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1、 9-1 镧系元素镧系元素 9-2 锕系元素概述锕系元素概述1. 前锕系和后锕系 2. 电子构型与氧化态 3. 锕系元素的存在和制备 4. 钍化学 5. 铀化学1. 前锕系和后锕系 2. 电子构型与氧化态 3. 锕系元素的存在和制备 4. 钍化学 5. 铀化学9-2 锕系元素概述知道锕系元素在周期表中的位置、电子结构特点。熟记其顺序。能说出锕系元素概述知道锕系元素在周期表中的位置、电子结构特点。熟记其顺序。能说出Th和和U的常见氧化态和最常见氧化态物种。知道由矿物提取的常见氧化态和最常见氧化态物种。知道由矿物提取Th和和U的方法能说出富集核燃料的方法能说出富集核燃料235U的方法。的方法。本章
2、要求本章要求本章要求本章要求本章要求本章要求作业作业作业作业作业作业3、7、10、12、14、15、178989AcAc103103Lr，Lr，都是放射性元素都是放射性元素89 Ac锕锕90 Th钍钍91 Pa镤镤92 U铀铀93Np镎镎94 Pu钚钚95 Am镅镅96 Cm锔锔97 Bk锫锫98 Cf锎锎99 Es锿锿100Fm镄镄101Md钔钔102No锘锘103Lr铹铹 以地名或人名命名以地名或人名命名Am：Americium Cm ：Curium Bk ：Berkelium Cf ：CaliforiumEs ：EinsteiniumFm ：FermiumMd ：MendeleviumN
3、o ：NobeliumLr ：Lawrencium 9-2 锕系元素概述Actinide 9-2 锕系元素概述ActinideHalf-lives of the longest lived isotope of each actinoidElement isotopeElement isotopeElement isotopeElement isotopeHalfHalfHalfHalf- - - -lifelifelifelife Actinium-22722 yearsThorium-2321.41010yearsProtactinium-2313.3104yearsUranium-238
4、4.5109yearsNeptunium-2372.2106yearsPlutonium-2448.2107yearsAmericium-2437.7103yearsCurium-24418 yearsBerkelium-2493.1102yearsCalifornium-2523.6102yearsEinsteinium-2542.5102yearsFermium-2534.5 daysMendelevium-2561.5 hoursNobelium-2543 secondsLawrencium-2578 secondsCm 前锕系锔后锕系 像 前锕系锔后锕系 像d区区元素像元素像镧系镧系元
5、素 例：吸收谱带：宽窄（类线状） 解释：元素 例：吸收谱带：宽窄（类线状） 解释： Z* Z* ，5f轨伸展范围轨伸展范围Z* Z* ，5f轨伸展范围轨伸展范围 较较较较小小小小，较，较大大大大较较较较大大大大，较，较小小小小 5f、6d轨能差小存在轨能差小存在锕系收缩锕系收缩 铀以后的元素铀以后的元素超铀元素超铀元素1. 前锕系和后锕系前锕系和后锕系前锕系前锕系Ac、Th、 Pa、U、Np 保持保持d电子的倾向比 镧系强电子的倾向比 镧系强 5f076d027s2 后锕系元素无后锕系元素无d电子电子 (除除Lr) 5f9147s25f1145d027s2 从镤开始填从镤开始填从镤开始填从镤开
6、始填5f5f电子电子电子电子2. 电子构型与氧化态电子构型与氧化态特征价态仍为特征价态仍为+3， 比镧系更易变价前锕系：， 比镧系更易变价前锕系： 变价多，可达到族价变价多，可达到族价变价多，可达到族价变价多，可达到族价 后锕系：后锕系： 变价少，氧化态低变价少，氧化态低变价少，氧化态低变价少，氧化态低 有有+2氧化态氧化态锕系元素的最常见氧化数锕系元素的最常见氧化数锕系元素的最常见氧化数锕系元素的最常见氧化数6 5 4 3 2 1 0 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr自然界成矿：自然界成矿： 只有只有Th和和U，其余：，其余： U衰变产生
7、、人工合成衰变产生、人工合成3. 锕系元素的存在和制备锕系元素的存在和制备(Ln, ,Th)PO4NaOHTh(OH)4 +Ln(OH)3酸溶酸溶 TBP萃取分离萃取分离Th(NO3)4(TBP)2HF(g)OH-Th(OH)4600 oCThF4Ca (Mg)ThTh矿矿主要主要独居石：独居石：独居石：独居石：( (LnLn、Th)POTh)PO4 4Th(IV)主要沥青铀矿主要沥青铀矿U3O8 (或或2UO3UO2)2UO3.UO2H2SO4 O2UUO22+萃取萃取UO2(NO3)2.4H2OOH-U3O8 或或UO3UO2(OH)2.H2O热解热解 H2600 oCUO2 HF(g)5
8、50 oCUF4Ca (Mg)U矿矿有有特征氧化态：4特征氧化态：4 Th4+：无色，轻度水解：无色，轻度水解4. 钍化学无水盐 含水盐形成配合物配位原子：钍化学无水盐 含水盐形成配合物配位原子：X、O、N 高配位数：一般高配位数：一般812Th(NO3)4(OH2)5中： 硝酸根双齿配位，中： 硝酸根双齿配位， 3个水分子配位 配位数个水分子配位 配位数11四卤化物 白色固体，高熔点 稍有挥发性 除氟化物外均易溶四卤化物 白色固体，高熔点 稍有挥发性 除氟化物外均易溶ThO2+ 4HF(g) ThF4+ 2H2O600 ThO2+ CCl(g) ThCl4+ CO2 600 ThF4 ThI
9、4ThCl4 ThBr4Th4+卤化物卤化物低价卤化物低价卤化物金属型卤化物 导电体 可表示为：金属型卤化物 导电体 可表示为：Th4+(e-)(I-)33ThI4+ Th4ThI3 黑色固体黑色固体600700 Ta容器容器ThI4+ Th2ThI2 金黄色固体金黄色固体700850 Ta容器容器 具有多聚体结构 导电体 可表示为：具有多聚体结构 导电体 可表示为：Th4+(e-)2(I-)2与水作用均放出氢气与水作用均放出氢气锕系元素的锕系元素的5f5f5f5f轨道轨道轨道轨道在空间伸展的范围超过6s和6p轨道，在空间伸展的范围超过6s和6p轨道， 一般认为可参与成键一般认为可参与成键一般
10、认为可参与成键一般认为可参与成键。锕系元素形成配合物的能力大于镧系元素。锕系元素形成配合物的能力大于镧系元素。形成配合物的能力形成配合物的能力Th(C2O4)4(OH2)24-Th(NO3)4(OP(Ph)3)24-自然界：自然界：238U 占占99.280235U 占占 0.7145. 铀化学铀化学主要氧化态：主要氧化态：3、4、5、6235U广泛使用的核燃料广泛使用的核燃料U、Np、Pu、Am的的+5、+6价离子在水溶液中 多以价离子在水溶液中 多以含氧离子含氧离子含氧离子含氧离子形式存在：形式存在： UO2+、UO22+；NpO2+、NpO22+；PuO2+、PuO22+； AmO2+、
11、AmO22+绿绿黄黄0.063 V-1.80 V0.58 V-0.631 V0.32 V黄绿黄绿浅红浅红银白银白UO22+UO2+U4+ U3+UUO22+OOU2+175190 pm 共价性共价性175190 pm 共价性共价性最稳定物种最稳定物种其他价态化合物在潮湿空气中常转变为此其他价态化合物在潮湿空气中常转变为此实验室常见的铀化合物如：实验室常见的铀化合物如：UO2(NO3)22H2OUO2(CH3COO)22H2OUO2(HO2)52+UO22+配合物配合物UO2Cl42- 在在Cs2UO2Cl4中中UO2S2CNR22OPPhUO2(O2)34- 在在Na4UO2(O2)39H2O
12、中中UO2(NO3)22H2O在分析化学中的应用在分析化学中的应用 1UO2SO4 Zn 2H2SO4 U(SO4)2 ZnSO4 2H2O或或Zn-HgU4+ VO3- 2H+ UO22+ V3+ H2OUO22+U4+再以再以K2Cr2O7或或NH4VO3等滴定等滴定UO2(CH3COO)2 CH2COONa NaUO2(CH3COO)3（黄）（黄）Na+ Zn(CH3COO)2 3UO2(CH3COO)2 CH2COOH 9H2ONaZnUO2(CH3COO)39H2O （金黄） （金黄） H+鉴定鉴定Na+Zn(CH3COO)2UO2(CH3COO)2 CH2COOH混合溶液混合溶液二
13、水合醋酸铀酰二水合醋酸铀酰 UO2(CH3COO)22H2O 黄色晶体黄色晶体在分析化学中的应用在分析化学中的应用2UF4 F2UF6无色晶体（有时带杂质而发黄）无色晶体（有时带杂质而发黄）m.p.：64.5 64.8 b.p.：56.5 易挥发：蒸气压易挥发：蒸气压15.3 kPa（25 ）干燥空气中稳定，易潮解为 ）干燥空气中稳定，易潮解为UO2F2220 UO2F2 2F2UF6 O2270 UF6富集核燃料富集核燃料富集核燃料富集核燃料235235U U利用利用238UF6与与235235UF6摩尔质量差异蒸气扩散速率差异摩尔质量差异蒸气扩散速率差异富集富集235UUCl3能生成有机金属化合物能生成有机金属化合物二环辛四烯铀二环辛四烯铀U(cot)25. 铀化学铀化学
