中级无机化学第四、五章10,3.ppt

5.3 锕系元素的存在与制备 除了Th和U在自然界中存在矿物外，其余锕系元素都是铀自然衰变产生的次生元素和人工合成的元素。 钍的重要矿物有独居石(REPO4)、钍石(ThSiO4)、和方钍石(ThO2)，从独居石提取稀土时，可分离出Th(OH)4(获取钍的重要原料之一)。用酸溶解Th(OH)4，再用磷酸三丁酯进行萃取分离，从溶液中沉淀出氧化钍，再按下述步骤制得金属: ThO2 ThF4 Th＋CaF2 HF(g) 600℃ Ca 铀在自然界中主要存在于沥青铀矿，其主要成份为U3O8，从沥青铀矿提取铀的方法很复杂，但最后都是以硝酸铀酰[UO2(NO3)2]的形式分离出来,金属铀则是利用CO将硝酸铀酰还原为UO2,再将UO2溶于HF形成UF4,然后用Mg进行还原得到金属U。 UO2(NO3)2 UO2 UF4 U＋MgF2 在HF中 △ CO △ 压力 与Mg共热 从原子序数93开始的元素系列，他们都是用人工合成的(下表)。 5.4.1 关于元素稳定性的讨论 超重元素一般是指原子序数为110～126的元素(也有人认为是指原子序从108～128的元素)，随着原子序数的增加，这些人工合成元素的寿命越来越短(如104号元素只能存在0.1～0.5秒)，且合成出来的原子的数目也越来越少，因而使人们对新元素的发现产生一些错觉，认为重元素的发现是不大可能的。 科学工作者对元素能否稳定存在作了一些探讨： 5.4 超重元素和周期系远景 经验还发现，确定一个同位素是否稳定，主要看中子数与质子数之比(N/P)：原子序数较小的元素，其比值为1的原子核稳定，随原子序数增大这个比值增加，因为质子数增多，质子间斥力加大，这就要求有更多的中子来使原子核趋于稳定，左图示出了稳定核的中子－质子比例图。 (1) 关于元素稳定性的经验规则 经验发现，具有2、8、28、50、82、126…(这些数字被称为幻数)个质子或中子的原子核，通常要比在周期表中与之相邻的原 子更稳定一些。经验规则之一就是具 有幻核子数的核有突出的稳定性。 经验还发现，具有质子数和中子 数均为偶数的原子核，比通常具有奇 数的质子或中子的核更为稳定。 (2) 稳定岛的假说 “稳定岛”假说认为，形成稳定同位素是在一定的范围内出现，在这个范围内组成了一个稳定同位素区，其四周被不稳定的同位素如“海洋”一样包围着(下图)，稳定同位素在不稳定同位素中形成了如屹立在“海洋”中的“山脉”或称“稳定岛”。按此，在105～106号元素附近开始进入不稳定海洋，越过海洋，出现稳定岛，这个岛相应于质子数的范围为 110～126或108～128，中子数的范围为176～190。岛中最高的山峰相应于原子序数114，中子数为184的元素，岛的周围为不稳定的元素。 有人预测Z＝114的元素的半衰期可达到1016年。这种半衰期较长的元素似乎应在自然界中存在，目前科学工作者正在广泛地寻找这个元素，但尚未发现。 5.4.2 周期系的远景 由于对超重元素的工作必然会涉及到“稳定岛”元素在周期表中的位置及其化学性质的预测工作，按电子层理论和计算的结果，在周期表中不但可以完成第七周期，而且将会有第八周期，甚至更大的周期。 根据电子填充规律，各亚层最多容纳的电子数目为 亚 层 s p d f g h 电子数 2 6 10 14 18 22 5g亚层可容纳18个电子，因此，第8、第9两个周期元素数目各可达50种，这