化学知识点第245篇元素的故事（92）铀（读yóu）

旺旺化学

铀的元素符号

铀的原子结构示意图

　　铀位于元素周期表第七周期第ⅲB，其电子排布式为:1s²2s²2p⁶3s²2p⁶3d¹⁰

4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶5f³6s²6d¹7s²。

铀元素的发现与早期应用

铀元素的发现可追溯至1789年，德国化学家克拉普罗特从沥青铀矿中分离出一种新元素，并以1781年新发现的行星“天王星”命名为uranium，元素符号定为U。然而，人类与铀的接触其实早有渊源。早在公元79年，含铀化合物便被用作陶瓷釉料的黄色着色剂，只是当时人们尚未意识到其中蕴含的神秘元素。1896年，A.H.贝可勒尔发现了铀的放射性现象，这一发现使铀的研究从纯理论走向实际应用。早期铀主要用于镭的开采副产品，其化合物也广泛用于玻璃和陶瓷的着色。

物理化学特性

铀是一种银白色金属，具有极高的密度（相对密度约18.95），熔点为1135℃，沸点高达4134℃。它具有放射性，并存在α、β、γ三种同素异形体。铀的力学性质受温度和热处理影响显著，表现出较强的各向异性。在常温下，铀的新切面呈发亮的钢灰色，但在空气中暴露后会逐渐生成黑色氧化膜。

地壳与海洋分布

铀在地壳中的丰度为2.3×10⁻⁴%，平均每吨地壳物质含2.5克铀，这一含量远高于金、银等贵金属元素。尽管海水中铀的浓度较低（3×10⁻⁷%），但其总量高达4.5×10⁹吨，成为未来潜在的重要资源库。

矿物类型

目前已发现的铀矿物和含铀矿物约有500多种，但具有工业开采价值的仅二三十种，如沥青铀矿、钾钒铀矿等。大多数铀矿的含铀品位为0.1%~0.2%，开采难度较大，对选矿技术提出了较高要求。

化学性质

铀是ⅢB族锕系放射性化学元素，符号为U，原子序数92，相对原子质量238.03，是原子序数和相对原子质量最大的天然元素。铀的外电子层构型为[Rn]5f³6d¹7s²，其中5f³6d¹7s²为价电子层。铀具有+3、+4、+5、+6四种价态，其中以+4和+6为主。它是一种正电性很强的活泼金属，能与几乎所有非金属元素（惰性气体除外）反应生成化合物，常以U³⁺、U⁴⁺、UO₂⁺和UO₂²⁺等形式存在。

铀化合物

铀能与多种非金属元素结合，生成多种化合物。其中，UO₂是当前应用最广泛的核燃料；U₃O₈常用于储存和还原成UO₂；UF₄是制取金属铀和UF₆的中间产物；UF₆因其三相点为337K，是铀同位素分离的重要原料。此外，碳化铀、氮化铀和硅化铀因其优异性能，也被视为未来核燃料的重要候选材料。

铀的合金

铀能与多种金属生成金属间化合物。由于金属铀本身化学性质活泼、机械性能较差，铀合金的开发显得尤为重要。添加铌、铬、钼或锆等元素，可显著改善铀的热导率、晶体结构、辐照稳定性和耐蚀性，广泛应用于核燃料元件制造。其中，贫铀合金因密度大、强度高，被用于制造穿甲弹和防辐射材料，但也因其放射性对人体健康构成潜在威胁。

铀元素的应用与战略意义

从军事到民用的转型

铀在20世纪40年代因核裂变特性成为核武器的核心材料。美国1945年投下的原子弹即基于铀-235裂变原理。中国自1950年代起建立起完整的铀工业体系，为国防安全提供了坚实支撑。随着核能的和平利用，铀作为核电燃料的需求迅速增长。中国核能事业快速发展，铀资源紧缺问题日益突出，进口依赖成为制约核电发展的潜在风险。

日常生活中的微量存在

铀并非遥不可及，它广泛存在于自然环境中。土壤、水体、谷物、蔬菜中均含有微量铀。正常情况下，这些微量摄入不会对人体健康造成影响。然而，长期饮用高铀含量的地下水可能增加体内积累风险，需引起重视。

望亚玲写于2025年7月23日早上8点45分