第十四章镧系和锕系元素-PPT精选

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2020/5/30
概述
115 Ln离子半径
110 105 100
95 90 85 80
Sm
Eu
Ln(+II)
La Ce
Ln(+III) Ln(+IV)
Pr
Nd
Ce Pr
Pm
Sm
Eu Gd
Tb
Tm Yb
Dy
Gd Tb
Ho Er Tm Yb Lu
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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概述
3、La系收缩的后果: ①受其影响,铕(Eu)以后的La系元素的离子半
径接近于钇(Y),构成性质极为相似的一组 元素,称为钇组元素,它们在自然界共生,性 质十分相似,难于分离。 ②受其影响,第三过渡系与第二过渡系的同族元 素在原子半径和离子半径上相近,其中尤以 ⅣB的Zr和Hf,ⅤB的Nb和Ta,ⅥB的Mo和W更为 相近,以致Zr和Hf、Nb与Ta、Mo和W性质非常 相似,分离十分困难。 Ac系元素也有Ac系收缩现象。
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概述
(三)金属活泼性: La系单质均为活泼金属,活泼性仅次于碱金
属而与Mg接近,所以都是强还原剂。 例:①不太高的温度下,可与O2、S、Cl2、N2等
反应,所以冶金工业中常用作脱硫剂,脱氧剂 ,在无线电真空技术中用吸气剂。 ②与水作用,其置换出氢气。 ③与酸反应更激烈。
Ac系金属也是活泼金属和强还原剂,易与 O2、卤素、酸等反应。因此,制取方法:只能 用电解其熔融盐,或高温下用活泼金属(如Ca )还原其卤化物的方法。
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概述
一、概述 : f区元素包括周期系中的La系元素(57La~70Yb)
和Ac系元素(89Ac~102No)共28种元素,La系元素中只 有61Pm是人工合成的,具有放射性,Ac系元素均有放射 性。 超铀元素——Ac系元素中92U以后的元素多数为人工合成, 称超铀元素,镎(Np)、钚(Pu))自然界中有微量存 在。
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核反应和超铀元素的合成
三、核反应和超铀元素的合成 核反应分为四种类型:放射性衰变、粒子轰
出原子核、核裂变及核聚变。 1、放射性衰变
天然放射性是指不稳定原子核自发放出α 、β、γ射线的现象。大量的同种原子核因放 射性而陆续发生转变,使处于原状态的核数目 不断以下三种: (1)α衰变 (2)β衰变 (3)γ衰变 。
La
185
180
Ce Pr Nd Pm Sm
Gd
175
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Lu
170 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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概述
La系元素原子半径在Eu、Yb两处出现骤升 的峰值现象与它们的第一、二、三电离能总和 随着原子序数增加而增加,但在Eu、Yb出现骤 升的峰值和La系元素的熔点随着原子序数的增 加在逐渐升高过程中Eu、Yb处出现陡降的谷值 的现象合在一起,称LaAl 系元素性质递变的“双 峰效应”。
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核反应和超铀元素的合成
(三)核裂变和原子弹 原子核被轰击后,分裂为较轻的裂块和较
重的裂块,同时放出中子的过程,称为核裂变 。急剧裂变反应会引起爆炸,从而可制原子弹 。 (四)核聚变和氢弹
一些质量很轻的化学元素(主要是氢的核素 氘和氚)的原子核,在高温(亿度以上)下可 以聚合为较重的元素,同时放出大量的能量, 这个过程称核聚变。
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概述
(四)离子的颜色 许多Ln3+在晶体和水溶液中均有颜色,Ac系
元素在离子的颜色上表现得相似,因均为f电 子对光的吸收造成的。
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稀土元素
二、稀土元素 (一)稀土元素的资源
我国稀土资源有五大特点:储量大、分布广 、类型多、矿种多、品位高。 根据硫酸复盐溶解度不同,可将稀土元素分为铈 组和钇组:
在La系元素中,由于4f电子对原子核的屏 蔽效应较大,所以随着原子序数的增加,有效 核电荷缓慢增大,结果使原子半径缓慢缩小, 这种现象称为La系收缩。使Eu(4f7)和Yb( 4f14)两个地方出现原子半径骤然增大的现象 。
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概述
210 Ln原子半径
205
Eu
Ln
200
195
Yb
190
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概述
Ac系元素由于5f、6d、7s轨道能级更加接 近,电子跃迁更复杂,所以原子光谱复杂,故 Ac系元素原子基态的电子层结构的确定也较困 难,氧化数:由此可知,氧化数有+3,更有+2 、+4、+5、+6、+7等其他的氧化数化合物。 (二)原子半径、离子半径和镧系收缩 1、原子半径:
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元素周期表
IA
1
1H

IIA
2 He
IIIA IVA VA VIA VIIA 氦
2
3 Li

4 Be

5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
硼 碳 氮氧 氟 氖
3
11 Na

12 Mg

IIIB
IVB
VB
VIB VIIB
VIII
13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
萃取分离法是利用被分离的元素在互不相溶 的液相中分配的分配系数不同来进行分离的。
RE(N工O业3)3-H上N已O3-采P50用7煤R油E体Cl系3-H萃C取l-P分50离7 煤15种油稀体土系元素和 。
2、离子交换法(离子交换色层分离法):
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稀土元素
(三)稀土元素的应用:
据统计,目前世界稀土有70%左右消耗于材 料方面。稀土材料应用之广遍及国民经济各个 领域和行业:冶金、石油化工、轻工、光学、 磁学、电子、生物医疗和原子能工业等。稀土 金属在电子材料、原子能材料、药物合成及超 导技术等高新技术领域的应用也日益广泛,稀 土储氢材料(如LaNi5,La2Mg17等)用于H2的 储运、能源的检验、制冷及提纯氢等方面。
铷 锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
6 55 Cs 56 Ba 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
铯 钡 La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
稀土元素——ⅢB中的钇(Y)、镥(Lu)和La系元 素,共16种元素性质相似。在矿物中常共生在一起。故 总称为稀土元素,常用RE(Rare Earth)表示。
内过渡元素——f区元素在价层电子填充上的特征 是基本上新增电子填在(n-2)f亚层(即倒数第三层的f
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概述
(一)价层电子构型和氧化数: La系元素价层电子构型一般为4f1-145d0~16S2,其
2、离子半径
特点:①La3+离子半径在86.8~103.2Pm间,比相
同氧化数的其它金属离子较大(r Al
3
=53.5Pm,
r Cr 3
=61.5Pm,r Fe
3 =64.5Pm,r Co
3
=63Pm)。
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概述
②La3+半径变化十分规律,如图所示,逐渐减小, 不同于原子半径有峰值出现,这是因为La3+已无6s和5d 电子最外层皆为5s25p6结构,随La→Yb有效核电荷增加, 离子半径逐渐减小。同时,有效核电荷的增加比原子中 显著,(因无6s5d电子核受屏蔽减弱,使有效核电荷增 加)。总共收缩了16.4Pm,(原子半径只收缩10.3Pm)。 影响:由于Ln3+所带电荷相同,且Ln3+的构型及半径相差 不大,所以Ln3+性质极为相似:离子化合物的溶解度、 氢氧化物的酸碱性、配合物的稳定常数、离子晶体的晶 格能等彼此都很接近,从而造成Ln3+间分离困难。
人工放射性核素还有其它衰变方式,如正 电子β衰变、电子俘获等。
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核反应和超铀元素的合成
2、放射性的应用 放射性核素的射线具有高能量,当射线与
物质相互作用时,物质受到激发,可以引发本 来不发生的化学或生物过程,促进或抑制化学 或生物过程的变化。在工农业、医学卫生、科 学技术以及人类日常生活中利用放射性的实例 很多。
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基本要求
了解La系和Ac系元素的通性,我国稀 土元素概况及核反应的类型
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7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
钫 镭 Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun Uuu Uub
114
116
118
镧 锕 镧锕系系系 系 8 5镧 锕 A L 9 785镧锕97c aA5 L9铈 钍 ca8 T C 059铈钍80 h e TC59 he镨 镤 91 P 5P 99镨镤1 PPa r6 a9 r钕 N 0 62 90U 钕2铀 铀Nd Ud6 9钷 镎 69P N 1 3 钷镎13PNmpm p6 9钚 钐 69钚24钐P S 2 4PSumu m6 9铕 镅 69铕镅35AE 3 5 AEmumu6 9 6锔 9钆 锔4钆6C G 4 6 CGmd m d696 957铽锫铽 锫 B5 7 TB Tkb k b 69镝6 9 锎68镝 锎 DCD 6 8 yC f 6y 9f 钬7锿96 9钬 H锿 EoH s7 E 916o 0镄s 8铒1 06镄 F铒 Em0 r8F E1060铥钔91m r 1 MT6铥 dm钔 0 M T91701镱锘02m d1 NY7ob镱 锘 0N Y 0 1701镥铹2 3o b L1 L7ur镥 铹 01LL3ur
中La(4f05d16S2,4f为全空),Gd(4f75d16S2,4f半 充满)及Ce(4f15d16S2),5d轨道上有1个电子,其余 La系元素新增电子均在4f轨道上。
在氧化数上,表现属ⅢB的特征+3氧化数,此外还 有+4及+2氧化数的表现,即部分4f电子也参与成键。 不同La系元素它们在氧化数的稳定性上不同,从La~ Gd和从Gd~Lu氧化数变化出现两个周期。 La系元素中还有其他的一些氧化数(+4、+2)表现。
铈组(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、)硫酸复 盐较难溶
钇组(Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Er、Tm、 Yb、Ln)硫酸复盐较易溶
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稀土元素
(二)稀土元素的提取: 由于稀土元素及其+3价态的化合物性质很
相似,它们在自然界共生,且在矿物中又常与 杂质元素(U、Th、Nb、Ta、Ti、Zr、Si、F等 )伴生,分离难度大。 1、溶剂萃取法:
近年来出现一门新学科——辐射化学,专 门研究物质因受高能电离射线的影响而产生的 化学效应,如辐射聚合、辐射接枝、辐射催化 、辐射合成等。
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核反应和超铀元素的合成
(二)粒子轰击原子核和新元素的合成 1、新元素的合成
粒子轰击是指某原子核受高速粒子如氦 核(α)、质子(P)、中子(n)、氘核(D )、氚核(T)等的轰击,变成另一种原子核 ,同时放出另一种粒子的核反应。利用这类核 反应可人工获得超铀元素。目前已合成了从 104号到112号超铀元素, 2019年有关于合成 114、116和118号元素的报道,但获得的原子 数极少,寿命短,难以进行化学研究。 2、新元素的命名
IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 氩
4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr
钾钙 钪钛 钒 铬锰铁钴镍 铜 锌镓锗砷硒 溴氪
5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 NΒιβλιοθήκη Baidu 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe
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