02铀的基本性质——【铀资源地质学】
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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 。
③UO2＋的歧化反应
表1 金属铀的物理性质（引自王剑锋，1986）
性质 单位
熔点 ℃
熔化 热
升Baidu Nhomakorabea 热 比热
卡/摩尔 千卡/摩尔 千卡/摩尔
沸点 ℃
密度 g/cm3
特征值 1132.3 2700.0 129.0 0.028 3818 19.05
性质
单位
导热率
卡/厘米·秒·度
磁化率
电磁单位/g
电阻率
微欧姆·cm
电导（0－ 20℃）
上节课回顾－第一章绪论
1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7 个方面、综合性学科 2、学科发展简史－根据几个重大事件划分
3、铀资源概况－资源分布、类型等
四、铀矿工业指标－概念及主要指标
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
第一节 铀元素性质及铀的分布 一、铀元素物理性质 二、铀元素化学性质
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。
1、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。
在同一种元素中，同时进行着两种相反 的化学反应，一部分原子或离子被氧化， 另一部分原子或离子被还原，这种反应称 为歧化反应，或叫自身氧化还原反应。歧 化反应的发生与物质的稳定性有一定的联 系。
UO2＋与UO22＋和U4＋之间的电位图：
UO22＋ 0.025V UO2＋ ＋0.612V U4＋
UO22＋+e=UO2＋
气化热
微欧－1 千卡/摩尔
原子体积
cm3/摩尔
特征值
0.064 1.74×10 － 6 30.0
0.034
110
12.5
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。
锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 锕钍镤 铀镎 钚 镅 锔 铻 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr 锎 锿 镄 钔 锘铹
铀是92号元素，它的电子结构为：
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d 106p67s25f36d1
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。
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/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。
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å
18.13
体心立方 a=3.534Å a=b=c
17.91
脆性
塑性
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），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。
E°UO2＋/UO22＋=-E°UO2＋/UO22＋=-0.025V
UO2＋+e=U4＋ E°UO2/U4＋=+0.612V
总 反 应 式 可 写 为 ： 2UO2 ＋ =UO22 ＋ +U4 ＋
图中最右端为还原物质，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。
②U、U3＋的还原性
U3＋＋3e=U E°=-1.796V（酸性条件） E°=2.17V（碱性条件）
①铀的标准电极电位：
在25℃，pH=1的强酸性介质中：
UO22+ ＋0.052V UO2＋ ＋0.612V U3＋ －1.796 U
+0.334V(在HCl溶液中)
U4＋ －0.607
在25℃，pH=14的强碱性介质中：
UO2(OH)2 －0.49V U(OH)4 －2.14V U(OH)3 － 2.17V U
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。
铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。
表2 铀的三种同素异形体的特性 （引自王剑锋，1986）
同素异形体
α－U
存在温度（℃）（ 1×105Pa） 晶体结构
密度（g/cm3）
﹤667.7
斜方 a=2.854Å b=5.869Å c=4.955Å 19.05
机械性质
延展性
β－U
γ－U
667.7－774.8 774.8－1132.3
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 。
③UO2＋的歧化反应
表1 金属铀的物理性质（引自王剑锋，1986）
性质 单位
熔点 ℃
熔化 热
升Baidu Nhomakorabea 热 比热
卡/摩尔 千卡/摩尔 千卡/摩尔
沸点 ℃
密度 g/cm3
特征值 1132.3 2700.0 129.0 0.028 3818 19.05
性质
单位
导热率
卡/厘米·秒·度
磁化率
电磁单位/g
电阻率
微欧姆·cm
电导（0－ 20℃）
上节课回顾－第一章绪论
1、学科研究对象及与其它学科的关系－研究对象分7 个方面、综合性学科 2、学科发展简史－根据几个重大事件划分
3、铀资源概况－资源分布、类型等
四、铀矿工业指标－概念及主要指标
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
第一节 铀元素性质及铀的分布 一、铀元素物理性质 二、铀元素化学性质
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。
1、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。
在同一种元素中，同时进行着两种相反 的化学反应，一部分原子或离子被氧化， 另一部分原子或离子被还原，这种反应称 为歧化反应，或叫自身氧化还原反应。歧 化反应的发生与物质的稳定性有一定的联 系。
UO2＋与UO22＋和U4＋之间的电位图：
UO22＋ 0.025V UO2＋ ＋0.612V U4＋
UO22＋+e=UO2＋
气化热
微欧－1 千卡/摩尔
原子体积
cm3/摩尔
特征值
0.064 1.74×10 － 6 30.0
0.034
110
12.5
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。
锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 锕钍镤 铀镎 钚 镅 锔 铻 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr 锎 锿 镄 钔 锘铹
铀是92号元素，它的电子结构为：
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d 106p67s25f36d1
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。
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/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。
四方 a=b=10.754Å c=5.6525Å
18.13
体心立方 a=3.534Å a=b=c
17.91
脆性
塑性
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），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。
E°UO2＋/UO22＋=-E°UO2＋/UO22＋=-0.025V
UO2＋+e=U4＋ E°UO2/U4＋=+0.612V
总 反 应 式 可 写 为 ： 2UO2 ＋ =UO22 ＋ +U4 ＋
图中最右端为还原物质，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。
②U、U3＋的还原性
U3＋＋3e=U E°=-1.796V（酸性条件） E°=2.17V（碱性条件）
①铀的标准电极电位：
在25℃，pH=1的强酸性介质中：
UO22+ ＋0.052V UO2＋ ＋0.612V U3＋ －1.796 U
+0.334V(在HCl溶液中)
U4＋ －0.607
在25℃，pH=14的强碱性介质中：
UO2(OH)2 －0.49V U(OH)4 －2.14V U(OH)3 － 2.17V U
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。
铀的三种变体的存在条件和特点列入表2。
表2 铀的三种同素异形体的特性 （引自王剑锋，1986）
同素异形体
α－U
存在温度（℃）（ 1×105Pa） 晶体结构
密度（g/cm3）
﹤667.7
斜方 a=2.854Å b=5.869Å c=4.955Å 19.05
机械性质
延展性
β－U
γ－U
667.7－774.8 774.8－1132.3