Đồng vị của urani

Uranium (U) là nguyên tố hóa học tự nhiên không có các Đồng vị bền, nhưng nó có 2 đồng vị cơ bản là uranium-238 và uranium 235. Hai đồng vị này có tính phóng xạ với chu kỳ bán rã lâu dài và được tìm thấy với một lượng nhất định trong vỏ Trái Đất, cùng với sản phẩm phân rã urani-234. Khối lượng nguyên tử trung bình của urani tự nhiên là 238,02891(3) u. Các đồng vị khác như uranium-232 được tạo ra từ các lò phản ứng tái sinh.

Urani, 92U
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Urani, U
Phiên âm	/jʊˈreɪniəm/ ew-RAY-nee-əm
Hình dạng	Kim loại màu xám bạc, ăn mòn trong không khí tạo lớp vỏ oxit màu đen.
Urani trong bảng tuần hoàn
Nd ↑ U ↓ (Uqq) Protactini ← Urani → Neptuni
Số nguyên tử (Z)	92
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)	238.02891(3)
Phân loại	họ actini
Nhóm, phân lớp	n/a, f
Chu kỳ	Chu kỳ 7
Cấu hình electron	[Rn] 5f3 6d1 7s2
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất	Rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1405.3 K ​(1132.2 °C, ​2070 °F)
Nhiệt độ sôi	4404 K ​(4131 °C, ​7468 °F)
Mật độ	19.1 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 17.3 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	9.14 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	417.1 kJ·mol−1
Nhiệt dung	27.665 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	6, 5, 4, 3,[1] 2, 1 ​(ôxit cơ bản yếu)
Độ âm điện	1.38 (Thang Pauling)
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 156 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	196±7 pm
Bán kính van der Waals	186 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Trực thoi
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 3155 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	13.9 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	27.5 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 0 °C: 0.280 µΩ·m
Tính chất từ	Thuận từ
Mô đun Young	208 GPa
Mô đun cắt	111 GPa
Mô đun khối	100 GPa
Hệ số Poisson	0.23
Số đăng ký CAS	7440-61-1
Lịch sử
Đặt tên	Theo tên Sao Thiên Vương
Phát hiện	Martin Heinrich Klaproth (1789)
Tách ra lần đầu	Eugène-Melchior Péligot (1841)
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Urani
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 232U Tổng hợp 68,9 năm α 5.414 228Th SF – (nhiều) 233U Vết 1.592×105 năm α 4.909 229Th SF 197.93[2] (nhiều) 234U 0.005% 2.455×105 năm α 4.859 230Th SF 197.78 (nhiều) 235U 0.720% 7.04×108 năm α 4.679 231Th SF 202.48 (nhiều) 236U Vết 2.342×107 năm α 4.572 232Th SF 201.82 (nhiều) 238U 99,2742% 4,468×109 năm α 4,270 234Th SF 205.87 (nhiều) β−β− – 238Pu 240U Vết 14,1 giờ β- – 240Np α – 236Th

Về mặt lịch sử, các đồng vị của urani gồm

• uranium II, ²³⁴U
• actino-uranium, ^2um35U
• uranium I, ²³⁸U

Uranium tự nhiên là tổ hợp của 3 đồng vị chính, uranium-238 (99,28% phổ biến nhất), uranium-235 (0,71%), và uranium-234 (0,0054%). Ba đồng vị này đều có tính phóng xạ, tạo ra các đồng vị phóng xạ khác, trong đó phổ uranium-238 là phổ biến và bền nhất với chu kỳ bán rã 4,51×10⁹ năm (gần bằng tuổi của Trái Đất, uranium-235 có chu kỳ bán rã 7,13×10⁸ năm, và uranium-234 có chu kỳ bán rã 2,48×10⁵ năm.^[3]

Uranium-238 phát xạ α, phân rã qua 18 hạt nhân trong chuỗi phân rã uranium để tạo ra sản phẩm cuối cùng là chì-206.^[4] Tốc độ phân rã không đổi trong các chuỗi này giúp cho việc so sánh tỉ số giữa hạt nhân mẹ và hạt nhân con được dùng để xác định tuổi phóng xạ. Urani-233 được tạo ra từ thorium-232 bằng cách bắn phá neutron.

Đồng vị uranium-235 có vai trò quan trọng trong các lò phản ứng hạt nhân và vũ khí hạt nhân vì nó là đồng vị duy nhất ở dạng tự nhiên có khả năng bị phá vỡ bởi các neutron nhiệt.^[4] Đồng vị uranium-238 cũng quan trọng vì nó hấp thụ neutron để tạo ra các đồng vị phóng xạ plutonium-239.

Danh sách các đồng vị

Ký hiệu hạt nhân	Z(p)	N(n)	Khối lượng đồng vị (u)	Bán rã	Spin	Thành phần đồng vị đại diện (tỉ lệ mol)	Hàm lượng tự nhiên (tỉ lệ mol)
	Năng lượng kích thích
217U	92	125	217.02437(9)	26(14) ms [16(+21-6) ms]	1/2-#
218U	92	126	218.02354(3)	6(5) ms	0+
219U	92	127	219.02492(6)	55(25) µs [42(+34-13) µs]	9/2+#
220U	92	128	220.02472(22)#	60# ns	0+
221U	92	129	221.02640(11)#	700# ns	9/2+#
222U	92	130	222.02609(11)#	1.4(7) µs [1.0(+10-4) µs]	0+
223U	92	131	223.02774(8)	21(8) µs [18(+10-5) µs]	7/2+#
224U	92	132	224.027605(27)	940(270) µs	0+
225U	92	133	225.02939#	61(4) ms	(5/2+)#
226U	92	134	226.029339(14)	269(6) ms	0+
227U	92	135	227.031156(18)	1.1(1) min	(3/2+)
228U	92	136	228.031374(16)	9.1(2) min	0+
229U	92	137	229.033506(6)	58(3) min	(3/2+)
230U	92	138	230.033940(5)	20.8 d	0+
231U	92	139	231.036294(3)	4.2(1) d	(5/2)(+#)
232U	92	140	232.0371562(24)	68.9(4) y	0+
233U	92	141	233.0396352(29)	1.592(2)×105 y	5/2+
234U	92	142	234.0409521(20)	2.455(6)×105 y	0+	[0.000054(5)]	0.000050-0.000059
234mU	1421.32(10) keV			33.5(20) µs	6-
235U	92	143	235.0439299(20)	7.04(1)×108 y	7/2-	[0.007204(6)]	0.007198-0.007207
235mU	0.0765(4) keV			~26 min	1/2+
236U	92	144	236.045568(2)	2.342(3)×107 y	0+
236m1U	1052.89(19) keV			100(4) ns	(4)-
236m2U	2750(10) keV			120(2) ns	(0+)
237U	92	145	237.0487302(20)	6.75(1) d	1/2+
238U	92	146	238.0507882(20)	4.468(3)×109 y	0+	[0.992742(10)]	0.992739-0.992752
238mU	2557.9(5) keV			280(6) ns	0+
239U	92	147	239.0542933(21)	23.45(2) min	5/2+
239m1U	20(20)# keV			>250 ns	(5/2+)
239m2U	133.7990(10) keV			780(40) ns	1/2+
240U	92	148	240.056592(6)	14.1(1) h	0+
241U	92	149	241.06033(32)#	5# min	7/2+#
242U	92	150	242.06293(22)#	16.8(5) min	0+