=3.4×10-7≠3.59×10-7 没有平衡。
例 从1t含40%U3O8的沥青铀矿中能分离多少克镭226Ra？ 多少Bq? TU=4.468×109a，TRa=1602a。原子量：O 为16，U为238，Ra为226；阿佛加德罗常数为 6.02×1023 ， 238U的丰度为99.72%。
解： 238
重铀酸盐：
(NH 4 )2U 2O7 Na2U 2O7
K 2U 2O7
（5）铀的络合物 1）铀的无机络合物
+ 4+和 UO2能与许多无机酸根F2 U
、Cl-
NO 等形成 、
3，但后者更有实 用价值。 2）有机络合物 U4+和UO 能与柠檬酸等生成有机络合物，这些络
219Rn
232 Th
208Pb
220Rn
237 Np
209Bi
无射气存 在
放射性衰变的时间规律 放射性核素A放出粒子x转变成稳定核素B：
A→B+x
N = N 0e
− λt
A = A0 e
T1 =
2
− λt
ln 2
λ
=
0.693
λ
例 为了使226Ra的量衰变掉1/100，需要多长时间？ TRa=1602a
235U，UF 是极毒气体，有强烈腐蚀性，对金属腐蚀性 6
强，对诸如聚四氟乙烯等有机没有腐蚀。
UF4 + F(气 ) 300℃ →UF6
3）铀的盐类 四价铀盐 多数四价铀盐不溶于水，少数四价铀盐能溶于水， 四价铀盐在中性或弱碱性介质中易水解生成难溶的 U(OH)4 胶体；
铀酰盐 铀酰盐是由UO 与酸根结合而成的，其水
母体：237Np（ 4n+1）镎系，为人工放射系， T1/2： 2.14×106a 。 地球年龄： 约4.5×109a
放射系衰变规律 放射系名 称 U系 Ac系 Th系 Np系 起始核素
238U
终止核素
206Pb
衰变次数 α β 8 6 7 6 7 4 4 4
衰变链中 的射气
222Rn
235U
207Pb
2 ,1 2, 2
T1
, λ1
T1
, λ2
N2 =
λ2 − λ1
λ1
N1,0 e
(
− λ1t
−e
− λ2 t
)
A2 =
λ2 − λ1
λ2
A1, 0 e −λ1t − e −λ2t
(
)
1 当 λ2 〉〉 λ 1 长期平衡
2
λ1 N 2 = N 1,0 (1 − e −λ t ) λ2
A 2 = A1,0 1 − e
2 母体核素的半衰期不太长,但比子体核素的半衰期长 暂时平衡 3 母体核素的半衰期比子体核素的半衰期短 不平衡
3.2 铀化学 （1）概述 1）铀的发现 1789年克拉普罗特发现了铀，铀在地壳在的平均含 量为0.0004%（4ppm），铀在海水中的含量约为 3~4µg/L。海中铀量约为4.5×109t。 2）铀的同位素 铀共有15种放射性同位素和一种同质异能素，其中
第3章 天然放射性元素化学 章
3.1 概述 凡具有放射性的核素称为放射性核素。 全部由放射性核素核素所组成的元素称为放射性 元素。 放射性元素分为天然放射性和人工放射性元素两 大类包括从84号元素(Po)到111号元素以及43Tc和
61Pm共30个。
天然放射性元素是指在自然界中存在的放射性元 素，它们是84Po、85At、86Rn、87Fr、88Ra、89Ac 、
1000×1000× 0.4 ×
3.07 × 10 × 226 = 0.115 g 23 6.02 × 10
20
例
238U在岩石中的平均含量为2.8×10-4%，理论计算
相应的岩石的226Ra为多少Bq•kg-1？TU=4.468×109a， TRa=1602a。
解：1 kg该岩石中238U的量为1×1000×2.8×10-4%g =2.8×10-3 g； AU=ARa； λUNU= ARa；
238U、235U和234U三种地天然的，它们组成了天然铀。
提高铀中235U丰度的过程称铀的浓缩，其产品称为浓 缩铀。
3）铀的主要用途及危害 早期，铀仅用作玻璃、陶瓷和珐琅的着色剂。现 在用于制造核燃料。 235U、 233U为易裂变的核燃料 核素， 238U可以转换成239Pu，后者为易裂变核燃料 核素，反应式为：
（2）金属铀的物理性质 金属铀主要是用金属钙或镁热还原铀的卤化物 和氧化物来制备的。 UX4＋2Mg→U＋2MgX2 铀是一种有银白色光泽的金属，质软，有一定的 延展性，具有多晶性。
（3）铀的化学性质 1）铀在水溶液中有+3、+4、+5和+6价四种价态，而 以+6价的 UO 最稳定。 而U4+仅能在酸性溶液中稳定
ln 2 NU = ARa TU
ln 2 mU × × 6.02 × 1023 = ARa TU M u
−3
0.693 2.8 ×10 ARa = × × 6.02 ×1023 4.468 ×109 × 365 × 24 × 3600 238
=34.8Bq 比活度为：34.8Bq/1 kg=34.8 Bq•kg-1。
2
2+
溶液呈黄绿色，铀酰盐具有两性，在酸性介质中以
UO
2+ 2
存在，而在pH＞5 的介质中，则以难溶性的重
铀酸盐沉淀形式存在（硝酸铀酰用于铀的溶剂萃取分 离，硫酸铀酰可作均相反应堆燃料，重铀酸盐在铀的 水冶中用于分离各浓集铀）
2UO2 SO4 + 6 NaOH → Na2U 2O7 ↓ +2 Na2 SO4 + 3H 2O
+ 2
UO
价态
＜U3+＜
UO
2+ 2
＜U4+
水溶液中不同价态铀离子的形式和颜色 离子形式 U3+ U4+ UO2+ UO22+ 溶液颜色 玫瑰红 深绿 -黄绿
U(Ⅲ) U(Ⅳ) U(Ⅴ) U(Ⅵ)
（4）铀的化合物
铀在不同情况下可以形成从+3~+6价的各种铀化 合物，主要有以下几类： 1）铀的氧化物有UO2、U4O9、U3O8、UO3和UO4。 最稳定的是U3O8，可作为重量法测铀的基准化合 物； UO2可作为动力堆的核燃元件； UO3为两性铀氧化物，它是铀酸酐。
238U(n,γ) 239U（β）→ 239Np（β）→ 239Pu
铀既是放射性毒物，又是化学毒物。天然铀在 放射性物质毒性分类中属中毒性元素，它作用于人 体的危害主要是化学毒性。各种铀化合物中毒后的 主要损伤器官是肾脏，随后出现神经系统和肝脏的 病变等。 我国规定，天然铀在露天水源中的限制浓度为 0.05mg/L，在放射性工作场所中的最大容许浓度为 0.02mg/L，在人尿中铀的控制指标为20µg/L。
U → Th → ⋅ ⋅⋅
234
α
β−
230
Th →
α
226
Ra
λU NU = λRa N Ra
N Ra TRa = NU = 3.07 ×1020 个原子 = 0.115 g = 4.26 ×109 Bq TU
3× 3× 238 × 99.72% 1602 3 × 238 + 8 ×16 × 6.02 ×1023 × = 3.07 ×1020 238 4.468×109
2UO2 SO4 + 3CaO → CaU 2O7 ↓ +2CaSO4
硝酸铀酰： UO ( NO ) ⋅ xH O 2 3 2 2
180 2UO2 (NO3 )2 ⋅ 6 H 2O 〉℃ → 2UO3 + 12 H 2O + 4 NO2 ↑ +O2 ↑
硫酸铀酰：
UO2 SO4
2UO2 SO4 + 6 NH 3 ⋅ H 2O → ( NH 4 )2 U 2O7 ↓ +2( NH 4 )2 SO4 + 3H 2O
232Th可转变成核燃料，其反应式为：
232
Th(n, γ ) Th → Pa → 233U
233
β−
233
β−
钍及其化合物还可以作电极材料、催化剂及电焊 条等的添加剂。 天然钍属中毒性元素，进入体内后主要集中于肝、 骨髓和淋巴结中，钍的化学毒性不高。
（２）钍的物理性质 钍是银白色的金属，相对密度为11.7，熔点为 1780℃，较软，易进行机械加工，钍具有多晶型性质， 主要有面心立方体和体心立方体晶格两种。 （３）钍的化学性质 钍的化学性质与锆、铪相似，钍的电子结构为： 6s26p66d27s2，最高氧化态是正四价。金属钍主要是 用金属钙热还原钍的氧化物和氟化物熔盐的方法来制 备，反应式为： ThO2+2Ca→Th+2CaO
(
− λ2 t
)
λ 1 N 1= λ2 N 2
A1 = A2
例 有一铀矿样品，测得其中含238U1g，含
226Ra3.59×10-7
g，问该矿石中铀与镭是否平衡？
解：当铀与镭达到平衡后，它们的活度相等。即
λU NU = λRa N Ra
mRa λU M Ra = mU λRa M U
TRa M Ra = TU M U
钍的化合物有： 通常情况下，钍只能形成稳定的四价化合物。 氧化物ThO2、ThO，其中ThO2有组成固定，可做 为基准化合物； 卤化物有ThF4、ThCl4、ThBr4、ThI4、ThI3等； 此外还有Ｎ、Ｃ、Ｂ和Ｐ化合物； 钍的盐类 钍能与许多无机酸作用生成相应的盐，易溶盐有 Th(NO3)4、Th(SO4)2和ThCl4，它们既溶于水也溶于 醇、酮等有机溶剂中，此性质在钍的萃取分离中有重 要意义。