数理化札记86: 氡、钫、超铀元素 - johanzumimvon/1 GitHub Wiki

氡, 又名radon, ラドㇴ, 拉顿, 羅頓(古汉语音), 与氦(ヘーリュㇺ)、氖(ニューㇴ)、氩(アーㇻ̲ゴㇴ)、氪(ㇰリㇷ゚トㇴ)、氙(ㇰセノㇴ)一样, 其被英国稀有气体大家ヰーリャㇺ·ラㇺセー(William Ramsay)所發现并分离.

ヰーリャㇺ·ラㇺセー以其稀有气体之事而成ノーベルㇺ矣.

与其他稀有气体不同的是, 氡最早由Friedrich Ernst Dorn(ㇷリーㇳ゙リᆽ·エォㇴㇲㇳ·ダォㇴ)所發现.

氡的化学性质

由于氡的最外层距原子核远, 因此氡的非金属性要小于氙.

氙可以形成丰富多彩的化合物, 氡也可以.

考虑到相对论效应与自旋__轨道耦合, 氡的最稳定化合价是正4价; 可能有正六价; 无法形成正八价.

由于自旋__轨道耦合, RnF₆会自發分解:

RnF₆ ══ RnF₄ + F₂

氙化合物 氡化合物
XeF₂ RnF₂
XeF₄ RnF₄
XeF₆ RnF₆
XeO₂ RnO₂
XeO₃ RnO₃
XeO₄
Na₂XeO₄ Na₂RnO₄
Na₄XeO₆
RnCl₂
RnCl₄
RnOCl₂
Na₂RnO₃

其中, RnO₃E₂离子是正三角形; 氡可以形成阳离子RnOPi₂.

氡的化学反应有

Rn + F₂ ══ RnF₂

Rn + 2F₂ ══ RnF₄

Rn + O₂ ══ RnO₂

RnO₂ + 2NaOH ══ Na₂RnO₃ + H₂O

RnO₂ + 2HCl ══ RnOCl₂ + H₂O

二氧化氙

二氧化氙是一种由氙和氧形成的无机化合物, 化学式为XeO₂, 它于2011年首次合成. 制备方法是在0℃(273K)时使四氟化氙与2kmol·m⁻³的稀硫酸发生水解反应.

结构

它具有无限延伸的链状或网状结构, 其中氙和氧的配位数分别是4和2. 它的空间构型是平面正方形, 与价层电子对互斥理论关于4对成键电子和2对孤对电子的分子的预测相符(即VSEPR理论中的AX4E2符号).

在真正合成该化合物的十多年前, 就有理论计算说明了该物质能够存在. 但他们认为该物质是以单分子而非聚合物形式存在的.

性质

二氧化氙是一种橙黄色固体. 它是一种不稳定的化合物, 迅速歧化成三氧化氙和氙气, 此反应半衰期仅有大约二分钟. 它的结构可以在−78℃(195K)下通过拉曼光谱测定, 以防止在获取光谱数据前样品就已分解.

如何避免氡的放射性

对于水, 将其煮沸, 可促使氡进入空气, 从而避免氡的危害;

对于石材, 如果担心安全性问题, 不建议选择岩浆岩(比如花岗岩、玄武岩)、变质岩(比如大理石、片麻岩)、独居石等等富含钍铀的岩石, 可选用石灰石等等沉积岩.

也可以选择某些安全的岩浆岩, 比如长石.

钫 | ㇷラㇴキュㇺ

钫, 又名ㇷラㇴキュㇺ, 由于相对论效应, 其离子半径与铯类似, 因此钫在複分解反应中的表现类似于铯; 其非金属性类似于铷, 因此其在氧化还原反应中的表现类似于铷.

钫可以与0开氏度的冰剧烈反应:

2Fr + 2H₂O ══ 2FrOH + H₂↑

氢氧化钫碱性很强:

FrOH + C₆H₅OH ══ FrC₆H₅O + H₂O

FrOH + FrHCO₃ ══ Fr₂CO₃ + H₂O

FrOH + Fr₂HPO₄ ══ Fr₃PO₄ + H₂O

2FrOH + CO₂ ══ Fr₂CO₃ + H₂O

通入过量二氧化碳

FrOH + CO₂ ══ FrHCO₃

FrOH + HCl ══ FrCl + H₂O

FrOH + 2HF ══ Fr[HF₂] + H₂O

FrOH + HF ══ FrF + H₂O

铯化合物 钫化合物 溶解性
CsOH FrOH 易溶
Cs₂CO₃ Fr₂CO₃ 易溶
CsHCO₃ FrHCO₃ 可溶
CsNO₃ FrNO₃ 易溶
CsF FrF 易溶
Cs[HF₂] Fr[HF₂] 易溶
Cs[BF₄] Fr[BF₄] 易溶
Cs₂[SiF₆] Fr₂[SiF₆] 易溶
Cs[PF₆] Fr[PF₆] 易溶
Cs[SbF₆] Fr[SbF₆] 易溶
Cs[B(C₆H₅)₄] Fr[B(C₆H₅)₄] 难溶
Cs₂SiO₃ Fr₂SiO₃ 易溶
Cs₃PO₄ Fr₃PO₄ 易溶
Cs₂SO₄ Fr₂SO₄ 易溶
CsLa(SO₄)₂ FrLa(SO₄)₂ 难溶
CsAlSi₃O₈铯长石 FrAlSi₃O₈钫长石 不溶
CsBiO₃ FrBiO₃ 难溶
Cs₂[PtCl₆] Fr₂[PtCl₆] 难溶
Cs₂[CuCl₄] Fr₂[CuCl₄] 难溶
Cs[ICl₄] Fr[ICl₄] 难溶
CsCuO₂ FrCuO₂ 难溶
Cs₃[Co(NO₂)₆] Fr₃[Co(NO₂)₆] 难溶
CsFe[Fe(CN)₆] FrFe[Fe(CN)₆] 难溶
CsPr(SO₄)₂ FrPr(SO₄)₂ 难溶

钫的高价化合物

由于自旋__轨域耦合效应导致6个p电子中有2个能量下降, 4个能量上升, 因此在氟的作用下, 钫可以与氟形成高价化合物:

FrF + 2F₂ ══ FrF₅

五氟化钫是氧化性很强的氟化合物. 但五氟化钫可稳定存在于常温常压; 五氟化铯必须存在于高压.

五氟化钫是正五边形结构.

另外, 五氟化钫可在碱性溶液中發生水解生成钫酸盐:

FrF₅ + 6NaOH ══ NaFrO₃ + 5NaF + 3H₂O

钫酸盐具有极强的氧化性:

2NaFrO₃ + 4Zn ══ 4ZnO + Na₂O + Fr₂O

超铀元素

超铀元素是指原子序数大于92的元素.

由于镎、钚、镅、锔有较多的描述, 因此我从锫开始:

Neo_periodic_table_(2)

锫与铽属于XIC族元素, 皆可形成正三价, 且皆为无色(理论上).

Bk³⁺与Tb³⁺有8个f价电子, 在理论上显无色, 在紫外线照射下显绿色.

由于锫具有强放射性, 因此Bk³⁺会有自身的放射性下自带绿色荧光, 所以其显绿色.

可溶性锫盐

在放射性激發下, 可溶性锫盐自带绿色荧光

四价锫缺少荧光性, 显黄色.

锎与镝属于XIIC族元素, 其三价离子有9个f价电子并因此显黄绿色.

锿与钬属于XIIIC族元素, 其三价离子有10个f价电子并因此存在光致变色现象:

在LED灯下, 锿盐与钬盐显黄色;

在日光灯下, 锿盐与钬盐显粉红色;

在阳光下, 锿盐与钬盐显橙色.

原则上, 考虑到锕系收缩与相对论效应, 第七周期的过渡元素的化学性质应该类似于第六周期的过渡元素, 再加上第七周期的过渡元素存在美国与苏联争夺命名权的醜闻, 且简繁字体差异大, 因此第七周期的某些过渡元素可以eka命名法表示:

eka命名法 化合物举隅
エカルテ丌ュㇺ LrCl₃
𬬻 エカハㇷニュㇺ RfO₂
𬭊 エカタㇴタルㇺ Db₂O₅
𬭳 エカトン゚ㇲテニュㇺ CaSgO₄
𬭛 エカレーニュㇺ NaBhO₄
𬭶 エカオㇲミュㇺ HsO₄
エカイーリ丌゙ュㇺ Cs₃Mt
𫟼 エカㇷ゚ラ丌ーヌㇺ Cs₂Ds
𬬭 エカーウルㇺ CsRg

超铀元素比较

LuCl₃ + 3Na₂CO₃ ══ Na₃[Lu(CO₃)₃] + 3NaCl

LrCl₃ + 3Na₂CO₃ ══ Na₃[Lr(CO₃)₃] + 3NaCl

Lu(OH)₃ + 3NaOH ══ Na₃[Lu(OH)₆]

Lr(OH)₃ + 3NaOH ══ Na₃[Lr(OH)₆]

氧化铹是白色固体, 性质同氧化镥

ZrOCl₂ + H₂O ══ ZrO₂ + 2HCl↑

HfOCl₂ + H₂O ══ HfO₂ + 2HCl↑

RfOCl₂ + H₂O ══ RfO₂ + 2HCl↑

二氧化鑪的白色固体, 像二氧化铪一样耐强酸、强碱.

Ta₂O₅ + 2KOH ══ 2KTaO₃ + H₂O

Db₂O₅ + 2KOH ══ 2KDbO₃ + H₂O

五氧化二𬭊像五氧化二钽、五氧化二铌一样可与热的浓强碱溶液反应

Ca(OH)₂ + MoO₃ ══ CaMoO₄ + H₂O

Ca(OH)₂ + WO₃ ══ CaWO₄ + H₂O

Ca(OH)₂ + SgO₃ ══ CaSgO₄ + H₂O

エカトン゚ㇲテニュㇺ的最高价氧化物像钨(トン゚ㇲテニュㇺ, tungstenium)一样显酸性

Tc₂O₇ + 2NaOH ══ 2NaTcO₄ + H₂O

Re₂O₇ + 2NaOH ══ 2NaReO₄ + H₂O

Bh₂O₇ + 2NaOH ══ 2NaBhO₄ + H₂O

エカレーニュㇺ的最高价氧化物像铼(rēnium, レーニュㇺ)一样显酸性

Ru + 4NaClO ══ RuO₄ + 4NaCl

Os + 2O₂ ══ OsO₄

Hs + 2O₂ ══ HsO₄

𬭶像锇一样可形成四氧化某

Au + 4HCl + HNO₃ ══ H[AuCl₄] + NO↑ + 2H₂O

Rg + 4HF + HNO₃ ══ H[RgF₄] + NO↑ + 2H₂O

Cs + Au ══ CsAu

Cs + Rg ══ CsRg

Na + Rg ══ NaRg

錀像金子一样, 但是錀的电负性更强

提示

由于鿔、鿔之後的元素性质无法通过上边元素的性质类比, 因此鿔与鿔之後的元素不使用eka命名法.

比如汞是液体、毒金属; 鿔是稀有气体、惟一在分界线外边的非金属元素.

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