第二十章鑭系元素和錒系元素

1、278第二十章鑭系元素和錒系元素Chapter20TheLanthanidesActinides鑭系元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu(鑭)(鈰)(鐠)(釹)(钷)(釤)(銪)(釓)(鋱)(鏑)(鈥)(鉺)(銩)(鐿)(镥)錒系元素Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr(錒)(釷)(鏷)(鈾)(镎)(钚)(镅)(鋦)(锫)(锎)(锿

2、)(鐨)(鍆)(锘)(鐒)201鑭系元素（系元素（Ln）TheLanthanides一、GeneralProperties：1鑭系元素從57號(hào)元素鑭到第71號(hào)元素镥，共十五種元素，稱(chēng)為鑭系元素，用Ln表示。2稀土元素周期表ⅢB族中的鈧（Sc）、釔（Y）和鑭系元素在性質(zhì)上都非常相似并在礦物中共生，由于鑭系收縮，Y3離子的半徑落在Er3附近，Sc3離子的半徑接近于Lu3，所以Sc、Y可以看作鑭系元素的成員。在化學(xué)上把Sc、Y和鑭系元素統(tǒng)稱(chēng)為

3、稀土元素（rareearth’selements），用RE表示。3Oxidationstates（以3為特征氧化態(tài)，其他還有2或4氧化態(tài)）4f6、4f74f13、4f14Sm2、Eu2Tm2、Yb24f0、4f1、4f2、4f3、4f4、4f5、4f6、4f7、4f8、4f9、4f10、4f11、4f12、4f13、4f14La3、Ce3、Pr3、Nd3、Pm3、Sm3、Eu3、Gd3、Tb3、Dy3、Ho3、Er3、Tm3、Yb3、L

4、u34f0、4f14f7、4f8Ce4、Pr4Tb3、Dy3溶液中能穩(wěn)定存在的氧化態(tài)有：Ln3、Eu2(4f7)、Yb2(4f14)、Ce(IV)(4f0)4原子半徑和離子半徑(1)鑭系收縮鑭系元素的原子半徑和離子半徑在總的趨勢(shì)上都是隨著原子序數(shù)的增加而逐漸地縮小，這種原子半徑依次縮小的積累，稱(chēng)為鑭系收縮。(2)鑭系收縮的影響(a)Sc、Y與鑭系元素共生；(b)Zr、Hf，Nb、Ta，Mo、W，Tc、Re在原子半徑上非常接近，造成分離極

5、其困難。5離子的顏色(1)電子構(gòu)型全空，半滿和全滿，或接近全空，半滿和全滿的4f電子的離子是穩(wěn)定的或比較穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)4f電子激發(fā)，故是無(wú)色的?！郘a3(4f0)、Gd3(4f7)、Lu3(4f14)、Ce3(4f1)、Eu3(4f6)、Tb3(4f8)、Yb3(4f13)都是無(wú)色(2)具有4fx和4f14?x的3價(jià)離子顯示的顏色相同或相近。280U3O8不溶于水，但溶于酸，生成。?22UO二、硝酸鈾酰[UO2(NO3)2]1.Prep

6、arationUO32HNO3UO2(NO3)2H2O2.Properties水解生成???53222222(OH))(UO(OH))UO((OH)UO、、加堿生成Na2U2O76H2O（黃色），加熱脫水，生成無(wú)水Na2U2O7，俗稱(chēng)鈾黃。3.StructureUO2(NO3)22H2O（六角雙錐）三、UF6（八面體）1.PreparationUO33SF4UF63SOF2300?2.HydrolysisUF62H2OUO2F24HFS

7、uperconductivityH.KammerlingOnnes(NobelPrizefPhysics1913)discoveredsuperconductivityinLeidenin1911whenhecooledmercurytothetemperatureofliquidheliumManyothermaterialsmostlymetalsalloysweresubsequentlyfoundtodisplaysuperco

8、nductivityatverylowtemperatures.Twopropertiesacterizeasuperconduct:1.Itisperfectlyconductingi.e.ithaszeroresistance.2.Itisperfectlydiamagici.e.itcompletelyexcludesappliedmagicfields.ThisistheMeissnereffectisthereasonwhya

9、superconductcanlevitateamag.Superconductivityexistswithintheboundariesofthreelimitingparameterswhichmustnotbeexceeded：thecriticaltemperature(Tc)thecriticalmagicfield(Hc)thecriticalcurrentdensity(Jc).Until1986thehighestre

10、cdedvalueofTcwas~23KfNb3GebutinthatyearBednzMullerinpioneeringwkfwhichtheyreceivedthe1987NobelPrizefPhysicsreptedTc=30KinanentirelynewBaLaCuOceramicsystemquicklyidentifiedasLa2xBaxCuO4.ThispromptedanexaminationofotherCuO

11、systemsthetechnologicallyimptantbreakthroughin1987bytheHoustonAlabamateamsofC.W.ChuM.K.WuofsuperconductivityattemperaturesattainableinliquidnitrogenTc=95KinamaterialsubsequentlyshowntobeYBa2Cu3O7“YBCO“.Thisothermaterials

12、inwhichYisreplacedbyalanthanidearereferredtoas“123“materialsbecauseoftheirstoichiometry.Thisproducedaquiteunprecedentedexplosionofactivityamongstchemistsphysicistsmaterialscientistsaroundthewld.ThoughthehighestTchasbeenp

13、ushedupto135K(164Kunder350kbarpressure)inHgBa2Ca2Cu3O8YBCOisstillthearchetypalhightemperaturesuperconduct.Inspiteofitslonghistyitwasnotuntil1957thatBardeenCooperSchriefferprovidedasatisfactyexplanationofsuperconductivity

14、.This“BSC:they“suggeststhatpairsofelectrons(Cooperpairs)movetogetherthrough.thelatticethefirstelectronpolarizingthelatticeinsuchawaythatthesecondonecanmeeasilyfollowit.ThestrongertheinteractionofthetwoelectronsthehigherT