镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素 15种镧系元素 用Ln表示 加上钪 Sc 和钇 Y 共17种元素 称为稀土元素 用RE表示 LaCePrNdPmSmEu鑭铈镨釹鉕钐铕称为铈组稀土或轻稀土 GdTbDyHoErTmYbLuScY钆铽镝钬铒铥镱镥钪钇称为钇组稀土或重稀土 稀土元素 稀 稀少 土 IIIB族 其实 有的稀土元素并不见得 稀少 Ce比Sn多 Y Nd La比Pb多 极少的Tm尚比Ag多 独居石是最重要的稀土磷酸盐矿物 我国的稀土储量占世界第一位 含量高的稀土矿物有数十种 其中磷酸盐矿物居多 稀土元素的分布分散 性质相似 提取与分离困难 因此 系统研究较晚 锕系元素都具有放射性 超铀元素均由人工核反应合成 钍和铀发现最早 地壳中储量较多 AcThPaUNpPuAmCm锕钍镤铀镎钚镅锔BkCfEsFmMdNoLr锫锎锿镄钔锘铹 24 1镧系元素 24 1 1镧系元素的性质 1金属单质 颜色浅 有金属光泽 软 延展性好 化学性质活泼 次于IA和IIA族元素 比金属铝活泼 稀土元素中 金属活性最强的是La 2镧系化合物的颜色 f f跃迁引起 fx和f14 x电子构型的离子具有相同或相近的颜色 高氧化态的金属因电荷跃迁而显色 如Ce4 4f0 的橙红色 玻璃中掺有少许稀土离子 可具有特殊性能及颜色 如掺有Nd2O3显红色 掺有Pr2O3显绿色 例如 Ce3 和Yb3 无色 Pr3 和Tm3 绿色 3镧系化合物的发光 物质的发光 物质受到外界能量的激发 其电子从基态跃迁到激发态 当电子由激发态返回较低能级时 发射出不同波长的光 根据外界的激发能量不同 有光致发光 阴极射线发光 电致发光 X射线发光 荧光 若激发停止发光也立刻停止 磷光 若激发停止发光继续存留 含稀土元素的发光材料已得到应用 上转换材料 稀土磷光材料中 发射光频率高于激发光的频率 如 YF3NaLa WO4 2和 NaYF4做基质 掺Eu3 和Yb3 分别做激活剂和敏化剂 稀土材料的 上转换 功能在日常生活与军事上得到应用 如荧光灯 基质是磷灰石 掺Sb3 发蓝光 掺Eu2 发桔黄色光 两者均掺得近似于日光的白光 如彩电 高级三基色灯中的三基色荧光粉是含有稀土金属离子的物质 24 1 2镧系元素的重要化合物 1氧化物和氢氧化物 1 3价氧化态 Ln2O3难溶于水 易溶于酸 经过灼烧仍溶于强酸 与Al2O3不同 Ln OH 3的碱性介于Ca OH 2和Al OH 3之间 随着原子序数的递增而减弱 均难溶于水 4价的Ce IV 具有强氧化性Ce4 e Ce3 1 61VCeO2 4H e Ce3 2H2O 1 26V 2 其它氧化态 稀土的主要氧化数为 3 也有 2和 4价 空气中加热镧系金属 Ce生成CeO2 Pr生成Pr6O11 Tb生成Tb4O7 Ln2 与IIA的M2 性质相似 尤其和Sr2 性质相似 Sm2 Yb2 在碱性溶液中易被氧化 但Eu II 较稳定 以EuCl2 2H2O形式稳定存在 若溶液中有Ln2 和Sr2 加入SO42 在形成SrSO4沉淀的同时 会得到Ln和Sr的共同沉淀 得到的晶体为异质同晶 2稀土盐类 1 卤化物 镧系金属氢氧化物 氧化物 碳酸盐中加盐酸均可得到氯化物 镧系元素的水合氯化物受热脱水时发生水解 制备无水氯化物需要HCl气氛的保护 2 草酸盐 难溶于水 稀酸 可将镧系金属离子与其它金属分离 向硝酸盐或氯化物的溶液中加6mol dm 3硝酸和草酸 可得到草酸盐沉淀 纯无水盐可采用氧化物Ln2O3氯化的方法 并加入些碳粉制备 Ln2O3 3C 3Cl22LnCl3 3CO 3配位化合物 镧系元素生成配合物的能力小于过渡元素 但大于碱土金属 Ln3 离子属于硬酸 易于同硬碱中的氟 氧等配位原子成键 在适当极性的非水溶剂中 可合成含氮配位化合物 Ln3 离子与配体之间的相互结合以静电作用为主 配位数一般较大 24 2 2锕系元素重要单质和化合物 1铀及其化合物 铀银灰色活泼金属 空气中易被氧化而变黑 密度大 与金相近 能溶于酸 能与许多非金属单质直接化合 空气中微微受热即燃烧 粉末状的铀在空气中甚至能自燃 铀的氧化物 U3O8 存在于沥青铀矿中 暗绿色 难溶于水 UO2 棕黑色 难溶于水 酸 高温时可被氧化成U3O8 铀的卤化物 UO3 橙黄色 两性 一般都有颜色 UF6特殊 6是铀最稳定的价态 溶于NaOH可析出黄色的重铀酸钠Na2U2O7 6H2O 加热脱水后 无水盐称铀黄 UF6 无色晶体 八面体构型 干燥空气中稳定 遇水气立即水解 基于238UF6和235UF6蒸气扩散速度的差别 可将235U从丰度为99 的238UF6中分离出来 用于原子能开发 UCl6 八面体结构 其它卤化物为聚合物 且具有高配位数 2钍及其化合物 钍银白色活泼金属 ThO2 在浓硝酸中钝化 Th NO3 4重要的试剂 Th受中子照射后转化成核裂变材料 所以钍可用于原子能开发 Th4 易水解 易形成配位数高的配合物 配位数可达12 熔点最高的氧化物 mp3660K 最好的溶剂是HNO3 HF的混合酸 800K下加热草酸钍 可得到能溶于酸质的ThO2 1核裂变和核聚变 核裂变 重核受粒子轰击分裂为两个碎片 新核 的核反应 原子弹 用中子轰击铀核 使之分裂 同时 射出的中子导致其它核的裂变 从而导致一系列的爆炸性的链式核裂变反应 释放巨大的能量 24 2 3超铀元素与核化学 因不受临界体积的限制 氢弹的爆炸力可能比原子弹大千百倍 利用裂变爆炸所造成的极高温度 使内部的轻原子核发生剧烈而不可控制的聚变反应 核聚变 较轻原子核聚合为较重的原子核并放出巨大能量的过程称为 氢弹 裂变材料的质量的需要小于临界质量 使用时将两块合并成一块 2人造元素的合成 具有2 8 20 28 50 82个质子和2 8 20 28 50 82 126个中