锕系元素简介
第7章--锕系元素知识讲解
核素
233U 235U 237Np 238Pu 239Pu 240Pu 241Am 242Am 244Cm
无反射层 7.5 22.8 52.51 7.2 5.6 158.4 113.5 8.4 23.2 临界
质量 （kg）
有反射层
148.3 105.2 3.8 22
核素
242mAm 243Cm 245Cm 247Cm 249Cf 251Cf
24Cr不是3d44s2,而是3d54s1 29Cu不是3d94s2,而是3d104s1
s
p
d
f
7.1 锕系通论
原子序从89到103，即锕Ac、钍Th、镤Pa、铀U、镎Np、 钚Pu、镅Am、锔Cm、锫Bk、锎Cf、锿Es、镄Fm、钔Md、锘 No、铹Lr等十五个元素称为锕系元素，它们都是放射性元素。 在铀以后的十一种元素（93-103）在1940-1962年之间用人工 核反应合成，称为超铀元素；而Ac、Th、Pu叫铀前元素，钚后 的元素（从95号开始）叫超钚元素；锔后的元素叫超锔元素， 镄后的元素叫超镄元素。还有Np、Pu和Am称铀系元素；从Cm 到Lr的元素称锔系元素。
第7章--锕系元素
核外电子排布规律
1、能量最低原理：在原子中，电子总是尽可能先 进入能量最低的亚层，而只有当能量最低的亚层填满 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。
4、洪特规则特例：等价轨道在全充满、半充满或 全空的状态是比较稳定的，也就是说下列电子层结构 是比较稳定的。
镧系元素和锕系元素知识总结
镧系元素和锕系元素知识总结
镧系元素是指的是镧（La）和镝（Dy）之间的元素，包括了镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒和铥。
锕系元素是指镤（Pa）和铀（U）之间的元素，包括了镤、铀、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹和八氦。
这两个系列的元素都是内过渡金属元素，具有一些共同的特点和性质。
1. 化学性质：
- 镧系元素和锕系元素都具有较高的原子序数和较复杂的电子结构，因此在化学反应中表现出多样的化学性质。
- 这些元素的氧化态多种多样，一般有+2到+4的氧化态，也有较高的氧化态。
- 镧系元素和锕系元素都具有较强的还原性和氧化性。
2. 物理性质：
- 镧系元素和锕系元素都是铁磁性金属，具有较强的磁性。
- 这些元素的原子半径和离子半径较大，因此在金属中常以+3价状态存在。
- 镧系元素和锕系元素的原子核比较稳定，存在较多的同位素，包括放射性同位素。
3. 应用：
- 镧系元素和锕系元素在工业上有广泛的应用，尤其是镧、钇和铀等元素。
- 镧系元素广泛应用于电子产业、催化剂产业、照明产业等领域，如镧系金属在气体燃料电池中的应用和镧系氧化物作为催化剂的应用等。
- 锕系元素主要应用于核能产业，如铀和镅等元素被用作核燃料和核燃料后处理等。
第二十二章 镧系和锕系元素
概述 镧系元素 锕系元素
元素周期表
1 氢
3
IA 1 H
2
2 锂 铍 11 Na 12 Mg 3 钠 镁 IIIB
19
IIA Li 4 Be
IIIA IVA 5 B 6 C
VA 7 N
15
VIA VIIA 8 O 9 F
16
氦
He
10 Ne 18 Ar
硼
13
碳
14
氮 氧 磷 硫
P S
57 La 58 Ce 59
Rb
Y
40
Zr
41
Nb
42 Mo 43
Tc 44 Ru
Pd
47 Ag 48 Cd 49
Te
I
镧 铈
镨
Pr
60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65
钕 钷
92
钐 铕 钆 镅 锔
Tb
铽 镝
66 Dy 67 Ho 68
Er
69Tm
70 Yb 71
钬
铒 铥
镱 镥
5d1
注：Eu,Yb 的4f电子能量 电子能量 不参与成键, 低,不参与成键 不参与成键 只有2个电子成 只有 个电子成 键，而其余有 三个电子成键。 三个电子成键。 因此它们 的金属键弱、 的金属键弱、 原子半径显得 较大、 较大、熔沸点 较低。 较低。
镧系元素
三、氧化态 +III氧化态是所有 元素的特征氧化态。 氧化态是所有Ln元素的特征氧化态 氧化态是所有 元素的特征氧化态。 它们失去三个电子所需的电离势较低， 它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成 稳定的+III氧化态。 氧化态。 稳定的 氧化态 有些虽然也有+II或 氧化态， 有些虽然也有 或+IV氧化态，但都不稳定。 氧化态 但都不稳定。 Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形 能形 氧化态即 成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。 氧化态 Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形 能形 氧化态即 成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14) 。 氧化态 电子层结构来看， 接近或保持全空、 从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满 电子层结构来看 及全满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素 也存在热力学及动力学因素)。 及全满时的状态较稳定 也存在热力学及动力学因素 。
23第二十三章 镧系元素与锕系元素-2007
镧系元素与锕系元素
第二十三章 镧系元素与锕系元素 勘误： 勘误：
自学内容： 自学内容：
一、镧系元素
La Ce Pr Nd Pm Sm Ac Th Pa U Np Pu Eu Gd Tb Dy Ho Es Er Tm Yb Lu Am Cm Bk Cf Fm Md No Lr
1、镧系元素概述：(n-2)f0~14(n-1)d0~1ns2 、镧系元素概述：
稀土元素
轻稀土 铈组
Ln + Y + Sc 重稀土 钇组
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy(Y) Ho Er Tm Yb Lu (Sc)
中稀土
一、镧系元素
1、存在： 、存在：
独居石： 独居石：轻稀土
硅铍钇矿： 硅铍钇矿：重稀土 辽源的挖山运动—离子型稀土矿 辽源的挖山运动 离子型稀土矿
一、镧系元素
3、氧化数：均存在 氧化态 、氧化数：均存在+3氧化态
4f0 +4 Sm Eu +3 La Ce Pr Nd Po +2 4f7 氧化物： 氧化物：Ln2O3；CeO2；Pr6O11； Pr2O3(PrO2)4 Tb4O7 Tb2O3(TbO2)2 4f14 Gd Tb Dy Ho Er Lu Tm Yb 4f7
Ln(OH)3 ↓
Ln3+ Eu3+
Zn-Hg
Ln3+ Eu2+
NH3H2O NH4Cl
Ln(OH)3 ↓ Eu2+
一、镧系元素
6、分离： 、分离：
离子交换法 (1)树脂的吸附：多用强酸性阳离子交换树脂 树脂的吸附：多用强酸性阳离子交换树脂(R-SO3H) 树脂的吸附 Ln3+(ag)+3RSO3H (RSO3)3Ln + 3H+(ag) 金属离子与树脂基团之间的作用与金属离子的电荷 和离子的水合半径有关。 和离子的水合半径有关。 (2)淋洗 淋洗 淋洗液通常是含有配合剂的溶液（ 淋洗液通常是含有配合剂的溶液（如EDTA、柠檬酸、 、柠檬酸、 乙酸铵、苹果酸等）。利用配合剂与Ln ）。利用配合剂与 乙酸铵、苹果酸等）。利用配合剂与 3+形成配合物 的能力不同，可以使它们陆续解吸， 的能力不同，可以使它们陆续解吸，从而达到有效 分离。 分离。
镧系元素和锕系元素
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 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
镧系元素和锕系元素
目录
CONTENTS
• 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。
第十章-锕系元素
二、硝酸钍
是制备其它钍盐的原料。最重要的硝酸盐为 Th(NO3)4·5H2O ，它易溶于水、醇、酮和酯中。
ON
O
OPPh3 O
NO
O
O
Th
O
N O
O
O
O
N O
—— 无色 —— ——
Pa
—— 无色 无色 ——
U
粉红
绿
——
黄
Np
紫
黄绿
绿
粉红
Pu
深蓝 黄褐 红紫
橙
Am
粉红 粉红
黄
棕
Cmห้องสมุดไป่ตู้
无色
★与镧系元素的吸收光谱相似，表现出f – f 吸收 的特征.
但是，锕系元素的5f 轨道相对于6s轨道和6p 轨道比镧系元素的5f 轨道相对于5s轨道和5p轨道 在空间伸长得较多，因而在配位化合物中锕系元 素显示出某种比镧系元素较大的共价性.
Th(IO3)4
KIO3
Th(NO3)4
NaOH
NaNO3
Na2[Th(NO3)6] Na [Th(NO3)5]
Th(OH)4
Δ
ThO2 C, Cl2
Δ
HF
ThCl4 Δ
ThF4
10.4 铀及其化合物
铀是一种活泼金属，与很多元素可以直接化合。铀 易溶于盐酸和硝酸，但在硫酸、磷酸和氢氟酸中溶解较 慢。它不与碱作用。主要化合物有铀的氧化物、硝酸铀 酰、六氟化铀等。
锫
Bk 5f9
7s2
98
锎
Cf 5f10
神秘的元素锕系元素的特性和应用
神秘的元素锕系元素的特性和应用锕系元素是指周期表中的锕系元素，它们位于锕系元素的第二行。
锕系元素是一组具有特殊化学性质和独特应用的元素。
本文将介绍锕系元素的特性和一些重要的应用。
一、锕系元素的特性锕系元素的主要特性包括：原子序数较大、放射性、电子结构稳定、核不稳定、存在多种同位素等。
1. 原子序数较大：锕系元素的原子序数相对较大，范围为89至103之间，其电子结构非常复杂，核外电子层数更多。
2. 放射性：锕系元素都是放射性元素，具有放射性衰变的特性。
它们的原子核不稳定，通过放射性衰变释放能量。
3. 电子结构稳定：尽管锕系元素的核外电子非常多，但它们的电子结构相对稳定。
这是由于锕系元素的原子核中存在大量的中子，中子的存在能够稳定电子结构。
4. 核不稳定：锕系元素的核不稳定性使其发生放射性衰变。
通过放射性衰变过程，锕系元素会转变成其他元素。
5. 存在多种同位素：锕系元素具有多种同位素，同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的元素。
这些同位素的存在使得锕系元素可以用于不同的应用。
二、锕系元素的应用由于锕系元素独特的性质，它们在许多领域中有着广泛的应用。
下面介绍几个重要的应用领域。
1. 核能源产业：锕系元素广泛应用于核能源产业。
其中，钍-232（Th-232）是一种重要的核燃料。
它经过连续的核衰变过程，最终转变为产生大量能量的铀-233（U-233）。
这一特性使得钍-232在核反应堆中被用作燃料。
2. 放射治疗：锕系元素的放射性特性使其在医疗领域具有应用前景。
铀系列元素被广泛用于放射治疗，如锕-225（Ac-225）、镅-227（Bk-227）等。
锕-225常用于治疗癌症，通过放射性衰变释放出α粒子，定向杀伤肿瘤细胞。
3. 科学研究：锕系元素在科学研究中也扮演重要角色。
锕系元素的高度放射性使其成为研究核反应、核物理性质以及半衰期等方面的理想选择。
例如锕系元素的一种同位素锕-227（Ac-227）被广泛用于研究基础科学问题。
元素周期表中的镧系与锕系元素
元素周期表中的镧系与锕系元素镧系元素和锕系元素是元素周期表中两个重要的连续元素系列。
它们在化学性质和应用中都具有独特的特点。
下面将对镧系元素和锕系元素进行详细介绍。
一、镧系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镤（Lr）这一系列的元素。
镧系元素具有相似的化学性质和电子结构，这是由于它们都有4f轨道的电子。
镧系元素主要包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和镥（Lu）。
镧系元素具有较强的还原性和催化活性，广泛应用于催化剂、照明材料和电子器件等方面。
以镧系元素为主的合金在航天、国防等领域也有重要应用。
二、锕系元素锕系元素是指周期表中锕（Ac）至铀（U）这一系列的元素。
锕系元素的特点是其核外电子排布在5f轨道上，这使得它们具有较复杂的电子结构和较高的电子自旋磁矩。
锕系元素主要包括锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）、铀（U）、镅（Np）、钚（Pu）、镎（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）和鿃（Lr）。
锕系元素具有重要的核物理性质和广泛的应用价值。
铀是锕系元素中应用最广泛的元素，被广泛应用于核能产业和核武器制造。
锕系元素还可以用于放射性同位素的制备、放射性示踪和医学诊断等领域。
总结：镧系元素和锕系元素在元素周期表中具有重要的位置和作用。
它们的电子结构和化学性质的独特性使得它们在催化、照明、电子器件、核能产业等方面具有广泛的应用价值。
对镧系和锕系元素的深入研究有助于我们更好地理解元素周期表和探索新的材料与技术。
通过对元素周期表中镧系和锕系元素的了解，我们可以更好地认识这些元素的特性和应用，并且在科学研究和工业生产中发挥其独特作用。
希望对您有所帮助！。
神秘的放射性元素锕系元素的奥秘
神秘的放射性元素锕系元素的奥秘放射性元素是一类具有特殊性质的化学元素，它们具有放射性衰变的特点。
其中，锕系元素是一组极具特殊性质和重要科学价值的元素，包括锕（Ac）、镎（Th）、铀（U）、钚（Pu）、镅（Am）等。
这些锕系元素的独特属性使得它们受到科学家们的广泛关注。
它们具有放射性，通过放射性衰变来释放能量和粒子。
同时，锕系元素的原子核结构也非常复杂，含有大量的中子和质子，使得它们的原子核相对较重。
锕系元素的发现与研究始于19世纪末期。
当时，科学家们发现了一些具有特殊放射性的元素，这些元素经过长时间的观察和研究，最终被确定为锕系元素。
其中，镅元素的发现在科学界引起了巨大轰动，因为它是第一个被人工合成的放射性元素。
锕系元素的研究不仅有助于我们更深入地了解原子核结构和放射性衰变过程，还对核能的开发和利用具有重要意义。
铀是一种重要的核燃料，它在核能产业中起到了关键作用。
钚元素则用于制造核武器和核反应堆燃料。
因此，对于锕系元素的研究是核工业发展的基础。
另外，锕系元素还具有广泛的应用前景。
它们的放射性特性使得它们可以用于医学诊断、放射治疗和放射性同位素制备等领域。
镎、铀和钚等元素还可用于核心能源反应，如核融合和核裂变。
然而，锕系元素也面临一些挑战和问题。
首先，由于它们的放射性，对人类和环境的辐射危害不能忽视。
因此，在使用锕系元素时需要严格控制和管理。
其次，锕系元素的合成和提取涉及复杂的工艺流程和高成本，这也限制了它们的广泛应用。
为了更好地利用锕系元素的奥秘，科学家们在继续研究锕系元素的基础上，不断探索新的合成方法和应用技术。
他们希望能够开发出更高效、更安全的锕系元素的提取和利用技术，以满足人类对能源和医学等领域的需求。
总结起来，锕系元素作为一组神秘而重要的放射性元素，具有丰富的科学意义和应用价值。
通过深入研究锕系元素的衰变特性、原子核结构和应用前景，我们可以更好地认识到放射性元素的奥秘，为人类科学和工业技术的发展做出贡献。
给大家科普锕锕锕锕
给大家科普锕锕锕锕
在我们日常生活中，锕元素可能是一个陌生的存在，但实际上它在许多方面都有着重要的作用。
今天，就让我来为大家详细介绍一下这个神秘的锕元素。
锕元素，原子序数为89，属于元素周期表中的锕系元素。
它是一种银白色的金属，具有良好的延展性和抗腐蚀性。
锕元素在自然界中以放射性同位素的形式存在，是自然界中最稀有的金属之一。
锕元素的应用领域非常广泛。
首先，在核能方面，锕元素及其同位素具有很高的辐射性能，被广泛应用于核反应堆中作为控制棒和燃料棒。
此外，锕元素还用于生产放射性同位素，用于医学诊断、治疗和科学研究。
除了核能领域，锕元素还在材料科学中发挥着重要作用。
由于锕元素具有独特的电子结构，它的化合物表现出独特的磁性、光学和电学性能，因此被广泛应用于磁性材料、光学材料和超导材料的研究和开发。
然而，锕元素的研究和应用也存在一定的安全隐患。
锕元素及其化合物具有放射性，长时间接触会对人体健康产生影响。
因此，在研究、生产和应用锕元素时，必须采取严格的安全措施，确保人员的身体健康和环境的安全。
总之，锕元素作为一种重要的金属资源，在核能、材料科学等领域具有广泛的应用前景。
然而，我们在开发和利用锕元素的同时，也要高度重视安全性问题，确保人类和环境的福祉。
化学元素周期表中的锕系元素性质研究
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。
锕系元素
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。
锕系元素
简介
简介
锕系元素包括锕(Ac)、钍(Th)、镤(Pa)、铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、 锿(Es)、镄(Fm)、钔(Md)、锘(No)、铹(Lr)，它们都是放射性元素。元素周期表中铀以后的原子序数大于92的 元素称为超铀元素。锕系元素中前6种元素锕、钍、镤、铀、镎、钚存在于自然界中，其余9种全部用人工核反应 合成。人工合成的锕系元素中，只有钚、镎、镅、锔等年产量达到公斤级以上，锎仅为克级。锿以后的重锕系元 素由于量极微，半衰期很短，仅应用于实验室条件下研究和鉴定核素性质。1789年德国克拉普罗特（oth,17431817)从沥青铀矿中发现了铀，它是被人们认识的第一个锕系元素。其后陆续发现了锕、钍和镤。铀以后的元素 都是在1940年后用人工核反应合成的，称为人工合成元素。由于锕系元素都是金属，所以又可以和镧系元素统称 为f区金属。
锕系元素的毒性和辐射危害（特别是吸入体内的α辐射体）较大，必须在有防护措施的密闭工作箱中操作这 些物质。
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化学性质
化学性质
由于镧系和锕系两个系列的元素随着原子序数的增加都只在内层轨道（相应的4f和5f轨道）充填电子，其外 层轨道（相应的6s、5d和7s、6d轨道）的电子排布基本相同，因此不仅镧系元素和锕系元素的化学性质相似，而 且每个系列内元素之间的化学性质也是相近的。
大多数锕系元素都有以下性质：
能形成络离子和有机螯合物的三价阳离子；生成三价的不溶性化合物，如氢氧化物、氟化物、碳酸盐和草酸 盐等；生成三价的可溶性化合物，如硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐和某些卤化物等。在水溶液中多数锕系元素为+3 氧化态,前面几个和最后几个锕系元素还有不同的氧化态,如镤有+5氧化态；铀、镎、镅有+5和+6氧化态,镎和钚 还有+7氧化态,可以MO娚、MO卂、MO幯等离子形式存在（镧系元素中最高氧化态为+4）；锎、锿、镄、钔和锘等 元素都有+2氧化态。锕系与镧系的这种差别是因为轻的锕系元素中5f电子激发到6d轨道所需能量比相应的镧系元 素中4f电子激发到5d轨道的能量要小，使得锕系元素比镧系元素有更多的成键电子，因而出现较高的氧化态；而 重的锕系元素却正好相反。
锕系元素知识点总结
锕系元素知识点总结1. 介绍锕系元素锕系元素是一组由15种放射性元素组成的一组元素。
所有锕系元素都是放射性的，它们具有巨大的原子序数和相对原子质量。
这些元素具有相似的核和电子结构。
它们的原子核非常不稳定，并且很容易发生核衰变。
2. 物性锕系元素的物性各异，包括颜色、熔点、沸点等。
锕系元素的原子半径比较大，其化学性质具有一定的相似性，都具有高电负性和发生放射性衰变。
锕系元素主要以+3价存在。
3. 锕系元素的化学性质锕系元素的化学性质主要表现为金属的性质。
锕系元素的原子半径比较大，其价电子分布在外层相对较远离原子核，这使得锕系元素的原子核对外层电子具有一定的吸引力，因此，锕系元素具有较强的还原性。
同时，锕系元素有较高的电负性，能够与非金属元素形成离子键或者共价键。
此外，锕系元素的化合价主要是+3，但也存在+4和+5的化合价。
4. 锕系元素的应用由于锕系元素的放射性，它们在日常生活中的应用比较有限。
锕系元素主要作为研究和实验用途，用于核反应堆，医学诊断和治疗等方面，对于人类的生活产生一定的积极影响。
但是，需要严格控制其使用和处理，以减少对环境和人类身体的不良影响。
5. 锕系元素的历史和发现锕系元素在19世纪末到20世纪初陆续被科学家们发现。
镍元素是第一个锕系元素，被发现于1899年。
随后，锕、镧、铈、镤、钍、镨、钍、铥、钇和镱等锕系元素依次被发现。
这些发现不仅丰富了元素周期表，也为物质世界的研究提供了新的材料和数据支持。
6. 锕系元素的放射性锕系元素的放射性非常强，这是它们的一个共同特点。
放射性是指元素原子核不稳定，放出射线或颗粒的现象。
锕系元素的放射性导致它们能够不断地发生核衰变，释放出放射线，使得它们的原子序数和相对原子质量出现不断变化，同时也导致了环境和人类身体的潜在威胁。
7. 锕系元素的危害由于锕系元素的放射性强，它们对人类和环境有一定的危害。
长期暴露在锕系元素较高的放射性中，会对人体造成不可逆的损害，导致辐射病和癌症等疾病。
镧系元素和锕系元素
镧系元素和锕系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镥（Lu）这15个元素。
它们都是顺磁性的，具有相似的电子配置和化学性质。
镧系元素中最常见的元素是镧（La）和铈（Ce），它们在地壳中广泛存在。
镧系元素通常以氧化物的形式存在，因此它们在化合物中具有高的离子化倾向。
镧系元素在很多领域都有广泛的应用。
首先，它们在催化剂领域有重要作用。
镧系元素催化剂常用于汽车尾气净化系统中，可以有效去除有害气体。
此外，它们还可以用于石油化工、化学工业和环境保护等领域的催化反应。
镧系元素也被广泛应用于光学领域。
由于它们具有宽的能带隙，可使光通过的波长范围更宽，因此可用于制造高透过率的光学玻璃。
镧系元素还可以被用作荧光剂和发光材料，用于制造荧光灯、LED和电视等。
镧系元素还有很多其他的应用。
它们被用于制造磁性材料，如硬磁体和软磁体。
镧系元素还可以改善铝合金的力学性能，提高其抗腐蚀性能。
此外，它们还可以用于核工业、电池技术和生物医学等领域。
锕系元素是指周期表中锕（Ac）至锕（Lr）这15个元素。
与镧系元素相似，锕系元素也具有相似的电子配置和化学性质。
锕系元素中最常见的元素是钍（Th）和铀（U），它们在自然界中广泛存在。
锕系元素在核工业中有重要应用。
钍和铀是两种常用的核燃料，被用于核电站和核武器中。
此外，锕系元素还可以用于放射性医学，如放射性同位素治疗癌症。
与镧系元素类似，锕系元素也具有许多其他的应用。
锕系元素可以用于放射性示踪剂、放射性污染监测和放射性探测器的制造。
它们还可以用于照相术和放射性碳测年等应用。
总结起来，镧系元素和锕系元素是元素周期表中重要的内过渡金属系列。
它们具有相似的电子配置和化学性质，广泛应用于催化剂、光学材料、磁性材料、核工业和医学等领域。
对于进一步发掘这些元素的特性和应用，以及其在环境和健康方面的影响，还有很多需要深入研究的领域。
第二节锕系元素
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。
第五章锕系元素
例如：离子交换实验， 柱子： 直径 0.2 mm
1.5 h
3 min
1.前锕系与后锕系
前锕系
像d区元素，多变价，吸收谱带宽
Z* 较小，5f伸展空间大
后锕系
像镧系元素，吸收谱带窄 锕系化学性质的一致性不如镧系
Z* 较大，5f伸展空间变小
2. 电子构型与氧化态 5f0-146d0-27s2
锕系元素最常见氧化态
► 强放射性
妨碍性质研究
► 除放射性外
许多元素的化合物具有毒性，属于危险品
► 许多元素只能得到微小量物质
许多物理性质、化学性质至今不明
► 主要用于核反应器、核武器
密差别超过20%
锕系电子构型： 5f0-146d0-27s2
与镧系相同，半径大，配位数大
例子：
21.8 years
1.41*1010 years
3.28*104 years
4.47*109 years
2.14*106 years
2.1 days
433 years
162 days
4.5 h 44 min 24 days
超镅元素：超强放射性， 通过获得物质极少，实验： ug甚至几百个原子
22 h 1.5 h
对同一元素而言，锕系离子形成配合物的能力一 般为：
M4＋＞M3＋＞MO22＋＞MO2＋
对配体而言，与同一离子形成配合物的能力是： F－＞NO3－(双齿)＞Cl－＞ClO4－ CO32－＞C2O42－＞SO42－
锕系元素也能生成有机金属化合 物，二环辛四烯与铀生成的茂形夹 心化合物就是曲型的例子。
8. 锕系元素的存在与制备
热解
活泼金属
空气中颜色很快由银白变成黑 生成各种氧化物混合物 粉末状U在空气中自燃
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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。
1938 年德国科学家 Otto Hahn （奥托·哈恩）和 Fritz strassmann （弗里茨·斯特拉斯曼） 发现中子使 铀核发生裂变的事实，致使人类掌握 了一种空前巨大的能源——核能。
7 U + 6 H2O（g） —25—0 ℃— 3 UO2 + 4 UH3
U 和 UO3 均可溶于硝酸，反应分别
U + 2 HNO3 + 2 H2O —— UO（2 NO3）2 + 3 H2↑
UO3 + 2 HNO3 ——— UO（2 NO3）2 + H2O
由于正电荷高，在溶液中 U（VI） 经常以 UO22+ 离子形式存在。
少 量的2359U2 发生裂变时，射出 的中子可能会在造成另一个铀核裂变
前，从铀块的表面上逸出进入大气空
间，故不会引起链式反应
如果裂变材料的质量超过了临界 质量时，射出的中子在逃离铀块之前 就被其他的铀核俘获，必将造成爆炸 性的链式核裂变反应。
原子弹中的核裂变材料就是分装 成两块，每块均小于临界质量，以保 证使用之前的安全。
目前人工核聚变还只能在氢弹 爆炸或在由加速器产生的高能粒子 碰撞中实现。
如果能够控制热核反应过程，则能 得到为人类所利用的巨大能量。几十年 来全世界的科学家都在朝着这一目标努 力奋斗，相信终会获得成功。
22. 6. 2 人造元素的合成
从 1940 年, 人类合成第一种超铀元 素镎 93Np 至今，不仅合成出锕系的所 有元素，而且合成出第 7 周期锕系后的 过渡元素、主族元素和零族元素。
二是超重元素的合成，更倾向 于基础理论的研究。
22. 6. 1 核的裂变和聚变 1. 核的裂变
重核受粒子轰击分裂为两个新核 碎片的核反应称为核裂变 。
2359U2 核核受到慢中子轰击时分裂 成为两个碎片，同时有两、三个中子
射出
2359U2 + 10n
A + B + 中子 + 能量
产物 A 和 B 是原子序数在 21 和 67 区间的元素 。
22. 5. 1 铀及其化合物 铀是一种银白色活泼金属，其 密度很大，与金相近。 铀最稳定的氧化态是 + 6。
铀在空气中微微受热即能燃 烧，粉末状的铀在空气中甚至能 自燃，
铀产物经常是 UO2 或 U3O8
加热到不同的温度，铀能与许 多非金属单质直接化合
生成 US2，UH3，UN 或 UN2， UClx（其中 x = 4，5，6）。
这些反应的温度高于铀发生 同类反应的温度。
Th 与大于 6 mol•dm-3 盐酸的 反应较容易。
Th + 4 HCl —— ThCl4 + 2 H2 但 Th 在浓硝酸中钝化。
Th4+ 离子既能存在于固体中， 又能以 [ Th（H2O）n ] 4+ 形式存在于溶 液中。
但向 Th4+ 离子的溶液中 NaOH， 生成白色 Th（OH）4 沉淀。
1H2 + 21H 1H2 + 21H 1H3 + 21H 2H3 e + 21H
21He + 10n 放出 3.25 MeV能量
31H + 11H 放出 4.00 MeV能量
42He + 10n 放出 17.6 MeV能量
42He + 11H 放出 18.3 MeV能量
这 4 个聚变反应的总和相当于 6 个 1H2 核的聚变，即
铀与 F2 反应生成 UF4 制备 UF6 必须将固体 UF4 在 较高的温度下进一步氟化
UF4（s）+ F2 —30—0 ℃— UF6（g）
铀能溶于非氧化性的酸，例如
U + 4 HCl（浓） —— UCl4 + 2 H2
铀与沸水反应有氢气生成，与高 温水蒸气反应时生成的氢气将进一步 与金属铀作用
化学元素周期系正面临着新的发 展阶段。人类对客观世界的认识是无 穷无尽的，科学家们所付出的辛勤努 力，必将不断取得新的成绩。
15 种锕系元素中只有 4 种元 素 —— 锕、钍、镤和铀存在于自 然界中，其中锕和镤为痕量。
钍元素在地壳中的质量分数为 1.2 10－3 %，略少于铅，与稀土元 素镧、铈等共生于磷酸盐矿物中。
铀元素 在地壳中的质量分数 为 2.4 10－4 %，略多于锡，主要 以氧化物 U3O8 的形式存在于沥青 铀矿中。
使用时将两块合并，于是裂变材 料超越临界质量，只要一个中子的引 发，就会发生原子弹的爆炸。
和平使用核裂变的巨大能量是通 过原子反应堆来实现的。
反应堆中常用镉棒作为中子吸收 剂，以维持反应堆中中子的增殖倍数 在 1 左右，以保证原子能的稳定释放 并正常利用。
2. 核的聚变
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核聚变。
22. 5 锕系元素性质简介
锕 Ac， 钍 Th， 镤 Pa， 铀 U， 镎 Np， 钚 Pu， 镅 Am，锔 Cm， 锫 Bk， 锎 Cf， 锿 Es， 镄 Fm， 钔 Md，锘 No， 铹 Lr
等 15 种元素构成锕系。
锕系单质是具有银白色光泽的 放射性金属。与镧系金属相比，锕 系金属熔点、密度稍高。
2359U2 的自然丰度只有 0.720 %。
这一同位素的分离是基于2359U2 F6 和 2389U2 F6 蒸气扩散速率的 差别。
22. 5. 2 钍及其化合物
钍是银白色活泼金属，密度ห้องสมุดไป่ตู้铅 相近，其最稳定的氧化态为 +4 。
加热时，钍能与许多非金属 单质直接化合
生成 ThO2，ThH3，ThN 或 Th2N3，ThC 或 ThC2 。
UO22+ 称为铀酰离子。
两性的 UO3，还可以与氢氧化 钠反应，析出黄色的重铀酸 ——
Na2U2O7·6 H2O
将其加热脱水，得无水盐称为 铀黄。
铀的氟化物种类很多，其中 UF6 最重要。
UF6 是无色晶体，56.5℃ 升 华。其分子构型为正八面体，
铀的重要意义在于原子能的开发。 只有同位素 2359U2 才是有利用价值 的核裂变材料。