鈾 (U)
錒系元素 · 固態 · 週期 7 · 族 3
元素屬性
- 原子序數
- 92
- 符號
- U
- 原子質量
- 238.0289
- 分類
- 錒系元素
- 標準狀態
- 固態
- 週期
- 7
- 族
- 3
- 電負性
- 1.38
- 原子半徑
- 240
- 離子化能
- 6.19
- 電子親和能
- —
- 氧化態
- +6, +5, +4, +3
- 熔點
- 1408 K (1134.85 °C)
- 沸點
- 4404 K (4130.85 °C)
- 密度
- 18.95
- 電子排布
- [Rn]7s2 5f3 6d1
- 發現年份
- 1789
電子層
[Rn]7s2 5f3 6d1
電子按層（主能級）排列在原子核周圍。此圖為示意圖——同一層的軌道不會分開繪製。
關於鈾
鈾（ㄧㄡˋ）（英語：uranium），是一種化學元素，其化學符號為U，原子序數為92，原子量為238.02891 u，屬於錒系元素。鈾是一種密度大的銀白色重金屬，具有微放射性，其密度比鉛高出大約70%，比金和鎢低。鈾金屬具有相當的反應性，在空氣中表面會形成深灰色氧化層。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。已知的鈾同位素都不穩定，其中以最長壽的鈾-238（半衰期44.7億年）和鈾-235（半衰期7.04億年）在自然界中最為普遍。鈾是在地球上大量存在的太初元素中原子序最高的，原子序大於鈾的超鈾元素由於半衰期較短，從地球誕生至今早已衰變殆盡，且現今自然界中也缺乏形成它們的途徑或機制，因此都是以人工合成的方法發現的，僅有錼和鈽等原子序較小的超鈾元素被發現在鈾礦中痕量生成。自然界中的鈾以三種同位素的形式存在：鈾-238（占天然鈾的99.2739至99.2752%）、鈾-235（占0.7198至0.7202%）、和微量的鈾-234（占0.0050至0.0059%）。天然鈾在衰變時會釋放出α粒子。由於天然鈾同位素的半衰期極長，因此它們被用於估算地球的年齡。鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一易分裂的天然鈾同位素，可被慢中子撞擊而分裂，如果其質量超過臨界質量，就都能夠維持核連鎖反應，在核反應過程中的微小質量損失會轉化成巨大的能量。這一特性使它廣泛被用於核能發電以及生產核武器。然而，其在大自然存在的濃度很低，必須經過濃縮方可使用。耗盡鈾-235後的發電原料被稱為貧鈾（組成以鈾-238為主），可用做鋼材添加劑，製造貧鈾彈和裝甲。鈾-233也是一種易分裂同位素，唯自然存量極少，一般由天然的釷-232製備。鈾-238自發分裂的機率極低，但快中子撞擊可誘導其分裂，屬於增殖性材料，即能在核反應爐中經核轉換成為易分裂的鈽-239
發現史
發現: 1789
1972年，法國物理學家弗朗西斯·佩蘭分別在西非加彭奧克洛的3個礦床中，發現了15處古天然核子反應爐，今天已不再活躍。該礦床的年齡為17億年，當時地球上的鈾中，鈾-235占3%。在適當環境下，這足以激發並維持核連鎖反應。人類最早使用鈾的天然氧化物，可以追溯到公元79年以前。當時氧化鈾被用來為陶瓷上黃色的彩釉。1912年，英國牛津大學的R. T. Gunther在義大利那不勒斯灣波希里坡海角的古羅馬別墅中，發現了含1%氧化鈾的黃色玻璃。從歐洲中世紀晚期開始，波希米亞約阿希姆斯塔爾（今捷克亞希莫夫）的居民就使用哈布斯堡銀礦中提取的瀝青鈾礦來製造玻璃。19世紀初，人們所知的鈾礦僅在以上的地點。鈾元素是由德國化學家馬丁·克拉普羅特發現的。1789年，他在位於柏林的實驗室中，把瀝青鈾礦溶解在硝酸中，再用氫氧化鈉中和，成功沉澱出一種黃色化合物（可能是重鈾酸鈉）。克拉普羅特假設這是一種未知元素的氧化物，並用炭進行加熱，得出黑色的粉末。他錯誤地認為這就是新發現的元素，但其實該粉末才是鈾的氧化物。他以威廉·赫歇爾在八年前發現的天王星（Uranus）來命名這種新元素，而天王星本身是以希臘神話中的天神烏拉諾斯命名的。同樣地，百年後科學家發現首個超鈾元素錼（Neptunium）時也遵循鈾的命名方式以海王星（Neptune）命名之，其後的鈽（Plutonium）則以冥王星（Pluto）命名。1841年，巴黎中央工藝學校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化學教授尤金-梅爾希奧·皮里哥把四氯化鈾和鉀一同加熱，首次分離出鈾金屬。19世紀時人們沒有意識到鈾的放射性及危險性，因此發展了各種鈾的日常應用，其中包括歷史流傳下來的陶瓷和玻璃上色。1896年，亨利·貝可勒爾在位於巴黎的實驗室中，使用鈾元素發現了放射性。貝可勒爾將硫酸鈾醯鉀（K2UO2(SO4)2）放在底片上，並置於抽屜當中。取出之後，他發覺底片出現了霧狀影像，且使用其他鈾鹽甚至鈾金屬，也會有一樣的效果。他得出結論，鈾會發出一種不可見光或射線，在底片上留下了影像。1898年，格哈德·卡爾·施
用途與應用
人類最早使用鈾的天然氧化物，可以追溯到公元79年以前。當時氧化鈾被用來為陶瓷上黃色的彩釉。1912年，英國牛津大學的R. T. Gunther在義大利那不勒斯灣波希里坡海角的古羅馬別墅中，發現了含1%氧化鈾的黃色玻璃。從歐洲中世紀晚期開始，波希米亞約阿希姆斯塔爾（今捷克亞希莫夫）的居民就使用哈布斯堡銀礦中提取的瀝青鈾礦來製造玻璃。19世紀初，人們所知的鈾礦僅在以上的地點。
同位素
天然鈾元素主要由三種同位素組成：鈾-238（豐度為99.28%）、鈾-235（0.71%）和鈾-234（0.0054%）。它們均具有放射性，會釋放α粒子，但也有較小機會進行自發分裂。鈾-238是最穩定的鈾同位素，半衰期約為4.468×109年，與地球的年齡相約。鈾-235的半衰期約為7.13×108年，而鈾-234的半衰期則約為2.48×105年。天然鈾所釋放出的α粒子中，49%來自238U，同樣有49%來自234U，最後約2.0%來自235U。地球剛剛形成的時候，約有五分之一的鈾是鈾-235，而234U的豐度則很可能比今天低得多。鈾-238通常發生α衰變（有時也會進行自發分裂），其衰變鏈被稱為鈾衰變系。該衰變系包含18種核種，最終的產物則是穩定核種鉛-206，整個衰變鏈由多種衰變途徑組成。鈾-235的衰變鏈被稱為錒衰變系，其中有15種核種，最終產物是穩定的鉛-207。由於這些衰變系的衰變速率是不變的，因此有助於對比母子原子核的豐度，從而進行放射性定年法。鈾-234也屬於鈾衰變系中的一員，因此它會最終衰變為鉛-206。鈾-233是通過在核反應爐中對釷-232進行中子撞擊而形成的。鈾-233是可分裂物質，其衰變系的最後一種核種為鉈-205。鈾-235在核反應爐和核武器中有著十分重要的作用，因為它是自然界中唯一一種大量存在的可分裂鈾同位素。它能夠在熱中子撞擊下，分裂成多個碎片，從中釋放出可用的能量。鈾-238不可分裂，但則是可轉換同位素，能夠經中子活化變為可分裂的鈽-239。鈾-238可吸收一顆中子，形成鈾-239。239U會經β衰變成為錼-239，並在幾天內再β衰變為鈽-239。239Pu是三位一體核試中世界首個原子彈所使用的可分裂物質。自然界中的鈾是由99.2742%的鈾-238和0.7204%的鈾-235組成的。同位素分離過程將可分裂的鈾-235的濃度提高，以產生核武器和發電所用的濃縮鈾。鈾-235原子分裂所釋放的中子會被其他鈾-235原子吸收，促發更多的分裂反應，持續核連鎖反應。達到核連鎖反應所需的鈾-235質量稱為臨界質量。濃縮鈾的鈾-235含量一般介乎3%到5%
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常見問題
鈾 的原子序數是多少？
鈾 的原子序數是 92，等於其原子核中的質子數。
鈾 的相對原子質量是多少？
鈾 的相對原子質量約為 238.0289 u（以碳-12 原子質量的十二分之一為基準）。
鈾 的電子排布是什麼？
鈾 的電子排布為 [Rn]7s2 5f3 6d1。
鈾 在週期表中的位置？
鈾 位於第 7 週期、第 3 族。
鈾 是何時被發現的？
鈾 於 1789 被發現。