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,241镧系元素,2411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,ff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。,2412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+eCe3+=1.61VCeO2+4H+eCe3+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EuCl22H2O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6moldm3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。,2422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Na2U2O76H2O。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HNO3HF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。,2423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、