锕系金属的物理性质

1940 年，美国科学 E·M·McMillan （麦克米伦）等制得 93 号元素镎 Np
表明人类终于具备了制造出自然界不 存在的超铀元素的能力。
从此以后, 92 号铀之后的人造 元素一个接一个地被造出来，直到 1961 年制得锕系最后一个元素 103 号铹 Lr。
核化学的重要研究内容 一是核裂变和核聚变的研究， 直接涉及新能源的开发。
6 21H
2 42He + 2 1H1 + 2 10n
放出 43.15 MeV能量
平均每个 1H2 放出约 7.2 MeV 的能量。
核聚变反应的燃料 1H2（氘）， 在地球上真可谓无穷无尽，而且反应
产物对环境污染很小。
但是自然界中，只有在太阳等恒星 内部，才能达到 108 ℃ 的温度使氢核具 备的动能足以克服相互之间的斥力，发 生持续的聚变——热核反应。
从而门捷列夫元素周期表的 前 118 个位置，7 个周期已完全 填充。
不容乐观的事实是随着原子 序数的增大，原子核的半衰期迅 速缩短 。
104 号元素的核素中半衰期最长的 为 65 秒，107 号只有 2 10-3 秒。
新核素的寿命太短，如何通过元素 的鉴定以明确其性质、印证其结构，是 合成新元素所面临的极为严重的挑战。
二氧化钍为白色粉末，熔点 3390 ℃ ，是 熔 点最 高 的 氧 化 物，只能溶于硝酸和氢氟酸所组 成的混合酸中。
钍最重要的工业用途与铀相 似，是开发原子能的原料。
自然丰度为 100% 的2329T0h 受中 子照射后转化成2339T0h ，后者经两次 衰变可得重要的核裂变材料2339U2。
22. 6 超铀元素与核化学
锕系元素全部为放射性元素。
92 号元素是 U，92 号以后的 超铀元素均为人工元素，即人工核 反应产物。

化学元素周期表中的锕系元素性质研究锕系元素是指在化学元素周期表中，核外电子层数为5f的元素，它们是铀、镎、钔、锕、镅、锔、镝、钚、镨、钕、铌、镆共12种元素，其原子序数从92到103。

锕系元素一般在地壳中的含量很少，它们的性质与其他元素有很大的不同，因此成为研究的热点之一。

一.锕系元素的物理性质锕系元素的物理性质都很相似，它们都是银灰色的金属，具有良好的抗腐蚀性和延展性。

此外，它们也有很多共同的化学性质，如在水和酸中不易溶解，但在醇和强碱中很容易被溶解。

锕系元素的熔点和沸点随着原子序数的增加，也逐渐降低。

例如，铀的熔点为1135℃，镎的熔点为644℃，而钔的熔点只有170℃。

由于锕系元素的原子序数较大，在它们的内电子结构中，5f电子与其他电子之间的相互作用非常强烈，因此它们也具有很强的放射性。

锕系元素在自然界中只存在极微量的矿物中，而且很容易与其他元素形成化合物，因此其提取和分离极为困难。

二.锕系元素的化学性质1.反应性：锕系元素在大部分常见的酸和碱中都不易反应，但在氢氧化钠溶液或醇中，这些元素可以很容易被溶解。

此外，锕系元素还可以和许多非金属元素如卤素、硫、氧等发生化学反应。

例如，铀和氧化合，可以生成UO2；钚和卤素反应，可以生成钚的三价盐。

2.氧化态变化：锕系元素的化学反应中，其氧化态变化是十分显著的，它们的氧化态从+3一直到+7都有相应化合物形成。

例如，钕的最高氧化态为+5，而锕元素的氧化态可以达到+7。

3.放射性：锕系元素的放射性非常强烈，它们的半衰期广泛变化，涵盖了从几千年到几分钟的时间跨度。

锕系元素的能量释放极高，因此这些元素不断地放出α、β、伽马射线，散发出极大的能量。

三.锕系元素的应用由于锕系元素的放射性和其他特殊的物理和化学性质，它们在许多领域都有着广泛的应用，以下是其主要应用方向：1.核能领域：铀、钚等锕系元素广泛应用于核电站的燃料中，同时也可用于生产核武器。

锕族元素的放射性也使其成为核电工业中的主要污染物。

Pm3＋ Sm3＋ Eu3＋ Gd3＋ Tb3＋ Dy3＋
rM 3+
K稳
r/pm 97.9 △/pm 1.5
96.4 1.4
95.0
93.8 1.2
92.3 1.5
90.8 1.5
类似的现象还出现在镧系元素的配位
64Gd
化合物的稳定常数中。 这种现象被称之为Gd断效应。
原子序数
64Gd位于15个镧系元素所构成的序列的正中央，其＋3价离 子有半充满的 f7 稳定结构，这种结构的电子屏蔽效应大，有效
镧系元素除以上原子半径的“双峰”变化外，还有一些规律 性
1、镧系元素存在的奇偶变化
镧系元素在地壳中的丰度随原子 序数的增加而出现奇偶变化的规律： 原子序数为偶数的元素，其丰度总 是比紧靠它的原子序数为奇数的大。
除丰度之外, 镧系元素的热中子
吸收截面也呈现类似的奇偶变化规 律性。
2、Gd断效应
在镧系元素的离子半径的变化中，在具有f7的中点64Gd3+处 微有不连续性, 由其相邻离子半径的差值的大小可以看出：
第二十二章
Chapter 22
镧系-锕系元素
The Lanthanide Series and
Actinide Elements (2010级使用)
本章教学要求
1. 掌握镧系元素的电子层结构及其与性质的关系； 2. 通过与镧系元素对比了解锕系元素的特性；
3. 掌握镧系收缩的实质及其影响；
4. 熟悉镧系元素的主要化合物； 5. 了解稀土元素的分布及其应用。
特点
原子半径缩小缓慢，相邻元素 递减1pm，总的缩小 约14pm。
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

180 163 156 155 160 174 175 176 100.5 98.6 97.4 96.2 94.6 93.5
98.4 94.4 92.9 91.3 89.6 88.8 88.6 87
3
特点Ⅱ
由于镧系元素的 4f 轨道与 5d 轨道的能级差相对较大，而锕 系元素的 5f 轨道与 6d 的能级差相对较小，使得锕系镎之前的元 素有保持 d 电子的倾向。
硝酸铀酰的萃取
18
⑵重铀酸铵
重铀酸铵[(NH4)2U2O7]浅黄色固体，又 称为“黄饼”；不溶于水，易溶于酸。
重铀酸铵加热至260℃时会分解成三氧 化铀。
(NH4)2U2O7 260℃ 2UO3 + 2NH3 + H2O
重铀酸铵具有放射性，是铀生产中的一种重要 的中间产品；可用于核燃料、玻璃添加剂，也用作 试剂轴盐原料。
19
⑶二氧化铀
二氧化铀[UO2]为红棕色晶体，立方F结 构，工业产品呈红棕色粉末。
二氧化铀在室温下可与盐酸、硫酸、硝 酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的硝 酸铀酰[UO2(NO3)2]溶液；不溶于水和碱，但 溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐；空气中室温下 较稳定，加热至200℃以上500℃以下时被氧化为UO3，500℃以上被 氧化成U3O8。
泰山核电站
17
3.铀的化合物 ⑴硝酸铀酰
硝酸铀酰[UO2(NO3)2·6H2O]又称为“硝酸双氧铀”，浅黄绿色 晶体，具放射性；溶于水、醇、醚和丙酮，水溶液成酸性；硝酸铀 酰的乙醚溶液在光照射下可引起爆炸。
硝酸铀酰在250℃时分解为三氧化铀[UO3]，超过 500℃后，又 变成[U3O8]。
硝酸铀酰可由硝酸与二氧化铀[UO2]作 用制得，是制备金属铀的原料；可用作分 析试剂，制备铀的化合物等。

重金属锎的特征全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：重金属锎（Cf），是一种罕见且极具活性的放射性元素。

它是周期表中第98号元素，通常被归类为“锕系元素”。

锎的特征主要包括其放射性、化学性质、物理性质和产生方式等方面。

锎是一种高度放射性的元素，具有明显的辐射性。

其原子核不稳定，会经历放射性衰变过程，放出α粒子和β粒子，因此对人体具有极强的放射性危害。

锎的半衰期非常短，仅为2.7年，所以很难在自然界中找到稳定的锎元素。

锎在化学性质上表现出高度的活性。

它常被用作核反应堆的燃料，因其能够释放大量的中子，有利于核裂变反应。

锎还能与其他原子或分子发生化学反应，形成不同的化合物。

由于锎的放射性和辐射性，使得实验室中的处理和储存工作相当困难。

锎的物理性质也十分特殊。

它是一种银白色的金属，具有良好的导电性和热传导性。

在常温下，锎呈固态存在，但随着其放射性的衰变，会逐渐产生更稳定的衰变产物。

实验室中常用锎来模拟放射性元素的行为，研究其物理及化学性质。

锎的产生方式也是一个备受关注的话题。

目前，锎主要是通过核反应或核聚变的方式来合成。

这种方法虽然可行，但成本较高，而且操作难度大，需要特殊的仪器以及高度专业的技术人员。

锎的研究和应用受到了很大的限制，成为前沿领域的研究对象。

重金属锎具有非常独特的特征，包括其放射性、化学性质、物理性质和产生方式等。

尽管锎的应用受到了一定的限制，但科学家们仍在不断努力，希望能够更全面地了解和利用这种神秘而强大的元素。

【2000字】第二篇示例：重金属锎是一种放射性元素，它的化学符号为Cf，原子序数为98，原子量约为251。

锎是一种人造元素，通常是在核反应堆中生成的，其特征是非常稀有和放射性非常强。

锎是一种放射性元素，它的放射性非常强，因此锎在实验室中处理时需要极为谨慎。

锎的半衰期非常短，大约在几个小时至几十小时之间，因此它很快就会衰变为其他元素。

锎放射的辐射非常有害，可能会对人体造成严重的伤害，因此需要采取严格的防护措施来处理锎。

第二十三章镧系元素和锕系元素周期表中，ⅢB 族有32 种元素，包括钪、钇、镧、锕，其中镧这一格代表15 种镧系元素（ 71 ~ 57 = Z ），锕这一格代表15 种锕系元素（ 103 ~ 89 = Z ），下面分别讨论镧系和锕系元素。

23-1 镧系元素1、通性：（1）概念：镧系包括从Lu La ~ 的15 种元素，用Ln 表示，又由于Y 在矿物中的与镧系共生，其原子半径和离子半径与镧系元素接近，所以又把Y 和镧系元素合称希土元素，用RE 表示。

（2）电子层结构镧系内，自La 以后，增加的电子填充在f 4 亚层上， f 有t 个轨道，共可容纳14个电子，所以La 后出现14 种元素，称为第一内过渡系。

锕系后14 种元素称第二内过渡元素，92 号U 以后的元素又叫超铀元素。

镧系元素原子的最外面两层的电子结构相似，不同在于f 4 内层，因此化学性质非常相似，在周期表中占一格。

（3）氧化态：主要价态为+Ⅲ，+Ⅳ，但不及+Ⅱ稳定，+Ⅱ价态为很强的还原剂+ 2 Sm （钐），+Ⅳ为很强的氧化剂如： + 4 Ce （铈）（能存在于溶液中）， + 2 Eu （铕）， + 2 Yb （镱）能存在于溶液中。

它们的氧化态与电子层的构型有关，如14 7 0 , , f f f 特别稳定，另外还与其热力学和动力学因素有关。

（4）原子半径和离子半径：镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。

随着原子序数的增加，电子填入f 4 层，而f 4 电子对核的屏蔽不如内层电子，因而随着原子序数的增加，对外层电子吸引力增加，原子半径、离子半径逐渐减小。

其中铕（Eu ）和镱（Yb ）的原子半径变化趋势反常，是因为它们分别具有7 4 f 和14 4 f 的稳定结构，对原子核有较大的屏蔽作用。

另外，在它们的金属晶体中它们仅能给出2 个s 电子形成金属键，原子之间的结合力不像其他镧系元素那样强，所以金属铕和镱的密度较低，熔点也较低，升华能也比相邻的元素低。

电负性 1.1（鲍林标度） 比热无数据 电导率无数据 热导率 12 W/（m·K） 第一电离能 499 kJ/mol 第二电离能 1170 kJ/mol
元素的天然存在
在自然界，锕存在于铀矿石中，由铀衰变而来，三个天然放射系中有锕的两个同位素227Ac及228Ac，分别存 在于锕系及钍系中，是锕所有同位素中唯一的两个天然放射性核素，如图《锕系衰变链》所示。
锕系元素都是金属，与镧系元素一样，化学性质比较活泼。它们的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐可溶 于水，氢氧化物、氟化物、硫酸盐、草酸盐不溶于水。大多数锕系元素能形成配位化合物。α衰变和自发裂变是 锕系元素的重要核特性，随着原子序数的增大，半衰期依次缩短，铀238的半衰期为4.468×10⁹年；铹260的半衰 期只有3分钟。锕系元素的毒性和辐射（特别是吸入人体内的α辐射体 ）的危害较大，必须在有防护措施的密闭 工作箱中操作这些物质。
历史
锕 227的半衰期为21.77年。它于1899年首先被法国科学家安德烈-德拜耳尼（André -Debierne）发现， 随后在1902年德国化学家弗雷德里奇-奥托-吉赛尔（Friedrich-Otto-Giesel）也独立地发现了该元素。存在于 沥青铀矿及其它含铀矿物中。人工制备锕的数量极少，其在商业和科学研究方面极为有限。其名字来自于希腊文 “aktinos”，意为“射线”或“光束”。
用途
锕系元素的用途越来越广，铀-233、铀-235和钚-239是核反应堆和核电站用的燃料，锕—227、锔—244和 钚—238等则用作宇航飞行器的热源。虽然锕天然存在于铀矿里，但含量极低。当人们真正需要一些锕的时候， 可以用以下方法来生产：在核反应堆中用中子轰击镭-225，将它转化为镭-227，后者会以42分钟的半衰期衰变为 锕的长寿命同位素锕-227 。

锎
化学元素
01 发现简史
03 物理性质
目录
02 矿藏分布 04 化学性质
05 制备方法
07 危害
目录
06 应用领域
锎是一种放射性金属元素，化学符号为Cf，原子序数为98。锎属于锕系元素，是第六个被人工合成出来的 超铀元素，自然界能自行产生的元素中质量最高的，所有比锎更重的元素皆必须通过人工合成才能产生。
一旦进入体内，锎会造成很大的损害。另外，锎-249和锎-251能释放伽马射线，对外表组织造成伤害。锎 所释放的电离辐射在骨骼和肝脏中可致癌 。
参考资料 1 锎|Californium|7440-71-3|参数，分子结构式，图谱信息 ．物竞化学品数据库[引用日期202009-21] 2 新型. 佛罗里达州立大学:稀土元素锎的新发现[J]. 化工新型材料, 2015(5):266-266. 3 辞海编辑委员 会．辞海 理科分册 上：上海辞书出版社，1978.09：第305页 4 刘慧颖, 曹丽君, 常淑艳. 锎-252后装治疗晚期宫 颈癌疗效分析[J]. 中华医药杂志, 2006. 5 锎 ．中国铁合金在线知识库[引用日期2016-05-28] 6 董丽. 锎能用于 安全储存放射性废料[J]. 现代材料动态, 2014(12):3-3. 7 米文权. 锎(CF)—世界上最昂贵的金属[J]. 金属世界, 2003(1):7-7. 8 郑秀惠, 陈竹钦, 李力,等. 252锎中子放疗对宫颈癌细胞凋亡的影响[J]. 第三军医大学学报, 2003, 25(18):1667-1669. 9 科技日报/12.1 10 C.E.布列斯列尔, 邱陵. 放射性元素[M]. 科学出版社......
危害
锎累积在骨骼组织里的锎会释放辐射，破坏身体制造红血球的能力。由于放射性极强，在环境中的存量极低， 所以锎在生物体中没有任何自然的用途。

后，电子才进入能量较高的亚层。
2、泡利不相容原子：在同一原子中，不可能有两
个电子具有完全相同的四个量子数。如果原子中电子
的n、L、m三个量子数都相同，则第四个量子数ms一 定不同，即同一轨道上最多能容纳2个自旋方向相反的 电子。
3、洪特规则：在同一亚层的各个轨道(即等价轨 道)上，电子的排布将尽可能分占不同的轨道，并且自 旋方向相同。
氧化物。 表 锕系元素的氧化物
元素 Ac Ac2O3 氧 化 物 ThO2 PaO2 Pa2O5 UO3 U3O8 UO2 NpO2 Np 2O5 NpO3 Np 3O8 PuO2 Th Pa U Np Pu Am Am2O3 AmO2 Cm Cm2O3 CmO2 Bk Bk2O3 BkO2 Cf Cf2O3 Cf O2
在水溶液中可被空气中的氧氧化为Np4+和 ，在酸性介质中Np3+
被氧化为Np4+时释放出H2。
1） 水解反应 各种价态的镎都容易发生水解，其水解能力 按下列顺序变化： Np4+>NpO22+>Np3+>
NpO2
2）歧化反应 当不存在络合剂时，各种价态的镎都不发生
表 锕系元素的价态 原子 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100101102103 序数
元素 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr (2) (2) 3 2 3 3 2(2) (2) 3 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3
Cm
247
Bk
251
Cf
252
Es
257
Fm
258
Md

镧系配合物的特点
特征配位原子：O 成键能力：O>N>S
Ln3+硬酸
例：水合硝酸镧
La(NO3)3·6H2O 配位数：11
[La(H2O)5(NO3)3]H2O
(3个NO3-双齿配位，5个H2O单齿配位)
水分子配位的水合焓较大： -3278～-3722 kJ·mol-1（计算值）
→非水溶剂或无溶剂条件下 才能得只含N、S配位原子配体的配合物
“中东有石油，中国有稀土”——稀土是公认的战略元素
§ 9-1 镧系元素
二. 稀土金属
1. 稀土金属元素的性质
物理性质：
银白色、柔软金属，具延展性，导电性好 m.p. ：La→Lu↑（Eu、Yb除外）
化学性质：Eo(Ln3+/Ln) 约–2.4 V
活泼性仅次于碱金属、碱土金属
室温在空气中：4Ln + 3O2 → 2Ln2O3 重稀土生成致密氧化膜
§ 9-1 镧系元素 三. 镧系元素的重要化合物
Ln2O3
Ln、Ln(OH)3、Ln2(CO3)3、Ln2(C2O4)3 + O2 灼烧
氢气氛中加热得Ce2O3、Pr2O3、Tb2O3 Ln2O3：高m.p.，不溶于水，溶于无机酸
Ln2O3
Ln(OH)3
不溶于水 （Ln3+易水解）
盐 LnX3
大多数溶于水，硫酸盐、草酸盐难溶
……
重要的β–二酮： 二苯甲酰甲烷DBM 噻吩甲酰三氟丙酮TTA
O SC
R = R ́ = C6H5 R = 2-噻吩基 R ́ = CF3
§ 9-1 镧系元素
四. 镧系元素的光谱性质
2. 镧系元素的电子结构
镧系收缩——镧系元素随f电子数增加，原子半径和 离子半径总体上逐渐减小的现象

n = 3 红（Hα）
n = 4 青（Hβ ）
n = 5 蓝紫 （ Hγ ）
n = 6 紫（Hδ ）
其它线系
v

3.289
1015
(
1 n12

1 n22
)s
-1
n2 n1
B、计算氢原子的的电离能
使一基态氢原子电离必须供给原子足够能量,即从
基态n=1提高到零能级n=∞电子才能电离.
22me4 22me4 E En2 En1 n22h2 n12h2
D、一组特定的n，l，m就可得出一个相应的波函数即
n,l,m (x, y, z) 表示核外电子的一种状态。
n=1，l=0，m=0
1,0,0 1s , 即1s轨道；
n=2，l=0，m=0
2,0,0 2s , 2s 轨道；
n=2，l=1，m=0
2,1,0 2pz , 2pz 轨道；
l=0称为s态 l=1称为p态 l=2称为d态 l=3称为f态
E、薛定谔方程的意义：对于一个质量为m在势能V的势 能场中运动的微观粒子（如电子）来说，有一个与粒子 运动的稳定状态相联系的波函数，这个波函数服从薛定
谔方程，该方程的每一个特定的解 n,l,m (x, y, z)表示原
子中电子运动的某一个稳定状态，与这个相应的常数E， 就是电子在这个稳定状态的能量
B、并不是每一个薛定谔方程的解都是合理的，都能 表示电子运动的一个稳定状态，为了得到合理解就要 求n，l，m不是任意常数，而是要符合一定的取值
C、量子数（量子力学中称这类特定常数n，l， m为量子数）
主量子数 n=1，2，3，4，……，n 角量子数 l=0，1，2，3，……，n-1 磁量子数 m=0，±1，±2，……， ±l

高等无机化学专题报告1.锕系元素概论2.锕系元素的制取和分离3.锕系元素金属的制备4.锕系元素重要化合物的制备5.锕系元素的应用组员：周冬彭淳容张美红锕系元素1．锕系元素概论人们把原子序数自89号锕起至103号铹等的15个元素统称为“锕系元素”（Actinide elements），它们都具有放射性。

其中位于铀后面的元素，即93号镎及其后的共11个元素，可另称为“超铀元素”（Transuranium elements），或“铀后元素”。

1871年俄国科学家门捷列夫（Д．Менделеев）发表的元素周期表中，他把92号元素铀作为最重要的元素排在最后一位，在它前后均留有若干空格，留待新元素来填补。

到1940年，通过人工核反应合成了93号元素镎，尔后陆续发现了后面的几种元素。

直到1961年103号元素铹的发现，锕系所有元素被最终确定。

应该指出，对锕系元素的研究，需要有现代化的巨型设备（高中子通量反应堆、大型重离子加速器等）以及先进的科学技术（微量快速的分离分析技术）作为基础。

如果没有综合物理、化学、电子学等知识及电子计算机的应用，显然是无法进行研究的。

锕系元素的研究与原子能工业的发展有着密切的关系，当今除了人们所熟悉的铀、钍和钚已大量用作核反应堆的燃料外，诸如238Pu，244Cm和252Cf这些核素，从空间技术、气象学、生物学直至医学方面，都有着实际的和潜在的应用价值。

1．1 锕系理论的提出早在1926年就有人预测，在周期表的第七周期中，存在着一个类似于镧系元素的系列，但这个假设在发现超铀元素之前没有得到广泛的承认。

到了1945年，G．T．Seaborg提出，锕及其后的元素组成一个各原子内的5f电子层被依次填满的系列，第一个5f电子从镤开始填入；正好和镧系元素中各原子的4f电子层被逐渐填满的情形相似。

图1 元素周期表图1示出了锕系在元素周期表中的位置。

如果不是这样排的话，那么镎（Np）和钚（Pu）就要分别排在ⅦB族的铼（Re）和第Ⅷ族的锇（Os）的下面，但是镎与铼或钚与锇之间在化学性质方面没有多少相似之处，如此排法不能反映客观实际。

因此，通常要在氯化氢气流中或氯化铵存在下或真空脱水的方法
制备. 氯化铵存在下会抑制 LnOCl 的生成： LnOCl + NH4Cl
∆
LnCl3 + H2O + 2 NH3
LnCl3•nH2O
HCl,H2O
HCl
白色 棕黑
Pr2O3
深蓝 浅蓝
Nb2O3
粉红
Er2O3
淡黄
CeO2
Pr6O11(4 PrO2• Pr2O3 ), Tb4O7(2TbO7 •Tb2O3)
暗棕
性质 ● 氧化物属碱性氧化物，不溶于碱而溶于酸；高温灼烧过的 CeO2难溶于强酸，需要加入还原剂如以助溶； ● 氧化物是一种盐转化为另一种盐的重要中间体； ● 许多氧化物有重要的用途： Ln2O3 用于制造光学玻璃， CeO2 是抛光粉， Eu2O3 用于制造彩色荧光粉等.
慢慢加入到酸中至生成
相应盐的水合物 ● 镧系盐的水合数是不同的，硝酸盐最高为 6，硫酸盐为 8，卤化
物则是不同的：
LnX3 LnCl3 7 LnBr3 7 LnI3 9 8 6 La Ce Pr Nd Pm Sa Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 6
● 无水盐的制备
镧系无水盐的制备是比较麻烦的，因为直接加热会发生部分水解： LnCl3· nH2O LnOCl↓+2HCl + (n-1) H2O
25.1.2 镧系金属 25.1.3 镧系元素的重要化合物
25.2 稀土元素
Rare Earth Elements
25.3 锕系元素 Actinides
25.1 镧系元素
镧系元素(Ln)是周期表中57号镧(La)到71号镥(Lu)共15种元素 的统称. 锕系元素(An)是周期表中89号锕(Ac)到103号铹(Lr)工15种元素的统称.

用途
镧系元素和锕系元素在工业、科研、医疗等领域有着广泛的应用，如用于制造催化剂、荧光材料、核反应堆等。
在自然界中的分布与稳定性
分布
镧系元素和锕系元素主要分布在地球的岩石圈中，其中一些元素也可以在海洋、大气中检测到。
稳定性
在自然界中，镧系元素和锕系元素通常以稳定或较稳定的同位素形式存在，但也有一些放射性同位素 。
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镧系元素和锕系元素
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• 镧系元素的概述 • 锕系元素的概述 • 镧系元素与锕系元素的相似性 • 镧系元素与锕系元素的区别 • 镧系元素与锕系元素的未来发展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
电子排布与性质
电子排布
镧系元素和锕系元素的电子排布具有 相似性，它们的最外层电子数均为8 个，次外层电子数均为18个。
性质
由于电子排布相似，镧系元素和锕系 元素在化学性质上也有很多相似之处， 如氧化态、配位数等。
化学性质与用途
化学性质
镧系元素和锕系元素具有多种氧化态，可以形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物等。
非金属元素反应。
在工业与科学研究中的应用差异
镧系元素在工业 中的应用
镧系元素在工业中广泛应用 于制造合金、催化剂、荧光 粉等。例如，镧可以用于制 造高温超导材料，铈可以用 于制造汽车尾气净化催化剂 等。
锕系元素在工业 中的应用
锕系元素在工业中主要用于 核能领域，如制造核燃料和 核反应堆等。例如，铀和钚 是核反应堆中的重要燃料， 镅和锔可用于制造放射性示 踪剂等。

4. 硫酸盐
氢氧化物和氧化物溶于硫酸得到硫酸盐，多为 (Ln2(SO4)3· 8H2O，Ce为9水。 硫酸盐都溶于水，溶解度随温度升高而减小。可以碱 金属硫酸盐形成复盐： x Ln2(SO4)3+yM2SO4+zH2O= x Ln2(SO4)3· yM2SO4· zH2O x、y、z一般为1，1，2或1，1，4 利用此性质可把镧系元素分离。
第 26 章
镧系元素和锕系元素
本章主要内容
§26.1 镧系元素 §26.2 稀土元素 §26.3 锕系元素简介
本章重点
※
镧系元素的名称、电子结构，镧系收 镧系元素氧化物，氢氧化物的性质。
缩；
※
§26.1 原子结构理论发展简介
26.1.1 26.1.2 26.1.3 镧系元素 镧系元素单质 镧系元素的重要化合物
溶剂萃取分离法是指含有被分离物质的水溶液与互 不混溶的有机溶剂接触，借助于萃取剂的作用，使 一种或几种组分进入有机相，而另一组分仍留在水 相，从而达到分离的目的。 。
萃取剂一般分为三类： 酸性萃取剂，如P204（酸性磷酸酯）；中性萃取剂， 如TBP（磷酸三丁酯）；离子缔合萃取剂，如胺类。 生产实践中用串级萃取，即把若干萃取器串联起来 使有机相与水相多次接触，从而大大提高分离效果 的萃取工艺。
§26.2 稀土元素
26.2.1 26.2.2 26.2.3
稀土矿物的存在形式 稀土元素的相互分离 稀土元素的应用简介
26.2.1 稀土矿物的存在形式
Ln + Y + Sc 1. 独居石 独居石又名磷铈镧矿。 化学成分：(Ce,La,Y,Th)[PO4]。矿物成分中稀土氧 化物含量可达50～68％ 2. 氟碳铈矿 化学成分：(Ce，La)[CO3]F。 氟碳铈矿是提取铈稀土元素的重要原料。

Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能 形成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14) 。 Sm3++e-===Sm2+ =-1.55V Eu3++e-===Eu2+ =-0.35V Yb3++e-===Yb2+ =-1.15V 即+II氧化态的盐具有强还原性。
镧系元素的通性
六、镧系元素离子和化合物的磁性
镧系元素的磁性较复杂，镧系元素由 于4f电子能被5s和5p电子很好的屏蔽掉，受外 电场的作用较小，轨道运动对磁矩的贡献并没 有对周围配位原子的电场作用所抑制，所以在 计算其磁矩时必须同时考虑电子自旋和轨道运 动两方面对磁矩的影响。
镧系元素及化合物中未成对电子数多， 加上电子轨道运动对磁矩所作的贡献，使得它 们具有很好的磁性，可做良好的磁性材料，稀 土合金还可做永磁材料。
稀土元素的分布、矿源及分组
稀土元素是指周期表中镧系元素含镧 在内的15种元素和IIIB族中的钇共16种元素。 由于稀土元素性质相似，所以常共生于同种矿 物中。按其存在形态，主要有三种类型的矿源： 1.稀土共生构成独立的稀土元素矿物。 2.以类质同晶的形式分散在方解石、磷灰石 等矿物中。 3.呈吸附状态存在于粘土矿、云母矿等矿物 中。
稀土元素的分离
一、铈的氧化分离法： 铈是稀土元素中最易氧化成四价的， 铈的氧化分离ห้องสมุดไป่ตู้是利用 +IV 氧化台态铈的碱性 远比+III氧化态的稀土金属的碱性弱，因而易 生成氢氧化物沉淀，并从+III氧化态的稀土元 素中分离出来。 二、钐、镱、铕的还原分离法： 钐、镱、铕的还原分离法是利用钐、 镱、铕在水溶液中氧化态 +III 为还原为 +II 后 与 +III 氧化态稀土元素在性质上的差异，将 +II 氧化态的钐、镱、铕与其它 +III 氧化态稀 土元素进行分离。常用金属还原法（如Zn粉、 Mg 粉以及 Na、Li 等作还原剂）；汞齐还原法 （如锌汞齐、钠汞齐）以及电解还原法。

(国家标准：比放＞10－10居里／克为放射性物质，仅钐、 镥超过国家标准，含量很少，稀土矿中含钍、铀具放 射性，比放钍＝ 1.11×10-7）
§3－3
锕系元素的特点
• 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99100 101102103 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 锕 钍 镤 铀 镎 钚 镅 锔 锫锎 锿 镄 钔 锘 铹 • 1、电子层结构： 5f0-146d0-17s2 镧系元素：4f0-14 5d0-1 6s2 区别： 5f与6d更接近，结果 5f电子可以参加成键（锕系前元素具保持d电子倾向） • 2、氧化态： Th →Bk 存在多种氧化态， Bk之后稳定 氧化态为＋3； • 3、原子、离子半径：锕系收缩现象； • 4、离子颜色：除Ac3+ (5f0) , Cm3+ (5f7), Th4+ (5f0) ,Pa4+ (5f1), Pa5+ (5f0)少数离子无色外，大多显一定颜色； • 5、放射性：全都是放射性元素，原因：质子数很多， 斥力很大，核不稳定（原子序越大，稳定性越差）。
铈组（轻稀土） 难溶 铽组（中重稀土） 钇组（重稀土） 微溶（在热时可溶） 可溶
• 二、镧系元素的矿产与提取方法 • （一）存在：（1）＋3价；（2）彼此共生 （有250种） 举例：独 居石(Ce,La)PO4; 磷酸钇矿YPO4. • （二）提取方法：分三步：精矿的分解；化合物的分 离；稀土金属的制备。
5、Ln3+的磁性
• 除La 3+ ：4f0 Lu3+ ： 4f14呈抗磁性外，Ln3+： 4f1－13有 未成对电子，呈顺磁性； μ =g[J(J+1)]1/2 • 6、镧系元素的放射性 • 稀土矿床中，钷不存在，镧、铈、钕、钐、镥具有天 然放射性： La Ce Sm Nd Lu