锕系元素的化学性质
的化学任何元素可以被理解的最佳的原子结构的形成及其影响化学键。锕系元素的系列,一样的lanthanoids补充道电子(增加原子序数)进入内部f轨道,部分埋,因此不具有化学活性。这两个系列发生在组3(希望)元素周期表;因为外,或价这些元素是一样的,电子,化学性质的元素在两个系列像另一个密切关注。大量知道lanthanoids,除了其中一个发生在自然稳定的同位素。因此,预测的化学锕系元素,其中一些在微量只能做好准备,可以通过比较他们与一些成功电子结构与lanthanoids。在lanthanoid一系列元素,如上所示,每个电子进入补充道f第四个壳的轨道;这个轨道被指定为4f。锕系元素的元素也进入一个添加的电子f轨道,以类似的方式,但在第五层。大的电子量子数字通常离原子核更远比那些更小的量子数,因此通常更强烈了。正如所料,然后,电子在5f轨道,离原子核更远、更紧密地绑定比4f轨道,事实上,有时不够积极参与化学反应。结果是锕系元素元素,5f轨道被填满,有更多的变量价(可用的电子数量化学键)比lanthanoids 4f轨道被填满。
锕系元素的金属
许多lanthanoid和锕系元素之间的相似之处化合物是惊人的,并提供一个有用的比较。在某些情况下,例如,锕,镅,锔,锫,锎金属有相同的水晶结构,许多lanthanoids。锿,最重的锕系元素元素足够稳定同位素对较大规模的化学工作,lanthanoid相同的结构铕。一些较轻的锕系元素的元素钍通过钚有不同的和不寻常的金属结构,大概是因为5混合的f和6d轨道的原子6,一些电子进入空缺d轨道而不是预期的5f轨道。
金属钍、镤铀,镎大部分,钚是不同。铀、镎和钚非常致密的金属形式。例如,镎的密度20.48克每立方厘米的结晶为斜方晶系的晶体形式25°C (77°F),是已知最致密的金属之一。一个可能的解释,这些金属表现出许多不同的晶体形式是电子5f轨道混合的6d轨道,因此形成的混合电子态几乎相同的能量。镅开始,然而,电子能级似乎充分分离,这样不发生混合。
氧化态
锕系元素通常显示多个氧化态。化合物镅和锎氧化态+ 2是已知的。有理由期待这个状态的存在在一些比锎更重的元素。例如,光谱证据锿(II)在氟化的存在离子已经获得。二价锕系元素(即锕系元素氧化态+ 2)形式的化合物几乎相同的属性的二阶lanthanoids,因此,碘化,陈词滥调,氯化物二阶镅和锎已经发现是稳定的。
氧化态+ 3、+ 4
化学行为的相似性在锕系元素的氧化态+ 3(通过锿锕和铀);此外,这些离子就像lanthanoids相同的氧化态。晶体类型和这些三价锕系元素的许多物理性质更依赖+ 3离子的大小(一个原子,已经放弃了三个电子和已成为离子和三个正电荷,象征交流+ 3等)的特定元素。例如,在水中溶解度的锕系元素形成的三氟化+ 3状态(钍和镤有不稳定+ 3)非常低。大多数锕系元素的晶体结构类型三氟化是一样的镧三氟化,由于离子的半径是一个原子序数的常规功能,允许情况下镧的推断复合锕系元素化合物和插值已知化合物之间的系列来确定缺失值。氢氧化物、磷酸盐、草酸和碱双硫酸盐的锕系元素也不溶性,与许多各有相同的晶体结构,或者是同构的。氯化物、溴化物和碘化(即。,卤化物)的锕系元素,在大多数情况下,对任何一个卤同构的,结构类型可以从了解离子半径的预测。这些卤化物在水中的溶解度通常是伟大的。+ 3氧化物锕系元素也同型的,一般公式2O3中,M是一个锕系元素的元素;它们形成立方晶体(或六角),和密度和其他属性的氧化物和其他晶体化合物,因此很容易预测的。通常,化学锕系元素的氧化态+ 3是相似的,与差异主要是由于离子的大小。由于这些相似之处,分离的元素和组件经常是困难的,需要使用的方法非常微小的原子或离子的物理差异服务分离化学几乎相同的材料。两个方法离子交换反应,不同的离子大小和成键是用来分离效果,和溶剂萃取,在这种特定的非水溶剂溶剂和络合试剂用于从溶液中提取所需的元素。
锕系元素的氧化态+ 4也相似(也像+ 4 lanthanoids)。+ 4 actinoids-thorium镤,铀、镎,钚,锫,在较小程度上,镅,锔,californium-are足够稳定的水溶液中进行化学反应。结晶化合物+ 4状态存在,钍镤,铀、镎,钚,镅,锔,锫,锎。许多复杂的氧化物和氟化物对所有这些元素是已知的。二氧化碳都是同构的,四氟化。锕系元素二氧化碳和四氟化可以准备在干燥状态通过点燃金属本身,或其他化合物之一,在氧或氟的氛围。一些四氯化物、溴化物和碘化以钍、铀、镎。的可以形成随原子序数增加而减小。氢氧化物这些元素的数量也+ 4状态是已知的;他们是非常低的溶解度,氟化物,草酸和磷酸盐。四氟化的许多物理性质是影响比原子序数,通过离子大小和isostructurality锕系元素和lanthanoid化合物是规则,而不是例外。
氧化态+ 5 + 6 + 7
的相似之处表现出lanthanoid和锕系元素的化合物在+ 3、+ 4氧化态,以及在某些情况下的金属元素,可以是非常有用的。然而,许多个体差异产生。这是部分原因是混合的轨道(一些电子进入d而不是f轨道),部分是由于的相对程度的绑定f电子。
锕系元素的另一个主要差异显示的是一些拥有+ 5 + 6,+ 7氧化态(没有lanthanoid元素超过+ 4状态)。看来5f锕系元素的电子,原子核带正电的足够远,允许越来越容易去除和顺向高氧化态的形成。元素镤显示+ 5的状态;铀、镎和镅展览+ 5 + 6州;只有镎和钚+ 7的状态。
有两种类型的化学反应为+ 5 + 6。如果M代表任何锕系元素如果O,像往常一样,象征着氧气,然后发现的离子在水溶液(水)解决方案和固体准备从解决方案所代表的通用公式2+(意义分子组成的一个原子的两个氧气,整个一个正电荷)和密苏里州22 +。这些离子有一个线性形状的例子,(O = U = O)2 +。在非水溶液,在固体的准备,化合物+ 5 + 6 M的氧化态,不含氧气是已知的。与卤素(X是一个将军指定卤素-氟,氯,溴,或碘),可以表示为MX化合物是知道5(这意味着锕系元素的一个原子组成的分子与五个原子卤)和MX6,以及MX复合物的分子类型的公式6−,MX72−,MX83−+ 5的状态和MX7−和MX82−+ 6的状态。镎(七)和钚(七)一直在准备基本的解决方案,和某些类型的含氧离子(由莫表示53−)以及一些固体化合物被确定具有相同的氧化态。复杂与碱金属氧化物中,这两个元素+ 7的状态也已经准备好了。