[理学]南华大学《放射化学》第3章 天然放射性元素化学.ppt

3 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。 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。 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。 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 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： 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——放射性衰变平衡的建立 1 当 长期平衡 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 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： 3.2 铀化学 3.2 铀化学 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。 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 最稳定。 而U4+仅能在酸性溶液中稳定存在，U3+和 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 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： ＜U3+＜ ＜U4+ 3.2 铀化学——铀的水解行为 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 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。 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