
4 +4 -4
5 +5 -3
6
7
8 0
-2
-1
除氟和氧两个最活泼的非金属元素外，其他元素: 最高正化合价 = 最外层电子数 从碳元素(最外层4个电子)开始有负化合价： 非金属元素的负化合价 = 最外层电子数-8 稀有气体化学性质稳定，化合价为零。
第一章 物质结构 元素周期律
一、元素周期律
3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化
第一章 物质结构 元素周期律
一、元素周期律
随着原子序数的递增： 元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。
元素的原子半径也发生周期性变化。
元素的化合价也呈现出周期性的变化。
元素的性质随着原子序数的递增呈现出周期性的变化，这 个规律叫元素周期律。
第一章 物质结构 元素周期律
第二节 元素周期律
二、元素周期表
35 17
Cl
37 17
Cl
自然界中，元素的各种同位素所占的原子百分含量一般是 不变的，平时所说的元素的相对原子质量实际上是各种天然同 位素的相对原子质量的平均值。
第一章 物质结构 元素周期律
三、同位素
2.元素的平均相对原子质量
已知氯有两种天然同位素，它们的相对原子质量和原子百 分含量的数据如下： 35 相对原子质量34.969，原子百分含量为75.77%； 17 Cl
11Na 12Mg 13Al 14
元 素
原子半径 /nm 示意图 特 点
Si
15P
16S
17Cl
18Ar
0.186
0.160
0.143
0.117
0.110
0.102
0.099
从Na到Cl的原子半径逐渐变小
原子结构的讲解
第二节 氢原子结构的量子力学模型
一、微观粒子运动的基本特征 1. 波粒二象性 wave-particle duality 2. 不确定原理，测不准原理 uncertainty principle 3. 波函数 wave functions
一、 微观粒子的波粒二象性
(一) 微观粒子的波粒二象性(光）
光的波动性λ（波长）和光的微粒性p（动量）
之间有如下关系式：
p h
或
mc h
粒子性
波动性
m —— 光子的运动质量
c —— 光速
(二) 物质波假设 法国年轻的物理学家 Louis de Broglie
( 1892 — 1987 )，因发现电子的波动性，获得1929年 诺贝尔物理学奖。出生于法国迪耶普城一个古老而显赫 的贵族世家，有亲王头衔。
在经典力学的基础 上，人为的引入了 量子化条件，不能 正确的反应微观粒 子的运动规律。
原子的现代模型
原子被假设为一 个正电荷的核被脉冲 电子波所包围；电子 也有一定能级，但并 不遵循一定的轨道， 而是在核周围一定空 间区域内能找到的概 率，这些空间区域被 称为“轨道”。
核外电子运动状态的量子力学方程 1926，薛定谔，E·Schrödinger，奥地利
原子结构的基本组成： 原子核
质子（带正电）
原子
（10-14米）
（10-10米）
中子（不带电）
电子（10-15米）带负电
卢瑟福模型的一些问题
经典的电磁理论，绕核高速运动的电子将不断以 电磁波的形式发射出能量，导致两种结果：
1. 电子不断发射能量，自身能量不断减少，电子运动 的轨道半径逐渐缩小，电子很快会落在原子核上， 有核原子模型所表示的原子是一个不稳定的体系。
第一章铀钍钚原子结构
U233
易裂变核素。 热中子裂变截面，530.6靶；俘获截面47.0靶。 平均有效中子数η=2.28，可引起链式反应。增 殖比有可能大于1，实现增值。 以天然钍为原料，在反应堆生产而来， Th-232+n→Th-233→Pa-233→U-233(两次β 衰变)
U238
天然放射系中铀镭系的母体，丰度99.275% 。 可裂变核素，可被能量1MeV的快中子分裂。 快中子裂变截面2.75靶，也可自发裂变。 是生成Pu239的主要核燃料。 U-238+n→U-239→Np-239→Pu-239(两 次β衰变)
矿物原料
含钍矿物有100多种，钍资源仅是铀的1/3。 钍常和铀、稀土元素共生。 三种主要类型。 (1)氧化物型：主要有方钍石，其化学组成为 ThO2•UO2，含ThO258.4％～93％。 (2)硅酸盐型：主要有钍石，其化学组成为ThSiO4， 含ThO225％～63％。 (3)磷酸盐型：主要有独居石，其化学组成为(Ce， La，Th，U)PO4，含ThO24％～12％。 独居石是钍的主要原料。钍的主要生产国有巴西、 印度和美国等。
元素 符号 氧化态 +3 +3 +4 +3 +4 +5 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +5 +6 +7 +3 +4 +5 +6 +7 +2 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +3 +4 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +3
九年级化学上册 原子的结构课件 新人教版
少数α粒子 发 生偏转
大多数α 粒子未 发生偏 转
卢瑟福α粒子散射实验
α粒子是带正电的质量比电子大的多
你能试着对上述现象加以解释吗？
1、大多数α粒子顺利穿透金箔
原子核体积很小，原子内部空间很大, α粒子没有受到 阻挡
2、少数α粒子改变原来的方向
原子核带正电，当带正电的α粒子经过原子核附近时 受到排斥而改变方向
相对原子质量（Ar） =
某原子的实际质量（kg）
标准碳原子质量（kg）×
1 12
原子实际质量的单位为 “ kg ” 相对原子质量的单位为 “ 1 ” ，单位要省略不写 。
一个碳原子的质量为1.993×10-26 kg 一个氧原子的质量为2.657×10-26 kg 一氧个原硫子原的子相的质量为2.56.5372×6×101-026-2k6gkg 原子氧硫对硫对种原原原类子子子的质质25相量量..63原5276====子× ×1311质1152..0099..量--9022995669633.88kk3× ×gg2≈≈611×0013相--22162660对kk-gg2原6××13k子62g1111质22 量
3、极少数α粒子被反弹回来
原子核的质量比α粒子大得多，当α粒子正面撞击原子 核时， α粒子被反弹回来
一、原子的构成：
原子核 原子
质子 1个质子带一个单位正电荷 中子 不带电
核外电子 1个电子带一个单位负电荷
1.核电荷数=质子数= 核外电子数
表3-1 几种原子的构成
1、质子数不一定等于中子数 2、原子不一定都有中子（例如氢原子） 3、不同种类的原子，核内的质子数不同，核外的 电子数也不同
粒子种类 质子 中子 电子
质量 1.6726×10-27 kg 1.6749×10-27 kg 质子质量的1/1836
内爆式原子弹弹芯设计绝密资料
内爆式原子弹弹芯设计绝密资料核弹是利用易裂变元素进行链式反应，将亏损的质量以质能方程：E=MC2转化成如冲击波、辐射等形式的能量，在几百万分之一秒内释放出来，从而造成巨大破坏的武器，下面，我们将详细介绍一枚核弹的设计过程。
第一章现代最新内爆式原子弹弹芯设计先说原子弹，燃料是铀235或钚239，铀235做的原子弹保存期上亿年，钚-239,半衰期为2.41万年,常被用制核子武器，纯度必须90%以上，被分开保存为多个不会发生裂变的亚临界质量，以避免象TNT一样引爆，不是核爆炸。
原子弹制造：钚239原子弹的爆炸临界质量是5千克左右，为半径2厘米的球。
有了核部件、经过精心计算试验验证的常规化学炸药部件，能可靠地把铀-235压缩到临界体积，还是不够引爆原子弹。
还必须有专门设计的点火中子源装置。
不然的话，铀部件临界后开始链式反应。
为了使核爆炸能量释放达到最大值，应该使链式反应的代数达到要求。
如果在达到的要求的代数之前，核材料由于热膨胀而变为亚临界状态，那么这颗“原子弹”就成了臭弹。
万吨级爆炸能量的99.9%以上是在链式反应的最后7代释放出来的，其时间约为0.07微秒。
点火装置的作用很关键，它在开始时给裂变材料注入足够多的中子，这样就能使随后产生的中子数足够多，不致造成“臭弹”。
要想发生核爆炸，还要有中子源帮忙。
中子源就象一个能引暴核弹的小火源。
中子源——铍、钋弹丸球，它是一个铍制的空心金属球，里面填充钋金属，用金箔片隔开。
钋210是人工核反映堆中合成，能时刻自发产生大量阿尔法粒子。
经计算，在我们的设计中，弹芯材料选为钚239，反射层为铍9，弹芯由几层球状的金属壳构成。
中心部位是一个半径为1cm的中子源（铍/钋弹丸）；第二部分为空间3厘米的空间；第三部分为2cm厚的钚239燃料层球碎片（钚239重量为5KG），我们将1cm厚的铍（重量为0.7KG）布置在紧贴着钚239表面；然后第四部分是3cm厚的炸药爆轰驱动机构（炸药爆轰装置质量为5kg）；最外层的第五部分是1cm厚的铍（重量为2.1KG）加1cm厚的铀-238金属外壳（重量为2.6KG）。
高中化学第一章原子结构与性质原子结构与元素性质鲍林与电负性素材新人教选修
鲍林美国著名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。
1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一（另一人为居里夫人）；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。
鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。
他以量子力学入手分析化学问题，结论却以直观、浅白的概念重新阐述，即便未受量子力学训练的化学家亦可利用准确的直观图像研究化学问题，影响至为深远，比如他所提出的许多概念：电负度、共振理论、价键理论、混成轨域、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。
1914年鲍林进入波特兰的华盛顿高中，高中的求学过程对鲍林影响深远，受到好友的启发，鲍林开始对化学产生浓厚的兴趣。
1917年家境贫寒的鲍林进入俄勒冈农学院攻读化学工程专业，1922年他获得学士学位。
大学毕业后鲍林申请了加州理工学院的研究生，洽逢美国物理化学学派的宗师诺伊斯刚刚从麻省理工学院来到加州理工学院，鲍林加入了诺伊斯的研究团队，从事X-射线衍射法晶体结构的研究。
在加州理工学院，鲍林接触到了热力学、统计力学、动力学、量子力学等物理化学和物理学的基础理论。
1925年鲍林以最优等成绩获得物理化学和数学物理博士学位，毕业后的鲍林前往欧洲留学，当时的欧洲是量子理论发展的中心，鲍林在那里接触到了当时物理学界和物理化学界的顶尖人物。
1927年，鲍林返回美国，哈佛大学和加州理工学院争相聘请他担任教职，哈佛大学甚至同意依照鲍林的意思建立一个量子化学系，而在那个时代，量子化学还是世人闻所未闻的概念。
但是鲍林最终选择了加州理工学院，他在加州理工开设的第一门课程是“波动力学及其在化学上的应用”后来他将这门课的讲义整理成文，于1935年出版了《量子力学导论——及其在化学中的应用》这是历史上第一本以化学家为读者的量子力学教科书。
第3讲(铀元素及铀矿物)
外生作用以大量游离氧的参与为特征，因而 在外生条件下，铀通常以六价形式（UO22+） 存在。外生作用中，铀矿物的形成可通过两种 方式： ①UO22+和PO43-，AsO43-，VO43-，CO32-等络阴 离子结合，形成颜色鲜艳的各种次生铀矿物， 在这些含铀酰的次生铀矿物中，铀以六价形式 存在； ②UO22+和S2-，Fe2+及有机质等还原剂作用而形 成沥青铀矿、铀黑、铀石等矿物，铀在这些矿 物中以四价和六价两种形式存在。
所谓贫铀是从金属铀中提炼出核材料235U以后 得到的副产品，其主要成分是放射性较低的 238U，故称贫化铀，简称贫铀。根据近年来国 外新闻媒体的报道，70年代中期几个核武器及 核燃料生产国都在进行贫铀（238U）材料的应 用研究，主要是研制贫铀合金动能穿甲弹。贫 铀也不是绝对不含235U，仍有微弱的放射性， 这些都会对人体产生伤害，对环境造成污染。
（4）放射性衰变
铀属于放射性元素，因此铀矿物的化学成分是 不恒定的。 自从铀矿物在地壳中形成之后，其成分就按照 一定的规律发生着变化，结果矿物中的铀含量 逐渐减少，而铀的衰变产物206Pb、207Pb却越积 越多（铀238经8次α衰变和6次β衰变，最终衰变 为铅206；铀235经7次α衰变和4次β衰变，最终 衰变为铅207；铀234衰变为钍230）。
1、铀矿物
自然界中铀以四价和六价两种价态 存在。在内生作用和外生作用中，四价 铀和六价铀都可形成独立的铀矿物和含 铀矿物。
由于内生作用中的温度、氧逸度等物理化学条 件变化很大，因而所形成的铀矿物类型以及铀 在这些矿物中的存在形式有明显的不同。 岩浆作用是在温度高、氧逸度低的条件下进行 的。所以铀在岩浆作用形成的矿物中，主要以 四价形式存在，多数晶质铀矿（如晶质铀矿、 沥青铀矿和铀黑）的含氧系数为2.17～2.50。介 质氧逸度随着温度降低而逐渐升高，因而在中 低温热液条件下形成的铀矿物（主要是沥青铀 矿，其次是铀石），即六价铀的含量显著增加， 沥青铀矿的含氧系数较高，多数为2.4～2.7。
钚
钚含有钚的核爆炸钚是一种放射性元素起化学反应。
钚暴露在潮湿的空编辑本段字义解释汉字读音bù部首笔画部首:钅部外笔画:4 总笔画:9五笔86:QGIY 五笔98:QDHY 仓颉:OPMF笔顺编号:311151324 四角号码:81790 Unicode:CJK 统一汉字 U+949A 基本字义一种放射性元素，是原子能工业的重要原料。
详细字义锕系元素中的放射性金属元素,原子序数94。
是制造原子弹的主要材料之一 [plut-onium]——元素符号Pu编辑本段原子属性热和电的良好导体。
它的熔点很低（640 °C），而沸点异常的高（3327 °C）。
[2]钚最普遍释放的游离辐射类型是α粒子发射（即释放出高能的氦原子核）。
[4]最典型的一钚金属种核子武器核心即是以5公斤（约12.5³10^24个）钚原子构成。
由于钚的半衰期为24100年，故其每秒约有11.5³10^12个钚原子产生衰变，发射出5.157 MeV的α粒子，相当于9.68瓦特能量。
α粒子的减速会释放出热能，使触摸时感觉温暖。
[5]钚在室温时的电阻率比一般金属高很多，而且钚和多数金属相反，其电阻率随温度降低而提高。
但近期研究指出，当温度降至100K以下时，钚的电阻率会急遽降低。
电阻率由于辐射损伤，会在20K之后逐渐提高，速率因同位素结构而异。
钚具有自发辐射性质，使得晶体结构产生疲劳，即原有秩序的原子排列因为辐射而随时间产生紊乱。
[6]然而，当温度上升超过100K时，自发辐射也能导致退火，削弱疲劳现象。
[7]钚和多数金属不同：它的密度在熔化时变大（约2.5%），但液态金属的密度又随温度呈线性下降。
另外，接近熔点时，钚的液态金属具有很高的黏性和表面张力（相较于其他金属）。
[6]编辑本段同素异形体在一般情况下，钚有六种同素异形体，并在高温、限定压力范围下有第七钚因周围压力变化而有六种同素异形体种（zeta，δ）存在。
原子结构课件
道尔顿原子模型
α粒子(带正电）散射实验
获得的信息
1、绝大多数ɑ粒子不偏移 3、极少数ɑ粒子被弹回
2、少数ɑ粒子发生较大偏转
获得的结论 原子内部空间很大。原子 内部有“核”存在，且质 量大、体积小、带正电荷
一、原子的构成 质子 （1个质子带1个单位正电荷）
原子核
（带正电）
原子
（中性）
中子
（不带电）
中子数
核外电子数 1 2 6 7 13 16 17 26
0 2 8 7 14 17 20 30
（1）核电荷数＝质子数＝核外电子数。 （2）中子数不一定等于质子数。 （3）原子内可以没有中子。
本节课已学原子结构的知识
在原子中，核外电子数=（
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
）=（
）
原子的质量主要集中在（
），原子中哪个粒子质量很小，常忽略不计。
质子的质量=（
）的质量
中子数不一定等于质子数。 原子内可以没有中子。
核外电子是分层运动的，离核 近的电子能量较低，离核越远， 电子能量越高。
离原子核最近的电子层为 第一层，依次第二层、第 三层…第七层。
原子核外最少的只有一层，最 多的有七层，最外层电子数不 超过8个电子（只有一层的，电 子不超过2个）。
中子 1.6749×10-27千克
核外电子 质子质量的1/1836 （常忽略不计）
1、原子的质量主要集中在原子核上。 2、原子的质量=质子的质量+中子的质量 3、一个质子的质量=一个中子的质量
分析下表：可以得到哪些结论？
原子种类 氢原子 氦原子 碳原子 氮原子 铝原子 硫原子 氯原子 铁原子 核电荷数 1 2 6 7 13 16 17 26 质子数 1 2 6 7 13 16 17 26
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绪：
锕系元素的发现：U-1789，Th-1826， Ac-1899,Pu-1940,超铀元素，铹-1961.
锕系元素化学的发展：1939年核裂变的 发现，中子辐照天然U 产生Np,Pu之后。
1原子结构
1.1锕系理论
在发现超铀元素之前，锕列在 ⅢB族，钍、 镤、铀分别列在ⅣB、ⅤB、ⅥB族，最稳定氧 化态一致。
2001年经济合作与发展组织发表的数据
国家 巴西 土耳其 印度 美国 挪威 格陵兰 加拿大 澳大利亚 南非 埃及 其它国家 全世界总和
可靠的储藏估计（吨） 估计还有的储藏（吨）
606,000 380,000 319,000 137,000 132,000 54,000 45,000 19,000 18,000 15,000 505,000 2,230,000
锕系元素原子结构的特点是：锕以后的元 素电子依次填充5f内电子层，它们的最外层 的电子构型基本相同，使锕系元素之间的性 质非常相似。
锕系元素原子的价电子层结构与镧系 十分相似，锕系元素的电子构型5f0-14、 6d0-2、7s2，而镧系为4f0-14、5d0-1、 6s2。它们的主要差别是5f和6d的能量更 接近，而4f和5d的能量则相差较大。使 锕系元素中前面的元素原子（从Th→Np） 具有保持d电子的强烈倾向，而Np以后 的锕系元素的价电子层结构与镧系元素相 似。
核燃料化学
主要内容
一、铀、钍、钚的原子结构及核性质 二、铀、钍、钚的络合物化学 三、铀、钍、钚的氧化与还原反应 四、水解、聚合与沉淀反应 五、铀、钍、钚的萃取化学 六、离子交换反应 七、金属，氧化物与氟化物化学
第一章 铀钍钚的原子结构及性质
内容： 一、原子结构 锕系理论 锕系元素电子结构 二、铀钍钚在自然界中的存在及其核性质 铀钍钚 铀钍放射系
宇宙太空中含有一定数量铀。
铀矿石
磷锌铀矿
翠砷铜铀矿
菱镁铀矿
沥青铀矿
晶质铀矿
在广西发现的中国第一块铀矿石，现存核 工业北京地质研究院。
元素来源 可用电解法、分解法、还原法等从铀
矿中制得。尽管铀在地壳中分布广泛，但 是只有沥青铀矿和钾钒铀矿两种常见的矿 床。人们认识铀正是从这两种矿石开始。
铀通常被人们认为是一种稀有金属， 尽管铀在地壳中的含量很高，比汞、铋、 银要多得多，但由于提取铀的难度较大， 所以发现的晚。
2.2钍
概述 钍(thorium) 锕系第二个元素，一种天然放射性元素。 元素符号Th，原子序数90，相对原子质量 232.0381。块状金属呈银白色，但长期暴 露于大气中会丧失光泽。
钍的发现
1826年，J.J. 玻齐利厄斯（Berzelius）在矿 物中首次发现了钍（Thorium）。
钍在自然界分布广泛，含量大致是铀的3倍。 一般以难溶性的氧化物或硅酸盐形式存在自然界 中，因此，在江、河、湖、海和动植物中的含量 比铀低很多。钍的主要矿物是独居石，其成分是 钍和稀土的混合磷酸盐。其次是ThO2和UO2共 生的方钍石以及硅酸钍为主要成分的钍石。
应。 含量低，按使用要求浓缩。
铀浓缩
同位素富集使天然铀中的铀235 转变为浓缩铀 的物理过程。铀235的富集是一个昂贵而又复杂 的物理过程，而浓缩工厂就成为核工业中的一个 重要组成部分。
根据国际原子能机构的定义，丰度为3％的铀 235为核电站发电用低浓缩铀，铀235丰度大于 80％的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90％的称为 武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。与其相 对的是贫化铀 。
U233
易裂变核素。 热中子裂变截面，530.6靶；俘获截面47.0靶。 平均有效中子数η=2.28，可引起链式反应。增 殖比有可能大于1，实现增值。 以天然钍为原料，在反应堆生产而来， Th-232+n→Th-233→Pa-233→U-233(两次β 衰变)
U238
天然放射系中铀镭系的母体，丰度99.275% 。 可裂变核素，可被能量1MeV的快中子分裂。 快中子裂变截面2.75靶，也可自发裂变。 是生成Pu239的主要核燃料。 U-238+n→U-239→Np-239→Pu-239(两 次β衰变)
锕系理论：周期表第七周期中，自89号 元素锕至103号元素铹的15个元素，因原 子结构和性质都十分相似，故列为一个系 列而排入第三副族(ⅢB)的理论。
•
•
57 58 59 60 61* 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
元 素
镧 系
镧 La
铈 Ce
镨 Pr
钕 Nd
钷 Pm
钐 Sm
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三种是 天然存在的，其丰度分别为：99.275%， 0.720%和0.0054%。人工放射性铀同 位素中最重要的是233U。
核性质
U235 丰度： 0.720% 很高的热中子裂变截面，580.2靶；俘获
截面98.3靶。 平均有效中子数η=2.07，可引起链式反
铕 Eu
钆 Gd
铽 Tb
镝钬 Dy Ho
铒 Er
铥镱 Tm Yb
镥 Lu
**
元 素
锕 系
89 锕
Ac
90 钍ThFra bibliotek91 镤Pa
92 铀
U
93* 镎
94* 钚
95* 镅
96* 锔
97*98* 锫锎
99
* 锿
100
* 镄
101102
** 钔锘
10
3* 铹
Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
天然铀同位素和233U的一些核特性
同位素 238U
半衰期，a 4.468109
衰变方式
比活度， Bq.mg-1
12.4
235U
7.038 108
79.4
234U 233U
2.450 105 1.592 105
2.3 105
3.5 105
放射性
铀的放射性污染可经过呼吸道、消化道、 皮肤、直接照射、遗传等途径进入人体，一部 分放射性核素进入生物循环，并经食物链进入 人体。容易引发包括白血病在内的许多癌症和 一些肝脏、神经系统疾病，特别是对生殖器官 危害可能造成不孕或遗传变异。
铀分布
铀广泛分布于地壳和环境水中，主要以四价 和六价化合物状态存在，形成UO2和各种铀酰 盐。
铀矿分布分散，含量低。目前已知的含铀矿 物约有200多种，其中只有20-30多种均有开采 价值。
由于矿物中含有的铀酰盐易溶于水，在地下 水的侵蚀下，铀会从地表层进入江、河、湖、 海和土壤，因而也容易转移到动植物体内。
锕系性质总结： （1）锕系元素都是金属，与镧系元素一样， 化学性质比较活泼。前一部分元素存在多 种氧化态，Bk之后稳定的氧态是+3。 （2）大多数锕系元素能形成配位化合物 。 （3）a衰变和自发裂变是锕系元素的重要 核特性，随着原子序数的增大 ，半衰期依 次缩短。 （4）锕系元素的毒性和辐射的危害较大， 必须在有防护措施的密闭工作箱中操作这 些物质。
矿物原料
含钍矿物有100多种，钍资源仅是铀的1/3。 钍常和铀、稀土元素共生。 三种主要类型。 (1)氧化物型：主要有方钍石，其化学组成为 ThO2•UO2，含ThO258.4％～93％。 (2)硅酸盐型：主要有钍石，其化学组成为ThSiO4， 含ThO225％～63％。 (3)磷酸盐型：主要有独居石，其化学组成为(Ce， La，Th，U)PO4，含ThO24％～12％。 独居石是钍的主要原料。钍的主要生产国有巴西、 印度和美国等。
Am 5f7 7s2 Cm 5f7 6d1 7s2 Bk 5f9 7s2 Cf 5f10 7s2 Es 5f11 7s2 Fm 5f12 7s2 Md 5f13 7s2 No 5f14 7s2 Lr 5f14 6d1 7s2
锕系镧系电子构型比较
氧化态
氧化态原子序数 89 锕 Ac 90 钍 Th 91 镤 Pa 92 铀 U 93 镎 Np 95 钚 Pu 95 镅 Am 96 锔 Cm 97 锫 Bk 98 锎 Cf 99 锿 Es 100 镄 Fm 101 钔 Md 102 锘 No 103 铹 Lr
铀的用途及危害
主要用途： ➢ 早期仅作为玻璃、陶瓷和珐琅的着色剂。 ➢ 铀也可以作为钢及其它金属冶炼的配料，有机合成
中的触媒，橡胶工业中的防老剂和增硬剂等； ➢ 核燃料
➢ 核武器、核电站（富集235U和233U） ➢ 生产Pu ➢ 贫铀：装甲、贫铀弹、防护材料
铀的毒性 放射性 化学
铀的同位素
元素 符号 氧化态 +3 +3 +4 +3 +4 +5 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +5 +6 +7 +3 +4 +5 +6 +7 +2 +3 +4 +5 +6 +3 +4 +3 +4 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +2 +3 +3
从Ac到Lr原子半径和离子半径随着有效核 电核逐渐增加而减小，这种现象称为锕系收 缩。但锕系收缩一般比镧系收缩得大一些， 尤其是前几个元素（Ac、Th、Pa、U）更 为显著。
2 铀钍钚的存在及核性质
2.1铀
概述 铀，92号元素，是自然界中能够找到的最重元
素。银白色活泼的金属，能和所有的非金属作用 （惰性气体除外）。铀的同位素从铀-226到铀240。铀的化学性质活泼，易与绝大多数非金属 反应，能与多种金属形成合金。铀最初只用做玻 璃着色或陶瓷釉料，1938年发现铀核裂变后，开 始成为主要的核原料。