放射元素分析 (1)

➢ UO2在室温下较稳定，但在空气中加热到200℃ 以上时被氧化为U3O8。在氧气中，粉末状的 UO2会自燃。
➢ UO2在室温下，与HCl、H2SO4和HNO3缓慢作 用。 UO2溶于热HNO3得亮黄色硝酸铀酰溶液； UO2与空气隔绝，用强酸溶解得四价铀盐的绿色 溶液。
U3O8
➢ U3O8可用灼烧多种铀盐或某些铀氧化物来制备， 其颜色随制备条件的不同而呈现橄榄绿、墨绿或 黑色等。
放射元素分析
课程要求
掌握天然放射性元素的性质.特点 掌握铀及钚的性质 了解人工放射性元素的性质 了解超铀元素的制备
第一节 天然放射性元素
一、概述
凡是具有放射性的核素称为放射性核素。全部同位素 均由放射性核素组成的元素称为放射性元素
在已知的118种元素中，有81种元素具有稳定同位 素，其余36种只有放射性同位素，他们的放射性半 衰期长短不等。
➢ U3O8是铀最稳定的一种氧化物，在500℃以上的空 气中，唯有U3O8才能稳定存在，且组成不变，所 以是重量法测铀的基准化合物。
➢ 它不溶于水和各种稀酸，能溶于浓酸中形成U4+和 UO22+的混合溶液。
其它铀氧化物
UO3为两性铀氧化物，它与酸作用生成铀酰盐，与碱作用 生成难溶性铀酸盐如Na2UO4或重铀酸盐如(NH4)2U2O7（黄 饼）。因此UO3又称为铀酰酐。UO3主要用来制备UO2和 金属U。 过氧化铀一般以UO4·2H2O的形式存在，它是一种难溶于 水的酸性氧化物，但它能溶于无机酸而转化为铀酰盐
共同特点 ✰ 起始都是长寿命元素，寿命大于或接近地球。 ✰ 中间产物都有放射性气体氡。并有放射性淀质生成。 ✰ 最后都生成稳定的核数。
二、天然放射系及其衰变
天然放射性元素即在自然界中天然存 在的放射性元素
1.钍系—4n系
4n表示系中各核素的质量数为4的倍数 其起始元素是23290Th通过一系列α衰变最后生成 208Pb(稳定)
2.铀系—4n+2系
表示系中各核素的质量数为4的倍数+2 其起始元素是23892U通过一系列α衰变最后生成 206Pb(稳定)
3.锕系—4n+3系
表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+3 其起始元素是23592U通过一系列α衰变最后生成 20782Pb(稳定)
4.镎系—4n+1系
表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+1
它具有三种同素异形体：667.7 ℃以下是稳定的， 称为α—U，属斜方结构；
在667.7 ℃—774.8 ℃之间稳定的称为β—U，属四 方结构；
在774.8 ℃—1132.3 ℃ 之间稳定的称为γ—U， 属体心立方结构。α—U、β—U是各向异性的， 加热时两个方向膨胀，而在一个方向收缩； γ—U是各向同性的。
பைடு நூலகம்
铀既是放射性毒物又是化学毒物，它作用于人体 的危害主要是化学毒性。通常可溶性和挥发性铀 化合物的毒性较大。
可溶性铀化合物UO22+盐进入人体后，在血液中 60%的UO22+形成具有超滤性的碳酸氢盐络合物而 转移到各组织器官，40%与蛋白质结合。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。
其起始元素是23793Np通过一系列α衰变最后生成 20983Bi(稳定)
此系非天然放射性，在40年代，已通过各种核反 应方法合成了这一放射系的所有成员。其衰变子 体中无放射性气体氡（Rn）
三、天然放射性元素化学
铀
（一）概述
铀的已知同位素有15个，质量数为226-240， 234U、235U、238U为天然存在。235U用途最大， 地位最重要，因为它是裂变核燃料，但在自 然界中其丰度不高，仅为0.714%，而238U的 丰度最高为99.27%。
238U可通过核反应生成核燃料239Pu
23892U (n，2β) 23994Pu
铀的人工同位素239U和233U是比较有用的核素： 239U是制备239Pu的中间产物；233U是代替235U 作为核燃料的比较有希望的一个核素。
（二）金属铀及其物理、化学性质
1.物理性质
铀是一种比铜稍软的银白色致密金属，具有金属 光泽，在室温下，密度为19.07g.cm-3，是密度较 大的金属之一。熔点是1132℃，沸点为3813 ℃。
一般情况下，金属铀与碱不发生作用，但在碱中 加入H2O2后可以溶解铀并形成过铀酸盐
（三）铀的重要化合物
铀在不同情况下，可以形成从+3~+6价的各种铀化 合物，其中最稳定提六价铀的化合物，其次是四价 铀化合物。
1. 铀的氧化物
铀的主要氧化物有：UO2、U4O9、U3O8、UO3、 UO4
最稳定的氧化物是 U3O8、其次是 UO2
原子序数大于83 的元素（除43Tc和61Pm）属于放射 性元素(包括天然放射性元素和人工放射性元素)。
其中有三个核素232Th，238U 和235U，由于它们具有 足够长的半衰期，因此在自然界中它们仍然存在， 并形成三个天然放射性衰变系，即钍系(232Th或4n 系)，铀系（238U系或4n+2系），锕系（235U系或 4n+3系)
铀原子较大，其半径为1.56Å。
2.化学性质
铀的化学性质很活泼，可与除惰性气体外的所 有元素反应。
在工业上，金属铀是用C或Mg、Ca等从其氧化 物中还原得来的。 UF4 + 2Mg → U + 2MgF2 + Q UF4 + 2Ca → U + CaF2
铀放在空气中会缓慢地氧化，生成黑色的氧化膜， 使其表面变暗。铀粉在空气中能自燃生成UO2或 U3O8。
铀块与沸腾的水作用生成UO2与H2，H2又与U作 用生成UH3，由于UH3的生成使铀块容易破碎， 加速了H2O对铀的侵蚀。这种作用非常剧烈，在 150—250℃时，反应生成UO2和UH3混合物。
7U+6H2O（汽）→3UO2+4UH3
铀在溶解时被氧化成不同氧化态（3、4、6）的 铀盐。金属铀能溶于HNO3，也能溶于HCl，铀 溶于HCl（HBr）时有黑色残渣。但金属铀不溶 于H2SO4、HClO4，即不与之反应，除非体系中 含H2O2和HNO3。
UO2
动力反应堆中广泛使用的燃料，同时也用于制取UF4 ➢ 可在还原剂存在下锻烧分解铀酰盐或高温还原某些
铀氧化物来制备： UO3+H2 650℃ UO2+H2O
(NH4)4[UO2(CO3)3] 800℃ UO2+10NH3+9CO2+N2+9H2O
➢ UO2是一种暗红色粉末，比重10.878g/cm3；熔点： 2865℃