在元素周期表這個(gè)龐大的 “元素宇宙” 中,鈾,無(wú)疑是一顆極為特殊且備受矚目的 “星辰”。它不僅承載著人類對(duì)能源的新希望,還在軍事、科學(xué)研究等領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。今天,就讓我們一同走進(jìn)鈾的奇妙世界,揭開(kāi)它神秘的面紗。?
一、追溯鈾的發(fā)現(xiàn)之旅?
鈾的發(fā)現(xiàn)歷程宛如一部充滿驚喜與探索的傳奇故事。早在公元 79 年,人類就已與含鈾化合物有所接觸,當(dāng)時(shí)它被巧妙地用作陶瓷釉料中的黃色著色劑,為古老的陶瓷工藝增添了獨(dú)特的色彩魅力。然而,那時(shí)的人們并不知道,這種能帶來(lái)美麗色澤的物質(zhì),日后會(huì)引發(fā)一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的科學(xué)變革。?
時(shí)光悄然流轉(zhuǎn)至 1789 年,德國(guó)化學(xué)家馬丁?克拉普羅特在柏林實(shí)驗(yàn)室開(kāi)啟了一段改變鈾命運(yùn)的探索。他將瀝青鈾礦溶解在硝酸中,隨后通過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)操作,得到了一種神秘的黑色鈾的氧化物粉末。或許是受到 1781 年新發(fā)現(xiàn)的天王星(Uranus)的啟發(fā),克拉普羅特將這種新元素命名為 “Uranium”,鈾元素自此正式登上歷史舞臺(tái)。但此時(shí),鈾的真正潛力仍被深深埋藏,不為世人所知。?
直到 1896 年,法國(guó)物理學(xué)家亨利?貝可勒爾的一項(xiàng)驚人發(fā)現(xiàn),如同在黑暗中點(diǎn)亮了一盞明燈,徹底改變了人們對(duì)鈾的認(rèn)知。他首次揭示了鈾具有天然放射性衰變的性質(zhì),這一發(fā)現(xiàn)如同打開(kāi)了一扇通往微觀世界奧秘的大門,為后續(xù)一系列重大科學(xué)突破奠定了基礎(chǔ)。而 1938 年,德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W托?哈恩及其助手斯特拉斯曼宣布發(fā)現(xiàn)鈾的核裂變現(xiàn)象,更是將鈾推向了時(shí)代的風(fēng)口浪尖,使其從一種普通的元素,一躍成為顯著影響當(dāng)今政治、軍事、能源、環(huán)境等各大領(lǐng)域的戰(zhàn)略性資源。?
二、解析鈾的獨(dú)特特性?
(一)神秘的放射性?
鈾最為人熟知的特性,便是其放射性。自然界中的鈾通常以三種同位素的形式存在:U - 238(自然豐度高達(dá) 99.275%,原子量 238.0508,半衰期長(zhǎng)達(dá) 4.51×10?年),U - 235(自然豐度 0.720%,原子量 235.0439,半衰期為 7.00×10?年),以及微量的 U - 234(自然豐度 0.005%,原子量 234.0409,半衰期 2.47×10?年)。在衰變過(guò)程中,鈾會(huì)釋放出 α 粒子等射線。不過(guò),大家無(wú)需過(guò)度恐慌,常見(jiàn)同位素衰變時(shí)主要釋放的阿爾法粒子自由程極短,穿透能力較弱,只要做好防護(hù)措施,就可有效避免輻射傷害。例如,在專業(yè)的核設(shè)施中,工作人員會(huì)穿戴特殊的防護(hù)服,以隔絕射線與人體的接觸。?
(二)復(fù)雜的物理性質(zhì)?
從外觀上看,鈾是一種銀白色的金屬,質(zhì)地柔軟,具有良好的延展性,就如同我們常見(jiàn)的金屬鋁一般,能夠被加工成各種形狀。它的密度高達(dá) 19.1g/cm3,比常見(jiàn)的金屬鐵要重得多,甚至比黃金的比重略低。在導(dǎo)電性方面,鈾表現(xiàn)平平,與鐵的導(dǎo)電性能相似。此外,鈾還存在三種同素異形體,在不同的溫度區(qū)間,會(huì)呈現(xiàn)出不同的晶格結(jié)構(gòu),分別為 α 相(底心正交結(jié)構(gòu))、β 相(正方結(jié)構(gòu))和 γ 相(體心立方結(jié)構(gòu)),這種獨(dú)特的物理特性使得鈾在不同的工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出多樣的性能。?
(三)活潑的化學(xué)性質(zhì)?
鈾的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,堪稱元素世界中的 “活躍分子”。它能與除惰性氣體以外的幾乎所有元素發(fā)生反應(yīng),無(wú)論是常見(jiàn)的氫、氧、氮等非金屬元素,還是各類金屬元素,都能與鈾 “親密結(jié)合”。當(dāng)金屬鈾暴露在空氣中時(shí),會(huì)迅速與氧氣發(fā)生反應(yīng),表面逐漸變黑變暗;而粉末狀的鈾更是 “熱情過(guò)頭”,在空氣中就能自燃起來(lái),甚至在某些特定條件下,在水中也能燃燒,展現(xiàn)出其強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)活性。