放射化学 第3章 天然放射性元素化学
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第3章 天然放射性元素化学
3.1 概述
凡具有放射性的核素称为放射性核素。
全部由放射性核素核素所组成的元素称为放射性 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。
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。
0.4
3 238
3 238 816 238
99.72%
6.02
1023
1602 4.468109
3.071020
3.07 10 20 226 0.115 g 6.02 10 23
例 238U在岩石中的平均含量为2.8×10-4%，理论计算 相应的岩石的226Ra为多少Bq•kg-1？TU=4.468×109a， TRa=1602a。
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 239Np 239Pu
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。
解：1 kg该岩石中238U的量为1×1000×2.8×10-4%g =2.8×10-3 g；
AU=ARa； λUNU= ARa；
ln 2 TU
NU
ARa
ln 2 TU
mU Mu
6.02 1023
wenku.baidu.com
ARa
ARa
4.468 109
0.693 365 243600
2.8 103 238
6.02×1023 ， 238U的丰度为99.72%。
解： 238U 234Th 230Th 226 Ra
U NU Ra NRa
N Ra
NU
TRa TU
3.07 1020个原子
0.115 g
4.26 109 Bq
10001000
延展性，具有多晶性。
（3）铀的化学性质
1）铀在水溶液中有+3、+4、+5和+6价四种价态，而
N
N
N0et
et
N0
ln N t
N0
t
1 ln 0.99 1.37 1011
7.3108 s
=23.26a
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
T1 ,1
T1 ,2
N1 2,1 N 2 2,2 N3
N2
1 2 1
6.021023
=34.8Bq
比活度为：34.8Bq/1 kg=34.8 Bq•kg-1。
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 （1）概述
1）铀的发现 1789年克拉普罗特发现了铀，铀在地壳在的平均含
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。
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。
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。
解：当铀与镭达到平衡后，它们的活度相等。即
U NU Ra NRa
mRa U M Ra mU Ra MU
TRa M Ra TU MU
=3.4×10-7≠3.59×10-7
没有平衡。
例 从1t含40%U3O8的沥青铀矿中能分离多少克镭226Ra？ 多少Bq? TU=4.468×109a，TRa=1602a。原子量：O 为16，U为238，Ra为226；阿佛加德罗常数为
量为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。
2）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。
铀矿石
3）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
母体：237Np（ 4n+1）镎系，为人工放射系， T1/2：
2.14×106a 。 地球年龄： 约4.5×109a
放射系名 称
U系
放射系衰变规律
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
208Pb
64
220Rn
Np系
237 Np
209Bi
74
无射气存 在
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
ln 2 0.693
T1 2
例 为了使226Ra的量衰变掉1/100，需要多长时间？ TRa=1602a
解：未衰变量为1-1/100=0.99
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。
（2）金属铀的物理性质 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
N1,0
e 1t
e 2t
A2
2 2 1
A1,0
e 1t
e2t
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
例 有一铀矿样品，测得其中含238U1g，含 226Ra3.59×10-7 g，问该矿石中铀与镭是否平衡？
3.1 概述
凡具有放射性的核素称为放射性核素。
全部由放射性核素核素所组成的元素称为放射性 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。
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。
0.4
3 238
3 238 816 238
99.72%
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1023
1602 4.468109
3.071020
3.07 10 20 226 0.115 g 6.02 10 23
例 238U在岩石中的平均含量为2.8×10-4%，理论计算 相应的岩石的226Ra为多少Bq•kg-1？TU=4.468×109a， TRa=1602a。
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 239Np 239Pu
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。
解：1 kg该岩石中238U的量为1×1000×2.8×10-4%g =2.8×10-3 g；
AU=ARa； λUNU= ARa；
ln 2 TU
NU
ARa
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6.02 1023
wenku.baidu.com
ARa
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4.468 109
0.693 365 243600
2.8 103 238
6.02×1023 ， 238U的丰度为99.72%。
解： 238U 234Th 230Th 226 Ra
U NU Ra NRa
N Ra
NU
TRa TU
3.07 1020个原子
0.115 g
4.26 109 Bq
10001000
延展性，具有多晶性。
（3）铀的化学性质
1）铀在水溶液中有+3、+4、+5和+6价四种价态，而
N
N
N0et
et
N0
ln N t
N0
t
1 ln 0.99 1.37 1011
7.3108 s
=23.26a
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
T1 ,1
T1 ,2
N1 2,1 N 2 2,2 N3
N2
1 2 1
6.021023
=34.8Bq
比活度为：34.8Bq/1 kg=34.8 Bq•kg-1。
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 （1）概述
1）铀的发现 1789年克拉普罗特发现了铀，铀在地壳在的平均含
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。
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。
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。
解：当铀与镭达到平衡后，它们的活度相等。即
U NU Ra NRa
mRa U M Ra mU Ra MU
TRa M Ra TU MU
=3.4×10-7≠3.59×10-7
没有平衡。
例 从1t含40%U3O8的沥青铀矿中能分离多少克镭226Ra？ 多少Bq? TU=4.468×109a，TRa=1602a。原子量：O 为16，U为238，Ra为226；阿佛加德罗常数为
量为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。
2）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。
铀矿石
3）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
母体：237Np（ 4n+1）镎系，为人工放射系， T1/2：
2.14×106a 。 地球年龄： 约4.5×109a
放射系名 称
U系
放射系衰变规律
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
208Pb
64
220Rn
Np系
237 Np
209Bi
74
无射气存 在
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
ln 2 0.693
T1 2
例 为了使226Ra的量衰变掉1/100，需要多长时间？ TRa=1602a
解：未衰变量为1-1/100=0.99
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。
（2）金属铀的物理性质 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
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1 当 2 1 长期平衡
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例 有一铀矿样品，测得其中含238U1g，含 226Ra3.59×10-7 g，问该矿石中铀与镭是否平衡？