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1、第二节锕系元素现在学习的是第1页，共22页超铀元素（超铀元素（1940-19621940-1962年人工合成）年人工合成）一、概述一、概述 锕系元素又称为锕系元素又称为5f 5f 过渡系或第二内过渡系元素，都是具有放过渡系或第二内过渡系元素，都是具有放射性的元素。射性的元素。Ac Ac 锕锕 6d6d1 1 7s7s2 2Th Th 钍钍 6d6d2 2 7s7s2 2Pa Pa 镤镤（pupu）5f5f2 2 6d6d1 1 7s7s2 2U U 铀铀 5f5f3 3 6d6d1 1 7s7s2 2Np Np 镎镎 5f5f4 4 6d6d1 1 7s7s2 2Pu Pu 钚钚（bubu）5
2、f5f6 6 6d6d0 0 7s7s2 2Am Am 镅镅 5f5f7 7 6d6d0 0 7s7s2 2Cm Cm 锔锔 5f5f7 7 6d6d1 1 7s7s2 2Bk Bk 锫锫（peipei）5f5f9 9 6d6d0 0 7s7s2 2Cf Cf 锎锎 5d5d10 10 6d6d0 0 7s7s2 2Es Es 锿锿（aiai）5f5f11 11 6d6d0 0 7s7s2 2Fm Fm 镄镄 5d5d12 12 6d6d0 0 7s7s2 2Md Md 钔钔 5f5f13 13 6d6d0 0 7s7s2 2No No 锘锘（nuonuo）5f5f14 14 6d6d0 0
3、7s7s2 2Lr Lr 铹铹 5f5f14 14 6d6d1 1 7s7s2 21.1.价电子结构价电子结构现在学习的是第2页，共22页特点特点 锕系元素的价电子构型具有锕系元素的价电子构型具有 5f5fn n 6d6d1 1 7s7s2 2 和和 5f5fn n 6d6d0 0 7s7s2 2 两种结两种结构，与镧系元素相似构，与镧系元素相似（4f4fn n 5d5d1 1 6s6s2 2 和和 4f4fn n 5d5d0 0 6s6s2 2）。由此可预测，锕系元素也应有类似由此可预测，锕系元素也应有类似“镧系收缩镧系收缩”的锕系收缩现的锕系收缩现象产生。象产生。Ac Th Pa U Np
4、 Pu Am Cm Bk Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bkr rM M(pm)(pm)188 180 163 156 155 160 174 175 176 188 180 163 156 155 160 174 175 176r rM M3+3+(pm)(pm)100.5 98.6 97.4 96.2 94.6 93.5 100.5 98.6 97.4 96.2 94.6 93.5r rM M4+4+(pm)(pm)98.4 94.4 92.9 91.3 89.6 88.8 88.6 8798.4 94.4 92.9 91.3 89.6 88.8 88.6 87现在学习的是
5、第3页，共22页特点特点 由于镧系元素的由于镧系元素的 4f 4f 轨道与轨道与 5d 5d 轨道的能级差相对较大，而锕轨道的能级差相对较大，而锕系元素的系元素的 5f 5f 轨道与轨道与 6d 6d 的能级差相对较小，使得锕系镎之前的元的能级差相对较小，使得锕系镎之前的元素有保持素有保持 d d 电子的倾向。电子的倾向。Ac Ac 锕锕 6d6d1 1 7s7s2 2Th Th 钍钍 6d6d2 2 7s7s2 2Pa Pa 镤镤（pupu）5f5f2 2 6d6d1 1 7s7s2 2U U 铀铀 5f5f3 3 6d6d1 1 7s7s2 2Np Np 镎镎 5f5f4 4 6d6d1
6、1 7s7s2 2Pu Pu 钚钚（bubu）5f5f6 6 6d6d0 0 7s7s2 2LaLa 镧镧 4f4f0 0 5d 5d1 1 6s 6s2 2Ce Ce 铈铈 4f4f1 1 5d 5d1 1 6s 6s2 2Pr Pr 镨镨 4f4f3 3 5d5d0 0 6s6s2 2Nd Nd 钕钕 4f4f4 4 5d5d0 0 6s6s2 2Pm Pm 钷钷（popo）4f4f5 5 5d5d0 0 6s6s2 2 Sm Sm 钐钐 4f4f6 6 5d5d0 0 6s6s2 2 99.999.9)，使得铀的冶炼不象普通，使得铀的冶炼不象普通金属那样简单。其大体方法如下：金属那样简单
7、。其大体方法如下：铀矿铀矿浓缩浓缩重铀酸铵重铀酸铵含铀含铀60607070硝化硝化硝酸铀酰硝酸铀酰萃取萃取磷酸三丁酯磷酸三丁酯纯化纯化硝酸硝酸脱硝脱硝UOUO3 3加热加热还原还原UOUO2 2氟化氟化HFHFUFUF4 4金属热还原金属热还原CaCa或或MgMg产品产品（金属铀）（金属铀）煅烧煅烧现在学习的是第16页，共22页 铀铀UU银白色放射性金属，是自然界找银白色放射性金属，是自然界找到的最重的物质到的最重的物质(=19.07g/cm=19.07g/cm3 3)之一，具之一，具有延展性，正交晶系，在接近绝对零度时有有延展性，正交晶系，在接近绝对零度时有超导性。超导性。铀的化学性质比较活
8、泼，能和所有的非铀的化学性质比较活泼，能和所有的非金属作用，能与多种金属形成合金；在空气金属作用，能与多种金属形成合金；在空气中易氧化，生成一层发暗的氧化膜，能与酸中易氧化，生成一层发暗的氧化膜，能与酸作用。作用。铀是重要的核能源燃料。铀是重要的核能源燃料。2.2.金属铀金属铀泰山核电站泰山核电站现在学习的是第17页，共22页3.3.铀的化合物铀的化合物 硝酸铀酰硝酸铀酰UOUO2 2(NO(NO3 3)2 26H6H2 2OO又称为又称为“硝酸双氧铀硝酸双氧铀”，浅黄绿色，浅黄绿色晶体，具放射性；溶于水、醇、醚和丙酮，水溶液成酸性；硝酸铀晶体，具放射性；溶于水、醇、醚和丙酮，水溶液成酸性；硝
9、酸铀酰的乙醚溶液在光照射下可引起爆炸。酰的乙醚溶液在光照射下可引起爆炸。硝酸铀酰在硝酸铀酰在250250时分解为三氧化铀时分解为三氧化铀UOUO3 3，超过，超过 500500后，又后，又变成变成UU3 3O O8 8。硝酸铀酰可由硝酸与二氧化铀硝酸铀酰可由硝酸与二氧化铀UOUO2 2 作作用制得，是制备金属铀的原料；可用作分用制得，是制备金属铀的原料；可用作分析试剂，制备铀的化合物等。析试剂，制备铀的化合物等。硝酸铀酰硝酸铀酰硝酸铀酰的萃取硝酸铀酰的萃取现在学习的是第18页，共22页 重铀酸铵重铀酸铵(NH(NH4 4)2 2U U2 2O O7 7 浅黄色固体，又浅黄色固体，又称为称为“黄
10、饼黄饼”；不溶于水，易溶于酸。；不溶于水，易溶于酸。重铀酸铵加热至重铀酸铵加热至260260时会分解成三氧时会分解成三氧化铀。化铀。重铀酸铵具有放射性，是铀生产中的一种重要重铀酸铵具有放射性，是铀生产中的一种重要的中间产品；可的中间产品；可用于核燃料、玻璃添加剂，也用作用于核燃料、玻璃添加剂，也用作试剂轴盐原料。试剂轴盐原料。重铀酸铵重铀酸铵(NH(NH4 4)2 2U U2 2O O7 7 2UO 2UO3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 260260现在学习的是第19页，共22页 二氧化铀二氧化铀UOUO2 2 为红棕色晶体，立方为红棕色晶体，立方F F结结构，工业产品呈红棕
11、色粉末。构，工业产品呈红棕色粉末。二氧化铀在室温下可与盐酸、硫酸、硝二氧化铀在室温下可与盐酸、硫酸、硝酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的硝酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的硝酸铀酰酸铀酰UOUO2 2(NO(NO3 3)2 2 溶液；不溶于水和碱，但溶液；不溶于水和碱，但溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐；空气中室温下溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐；空气中室温下较稳定，加热至较稳定，加热至200200以上以上500500以下时被氧化为以下时被氧化为UOUO3 3，500500以上被以上被氧化成氧化成U U3 3O O8 8。二氧化铀是提取金属铀的中间产物，常用于轻水
12、堆、重水堆和二氧化铀是提取金属铀的中间产物，常用于轻水堆、重水堆和快中子增殖堆的铀燃料形式，是一种稳定的陶瓷燃料。快中子增殖堆的铀燃料形式，是一种稳定的陶瓷燃料。二氧化铀二氧化铀现在学习的是第20页，共22页 四氟化铀四氟化铀UFUF4 4 为绿色晶体或翠绿色粉为绿色晶体或翠绿色粉末，单斜晶系。末，单斜晶系。四氟化铀在空气中稳定，在氧气氛中加四氟化铀在空气中稳定，在氧气氛中加热至热至800800时转变为六氟化铀时转变为六氟化铀UFUF6 6 和和UOUO2 2F F2 2；不溶于水，溶于酸和；不溶于水，溶于酸和碱。碱。四氟化铀四氟化铀是提取金属铀的中间产物，是提取金属铀的中间产物，可由可由二氧
13、化铀与氟化氢作用制得。二氧化铀与氟化氢作用制得。四氟化铀四氟化铀UOUO2 2+4HF=UF+4HF=UF4 4+2H+2H2 2O O 1964.10.161964.10.16现在学习的是第21页，共22页练习与讨论练习与讨论9-4 9-4 为什么锕系元素中由钍到镅有多种氧化态存在，并且有高氧化为什么锕系元素中由钍到镅有多种氧化态存在，并且有高氧化态存在？态存在？（仅供思考）（仅供思考）9-5 9-5 为什么锕系元素中最稳定氧化态数由锕到铀升高，由铀到镅降为什么锕系元素中最稳定氧化态数由锕到铀升高，由铀到镅降低，镅之后的元素最稳定氧化态均为低，镅之后的元素最稳定氧化态均为 +3+3？（仅供思考）（仅供思考）现在学习的是第22页，共22页