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號元素鑭到第71號元素镥，共十五種元素，稱為鑭系元素，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。在化學上把Sc、Y和鑭系元素統(tǒng)稱為

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，難以實現(xiàn)4f電子激發(fā)，故是無色的?！郘a3(4f0)、Gd3(4f7)、Lu3(4f14)、Ce3(4f1)、Eu3(4f6)、Tb3(4f8)、Yb3(4f13)都是無色(2)具有4fx和4f14?x的3價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，生成無水Na2U2O7，俗稱鈾黃。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