镧系元素和锕系元素.pptx

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3 萃取法
根据萃取剂的不同萃取方法可以分为以 下三种：
中性络合萃取 是指萃取剂是中性有机 化合物，被萃取物是稀土硝酸盐类，两者结 合生成中性配合物而被萃取。
2020-5-28
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酸性络合萃取 是指萃取剂是有机弱酸， 它们与稀土金属离子形成螯合物或盐 而被萃取入有机相。
离子络合萃取 是利用含氧或含氮的 有机化合物为萃取剂，被萃取物通常是金 属配阴离子，二者以离子缔合方式形成萃 合物而进入有机相。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈镨钕 钷 钐铕
称为铈组稀土或轻稀土
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆 铽 镝钬 铒铥镱镥 外加 Y 钇和 Sc 钪，称为钇组稀土或重稀土
2020-5-28
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稀土元素总量在地壳中的丰度为 1.53 × 10–2 %。
其中最多的是Ce，丰度为 6.8 ×10–3 % ， 比 Cu 含量多，其次是 Y，Nd，La等，Pm 在地壳中仅以痕量存在。
与冷水缓慢作用，与热水作用较快，可 置换出氢。
易溶于稀酸，但不溶于碱。
镧系元素的主要氧化数为 + 3，也有 + 2 和 + 4。
2020-5-28
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由于稀土金属还原性强，一般采用熔盐 电解法制备稀土金属单质。
由于稀土合吸收和释放氢气的反应可逆 且速度快，所以可作为氢气储存器。
轻稀土金属的燃点很低。 所有镧系金属都具有较强的顺磁性。
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镧系元素内层 4f 电子受晶体场影响较小， 因此，在计算磁矩时，既要考虑自旋运动的贡献， 又要考虑轨道运动的贡献。
镧系元素是良好的磁性材料。
其中，稀土—钴永磁材料是目前广发应用 的磁性材料。
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23―1―2 镧系元素的重要化合物
1 氧化物和氢氧化物
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2 稀土盐类
（1）卤化物 镧系金属卤化物中研究最多的是氯化物。
向镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸 盐中加盐酸均可得到氯化物。
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由于 Ln3+ 的电荷高，所以镧系元素的水 合氯化物受热脱水时发生水解：
△
LnCl3 ·nH2O —— LnOCl + 2 HCl ↑+（n－1）H2O
（1） +3 价化合物 +3 价是镧系元素的主要价态。 除 Ce，Pr，Tb 外，镧系金属在空气 中加热均可得到 +3 价碱性氧化物 Ln2O3。
2020-5-28
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Ln2O3 难溶于水，易溶于酸，经过灼烧 仍溶于强酸，与 Al2O3 不同。
Ln（III）盐类与 NaOH 反应，可以得到 Ln（OH）3， 其碱性与碱金属和碱土金属的氢 氧化物相近，且随着原子序数的递增而有规
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具有 f 2 电子构型的 Pr 3+ 和 f 12 电子构型 的 Tm3+ 离子主要显绿色。
具有 f 3 − 5 和 f 9 − 11 电子构型的离子呈现 浅红色和黄色。
具有 f 6 − 8 和 f 9 − 11 电子构型的离子吸收 峰全部或大部分在紫外区， 所以无色或略带 粉红色。
制备无水氯化物需要 HCl 气氛的保护。
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LnCl3
·nH2O
△ ————
HCl
LnCl3
+
6H2O
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 + 3Cl2 —— 2 LnCl3 + 3CO↑
2020-5-28
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（2）草酸盐
Th + 4 HCl ——ThCl4 + 2 H2 ↑ 钍最稳定氧化态是 +4，Th4+ 既能存在于 固体中，又能存在于溶液中。
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二氧化钍是白色粉末，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。
从矿物中分离出来的钍以 Th（OH）4 形 成存在，转化成 ThO2 后，用金属钙还原可 制得金属单质钍：
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2 镧系化合物的颜色
镧系金属离子的颜色是由未充满电子的 4f 电子的 f — f 跃迁引起的。
具有 f 0 和 f 14 电子构型的 La 3+ 和 Lu3+ 离子无 f — f 跃迁，故无色。
具有 f 1 电子构型的 Ce 3+ 和 f 13 电子构 型的 Yb3+ 离子吸收峰在红外区，故无色。
2 人造元素的合成
从 1940 年人类合成第一个超铀元素 — 镎 至今，不仅合成出锕系的所有元素，而且合成 出第 7 周期锕系以后的过渡元素、主族元素和 零族元素。
在激发和发射之间时间间隔小于 10–8 s 时，称为荧光，去掉激发源后荧光停止。
如果去掉激发源后扔持续一段时间则称 磷光。
2020-5-28
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以氧化钇或硫氧化钇为基质的掺有铕 的荧光粉，具有耐压性好，寿命长，发光 效率高的特点，是理想的彩色电视发光材 料。
稀土元素 X 射线发光材料也广泛用于 医疗中，其具有透射高、散射性低的光学 性能。
钍和铀发现最早，地壳中储量较多。
超铀元素均由人工核反应合成。
Байду номын сангаас
2020-5-28
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23―1 镧系元素
23―1―1 镧系元素的性质
1 金属单质
镧系金属银白色，质地软， 延展性 好，但抗拉强度低。
除 Eu 和 Yb 外，密度、熔点基本上 随着原子序数的增加而增加。
2020-5-28
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镧系金属活泼性由镧到镥递减，镧最活 泼，在空气中可被缓慢氧化。
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23－1－3 稀土的分离提纯
由于稀土金属性质很相似，矿物混生， 所以分离困难。
1 一般化学方法——重结晶法
重结晶法利用不同稀土的盐类或氢氧 化物溶解度之间的差别，进过多次重结晶 造作以达分离稀土元素的目的。
2020-5-28
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2 离子交换法
离子交换技术利用离子交换柱以离子 交换树脂为固定相，以含有稀土离子的溶 液和淋洗液为流动相，进行稀土元素分离。
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稀土磷光材料的上转换功能可以将红 外线热能转换成可见光，从而大幅度提高 发光效率。
利用稀土上转换材料，在夜间将红外 线热能转换成可见光，从而可完成军事上 的观察和拍摄。
2020-5-28
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4 镧系元素离子和化合物的磁性
f 1−13 构型的原子或离子都呈顺磁性。 镧系元素的磁性与过渡元素的磁性有着 本质的差异。 d 区过渡元素的磁矩主要是由未成对电 子的自旋运动产生的。
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+ 4 价 Ce 可在溶液中存在。 无论在酸中还是碱中，+ 4 价 Ce都具有 很强的氧化性：
2 CeO2 + 6 H+ + H2O2 —— 2 Ce3+ + 4 H2O + O2↑
2 C（e OH）4 + 8 HCl —— 2 CeCl3 + 8 H2O + Cl2↑
2020-5-28
2020-5-28
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由于稀土元素半径相近，性质相似， 往往以混合矿物形式存在。
独居石、磷钇矿、氟碳铈镧矿等是 重要的稀土磷酸盐矿物。
我国的稀土储量占世界第一位。
2020-5-28
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锕系元素都具有放射性
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕 钍 镤铀镎 钚 镅 锔 Bk Cf Es Fm Md No Lr 锫 锎 锿镄钔 锘 铹
2020-5-28
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铀的卤化物一般都有颜色。
UF6 是无色晶体，八面体构型，在干燥 空气中稳定，遇水气立即水解：
UF6 + 2H2O —— UO2F2 + 4 HF
UCl6 具有八面体结构，其它卤化物为聚 合物，且具有高配位数。
2020-5-28
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2 钍及其化合物
钍是银白色活泼金属，在浓硝酸中钝化， 与浓度大于 6 mol∙dm-3 盐酸反应：
锕系元素不仅 6d，7s 电子可以作为价电子， 而且 5f 上的电子也可以参与成键，所以 形成稳定的高价态。
2020-5-28
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从 Cm 开始，稳定价态是 +3。
当 Ac, Th, Pa, U 所有的价电子都用于成 键时，最稳定价态是 +3，+4，+5， +6。
锕系元素在化合物中配位数主要是 6 或 8， 某些锕系元素还有较高的配位数，如 10，11， 12。
2020-5-28
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Ln3+ 离子电荷数高， 属于硬酸，易 于同硬碱中的氟、氧等配位原子成键。
与氮、硫、卤素（ 除氟外 ）配位能力 差，只在适当极性的非水溶剂中，可合成 含氮配位化合物，如稀土与卟啉的配合物。
稀土元素配位数高，导致稀土金属有 机化合物不遵循 18 电子规则。
2020-5-28
1 原子核的衰变、裂变和核聚变
原子核能自发地放出射线而成为另一 种原子核，或从高能态降到低能态，这一 过程称为核衰变。