鈾

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簡介

鈾於1841年由法國化學家歐仁·梅爾希奧·佩利戈首次分離出來。這種元素在19世紀被廣泛用於各種用途，例如使玻璃呈現出黃綠色調，也被稱為凡士林玻璃。1896年，科學家亨利·貝克勒爾首次發現了它的放射性。這一發現隨後在1934年由恩里科·費米進行了進一步研究。這項研究有助於發現由鈾同位素U-235引起的核裂變。

什麼是鈾？

圖1：鈾的原子結構

Pumbaa（格雷格·羅布森的原創作品），電子層 092 鈾，CC BY-SA 2.0 UK

鈾是一種放射性元素，其性質並不十分強烈。鈾用U表示，其原子序數為92。它是一種重金屬，具有高度集中的能量來源。它是一種非常常見的元素，像錫和鎢一樣，存在於各種岩石中，濃度為2-4 ppm。它也存在於海水中。

鈾：發現

德國化學家馬丁·克拉普羅斯於1789年首次發現了鈾。他在檢查來自約阿希姆斯塔爾銀礦的瀝青鈾礦樣品時，發現了一種氧化鈾。該礦以前位於波希米亞，現在位於捷克。克拉普羅斯最初稱這種元素為鈾。這個名字的靈感來自於天王星。

鈾的化學性質

鈾的化學性質如下：

• 它屬於錒系元素。

• 它位於元素週期表第七週期和f區。

• 該元素的原子序數為92。

• 該分子的狀態在20°C時為固態。

• 鈾的電子構型為[Rn] 5f³6d¹7s²。

• 它的ChemSpider ID為22425。這是一個免費的化學結構資料庫。

• 鈾的熔點和沸點分別為1135°C、2075°F、1408 K和4131°C、7468°F、4404 K。

• 該元素的密度為19.1 g cm⁻³。

• 它的相對原子質量為238.029。

• ²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U是其主要的同位素。

• 鈾的CAS號為7440-61-1。

鈾的物理性質

鈾的物理性質如下：

• 純鈾的顏色為銀色，它在空氣中會迅速氧化。

• 天然鈾礦是其兩種同位素的混合物。U-238佔99.3%，其餘為U-235。

• 鈾是地球上最重的天然元素之一，這取決於原子核質量的增加。水的密度比鈾低18.7倍。

• 鈾有多種同位素，它們以不同的形式存在。

• 由於其高密度，它可用作飛機控制面的配重和輻射遮蔽。

• 大約66億年前，鈾首次在地球上形成。它在太陽系中並不常見，但它具有緩慢的放射性衰變，會產生熱量。這種熱量產生通常會導致大陸漂移和對流。

鈾：應用

圖2：鈾的應用

鈾通常用作核電站發電的燃料。它還為世界提供了近14%的電力。其他主要用途如下：

• 醫學：它用作放射性元素，注入人體內以殺死特定器官中的癌細胞。

• 食品工業：它用於對容器進行滅菌，殺死害蟲、寄生蟲和細菌，從而使食物保持新鮮。

• 航天工業：宇航員在太空中遠離太陽，而鈾是產生熱量的絕佳替代品。

• 工業部門：鈾用於X射線、冶金、航空和汽車工業。

• 文化和歷史：該元素用於考古學中測量特定樣品的年齡。

鈾的影響

鈾的影響可以分為三個部分。

對礦工的影響

在鈾礦場作業的人們會直接接觸到鈾。為礦工採取的安全措施是基於其財務狀況的。它很少基於公共衛生福利。因此，礦場上的礦工直接暴露於影響其健康的放射性同位素。

對普通民眾的影響

鈾礦開採產生的危險廢物會汙染環境。即使沒有直接接觸，飲用危險廢水或吸入粉塵也會導致普通民眾患上各種致命疾病，包括癌症。

對環境的影響

鈾及其放射性同位素產生的熱量會導致大陸漂移。在尾礦上生長的植物會產生含有放射性物質的蔬菜。

結論

鈾富含放射性特性，因此對人體健康有害。鈾最初在戰爭中被用作核武器。然而，鈾也有一些有益的用途。它可以用作治療癌症的藥物，以及殺死細菌和害蟲的消毒劑。一些汽車公司發現，對於氨的生產，鈾比鐵更有效的催化劑。硝酸鈾用於照相顯影劑。鈾的化合價通常為+4或+6。

常見問題

問1. 鈾衰變需要多少年？

答：鈾經歷非常緩慢的放射性衰變。鈾同位素U-238的半衰期為45億年。

問2. 鈾何時變得安全？

答：鈾及其相關的衰變產物，如釷-230和鐳-226，將持續數千年具有危險性和放射性。然而，大約500年後，這些產物的放射性水平將降低。

問3. 鈾的膳食來源是什麼？

答：塊根類蔬菜，如土豆和甜菜，含有大量的鈾。牛肉、雞蛋、牛奶、貝類和魚類也含有鈾。

問4. 哪個地方的鈾產量最高？

答：哈薩克是全世界鈾產量最高的國家。2019年，其鈾產量佔全球的43%。在哈薩克之後，加拿大和南極洲的鈾產量最高。根據目前的用量，鈾還能使用80年。