放射元素分析课件.ppt

放射元素分析课程要求课程要求了解超铀元素的制备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第一节第一节 天然放射性元素天然放射性元素一、概述一、概述凡是具有放射性的核素称为凡是具有放射性的核素称为放射性核素放射性核素全部同位素全部同位素均由放射性核素组成的元素称为均由放射性核素组成的元素称为放射性元素放射性元素u在已知的在已知的118118种元素中，有种元素中，有8181种元素具有稳定同位种元素具有稳定同位素，其余素，其余3636种只有放射性同位素，他们的放射性半种只有放射性同位素，他们的放射性半衰期长短不等衰期长短不等u原子序数大于原子序数大于83 83 的元素（除的元素（除4343TcTc和和6161PmPm）属于放射）属于放射性元素性元素( (包括天然放射性元素和人工放射性元素包括天然放射性元素和人工放射性元素) )u其中有三个核素其中有三个核素232232ThTh，238238U U 和和235235U U，由于它们具有，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，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，即钍系并形成三个天然放射性衰变系，即钍系( (232232ThTh或或4n4n系系) )，铀系（，铀系（238238U U系或系或4n+24n+2系），锕系（系），锕系（235235U U系或系或4n+34n+3系系) ) 共同特点共同特点起始都是长寿命元素，寿命大于或接近地球。

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最后都生成稳定的核数1.钍系钍系4n系系4n表示系中各核素的质量数为表示系中各核素的质量数为4的倍数的倍数其起始元素是其起始元素是23290Th通过一系列通过一系列衰变最后生成衰变最后生成208Pb(稳定稳定)二、天然放射系及其衰变二、天然放射系及其衰变天然放射性元素天然放射性元素即在自然界中天然存即在自然界中天然存在的放射性元素在的放射性元素2.铀系铀系4n+2系系表示系中各核素的质量数为表示系中各核素的质量数为4的倍数的倍数+2其起始元素是其起始元素是23892U通过一系列通过一系列衰变最后生成衰变最后生成206Pb(稳定稳定)3.锕系锕系4n+3系系表示衰变系中各核素的质量数为表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数的倍数+3其起始元素是其起始元素是23592U通过一系列通过一系列衰变最后生成衰变最后生成20782Pb(稳定稳定)4.镎系镎系4n+1系系表示衰变系中各核素的质量数为表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数的倍数+1其起始元素是其起始元素是23793Np通过一系列通过一系列衰变最后生成衰变最后生成20983Bi(稳定稳定)此系此系非天然放射性非天然放射性，在，在40年代，已通过各种核反年代，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（体中无放射性气体氡（Rn）三、天然放射性元素化学三、天然放射性元素化学铀铀（一）概述（一）概述铀的已知同位素有铀的已知同位素有15个，质量数为个，质量数为226-240，234U、235U、238U为天然存在为天然存在235U用途最大，用途最大，地位最重要，因为它是裂变核燃料，但在自然地位最重要，因为它是裂变核燃料，但在自然界中其丰度不高，仅为界中其丰度不高，仅为0.714%，而，而238U的丰的丰度最高为度最高为99.27%铀既是铀既是放射性毒物放射性毒物又是又是化学毒物化学毒物，它作用于人体，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化合物的毒性较大可溶性铀化合物可溶性铀化合物UOUO2 22+2+盐进入人体后，在血液中盐进入人体后，在血液中60%60%的的UOUO2 22+2+形成具有超滤性的碳酸氢盐络合物而形成具有超滤性的碳酸氢盐络合物而转移到各组织器官，转移到各组织器官，40%40%与蛋白质结合各种铀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。

神经系统和肝脏的病变等238U可通过核反应生成核燃料可通过核反应生成核燃料239Pu23892U (n，2) 23994Pu铀的人工同位素铀的人工同位素239U和和233U是比较有用的核素：是比较有用的核素：239U是制备是制备239Pu的中间产物；的中间产物；233U是代替是代替235U作为核燃料的比较有希望的一个核素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（二）金属铀及其物理、化学性质1.物理性质物理性质 铀是一种比铜稍软的银白色致密金属，具有金属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，密度为光泽，在室温下，密度为19.07g.cm-3，是密度较，是密度较大的金属之一熔点是大的金属之一熔点是1132，沸点为，沸点为3813 它具有三种同素异形体：它具有三种同素异形体：667.7 以下是稳定的，以下是稳定的，称为称为U，属，属斜方斜方结构；结构；在在667.7 774.8 之间稳定的称为之间稳定的称为U，属，属四四方方结构；结构；在在774.8 1132.3 之间稳定的称为之间稳定的称为U，属属体心立方体心立方结构U、U是各向异性的，是各向异性的，加热时两个方向膨胀，而在一个方向收缩；加热时两个方向膨胀，而在一个方向收缩；U是各向同性的。

是各向同性的铀原子铀原子较大，其半径为较大，其半径为1.562.化学性质化学性质S铀的化学性质很活泼，可与除惰性气体外的所铀的化学性质很活泼，可与除惰性气体外的所有元素反应有元素反应S在在工业上工业上，金属铀是用，金属铀是用C或或Mg、Ca等从其氧化等从其氧化物中还原得来的物中还原得来的UF4 + 2Mg U + 2MgF2 + QUF4 + 2Ca U + CaF2S铀放在铀放在空气中空气中会缓慢地氧化，生成黑色的氧化膜，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使其表面变暗铀粉在空气中能自燃生成UO2或或U3O8S铀块与沸腾的水作用生成铀块与沸腾的水作用生成UO2与与H2，H2又与又与U作作用生成用生成UH3，由于，由于UH3的生成使铀块容易破碎，的生成使铀块容易破碎，加速了加速了H2O对铀的侵蚀这种作用非常剧烈，在对铀的侵蚀这种作用非常剧烈，在150250时，反应生成时，反应生成UO2和和UH3混合物7U+6H2O（汽）（汽）3UO2+4UH3S铀在溶解时被氧化成不同氧化态（铀在溶解时被氧化成不同氧化态（3、4、6）的）的铀盐金属铀能溶于铀盐金属铀能溶于HNO3，也能溶于，也能溶于HCl，铀，铀溶于溶于HCl（HBr）时有黑色残渣。

但金属铀不溶）时有黑色残渣但金属铀不溶于于H2SO4、HClO4，即不与之反应，除非体系中，即不与之反应，除非体系中含含H2O2和和HNO3S一般情况下，金属铀与碱不发生作用，但在碱中一般情况下，金属铀与碱不发生作用，但在碱中加入加入H2O2后可以溶解铀并形成过铀酸盐后可以溶解铀并形成过铀酸盐（三）铀的重要化合物（三）铀的重要化合物1.铀的氧化物铀的氧化物X铀的主要氧化物有：铀的主要氧化物有：UO2、U4O9、U3O8、UO3、 UO4X最稳定的氧化物是最稳定的氧化物是 U3O8、其次是其次是 UO2铀在不同情况下，可以形成从铀在不同情况下，可以形成从+3+6价的各种铀化价的各种铀化合物，其中最稳定提六价铀的化合物，其次是四价合物，其中最稳定提六价铀的化合物，其次是四价铀化合物铀化合物 UO2动力反应堆中广泛使用的燃料，同时也用于制取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：铀氧化物来制备：UO3+H2650UO2+H2O(NH4)4UO2(CO3)3800UO2+10NH3+9CO2+N2+9H2OUO2是一种暗红色粉末，比重是一种暗红色粉末，比重10.878g/cm3；熔点：；熔点：2865UO2在室温下较稳定，但在空气中加热到在室温下较稳定，但在空气中加热到200以上时被氧化为以上时被氧化为U3O8。

在氧气中，粉末状的在氧气中，粉末状的UO2会自燃UO2在室温下，与在室温下，与HCl、H2SO4和和HNO3缓慢作用缓慢作用 UO2溶于热溶于热HNO3得得亮黄色硝酸铀酰溶液亮黄色硝酸铀酰溶液；UO2与空气隔绝，用强酸溶解得与空气隔绝，用强酸溶解得四价四价铀盐的铀盐的绿色绿色溶液 U3O8U3O8可用灼烧多种铀盐或某些铀氧化物来制备，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其颜色随制备条件的不同而呈现橄榄绿、墨绿或黑橄榄绿、墨绿或黑色等U3O8是铀最稳定的一种氧化物，在是铀最稳定的一种氧化物，在500以上的空以上的空气中，唯有气中，唯有U3O8才能稳定存在，且组成不变，所才能稳定存在，且组成不变，所以是重量法测铀的基准化合物以是重量法测铀的基准化合物它它不溶于水和各种稀酸不溶于水和各种稀酸，能溶于浓酸中形成，能溶于浓酸中形成U4+和和UO22+的混合溶液的混合溶液 其它铀氧化物其它铀氧化物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生成难溶性铀酸盐如Na2UO4或重铀酸盐如或重铀酸盐如(NH4)2U2O7（黄黄饼饼）。

因此）因此UO3又称为铀酰酐又称为铀酰酐UO3主要用来制备主要用来制备UO2和金和金属属U过氧化铀过氧化铀一般以一般以UO42H2O的形式存在，它是一种难溶于的形式存在，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水的酸性氧化物，但它能溶于无机酸而转化为铀酰盐UO42H2O + H2SO4 UO2SO4 + H2O2 + 2H2O2.铀的卤化物铀的卤化物铀能与所有卤族元素作用生成从铀能与所有卤族元素作用生成从+3 +6价的各种铀卤化物价的各种铀卤化物铀卤化物的性质随卤素原子序数和铀化合价的增加有明显铀卤化物的性质随卤素原子序数和铀化合价的增加有明显的递变关系：的递变关系：铀卤化物与水作用的能力和挥发性等随铀化合价的增加而铀卤化物与水作用的能力和挥发性等随铀化合价的增加而增加；增加；铀卤化物的吸湿性和在空气中的氧化能力随卤素原子序数铀卤化物的吸湿性和在空气中的氧化能力随卤素原子序数的增加而增加；的增加而增加；铀卤化物的稳定性则随着卤素原子序数的增加而减小如铀卤化物的稳定性则随着卤素原子序数的增加而减小如UF6最稳定，最稳定，UCl6次之，而次之，而UBr6和和UI6都不能稳定存在。

都不能稳定存在 四氟化铀四氟化铀(UF4)u在在U U4+4+的酸性溶液中加入氢氟酸，即可得到的酸性溶液中加入氢氟酸，即可得到UFUF4 4的水合物的水合物在高温下，将在高温下，将UOUO2 2与氟化氢或氟利昂、氟化铵等氟化剂作与氟化氢或氟利昂、氟化铵等氟化剂作用，可制得无水的用，可制得无水的UFUF4 4uUFUF4 4为绿色晶状物质，俗称为绿色晶状物质，俗称“绿盐绿盐”，其化学性质不活泼，其化学性质不活泼，与氧在与氧在800800时才发生反应：时才发生反应：2UF2UF4 4 + O+ O2 2800 UFUF6 6 + UO+ UO2 2F F2 2uUF4难溶于水和难溶于水和HNO3，HCl等无机酸，但易溶于发烟高等无机酸，但易溶于发烟高氯酸，也能因络合作用而溶于草酸、草酸铵、碳酸铵以氯酸，也能因络合作用而溶于草酸、草酸铵、碳酸铵以及含硼酸或铝盐的无机酸中及含硼酸或铝盐的无机酸中uUF4还能与。