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锫化合物

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可以形成很多化合物。它们的氧化态通常是+3或者是+4,化学性质和相似。[1]与所有锕系元素一样,锫也会无机酸里形成含Bk3+离子的盐,并放出氢气。三价锫化合物是最稳定的锫化合物,尤其是在水溶液里,但四价锫化合物也是已知的。二价锫盐只在氯化镧-氯化锶的融化里被报告。[2][3]Bk3+ 离子在酸里是绿色的。Bk4+ 离子在盐酸里是黄色的,在硫酸里则是橙色的。[2][4][5]锫不与氧气迅速反应,因为它会形成一层氧化锫保护层。但是,锫可以和液态的金属,卤素氧族元素氮族元素形成二元化合物。[6][7]锫也可以形成有机金属化合物

氧化物[编辑]

有两种已知的锫化合物,分别为三氧化二锫(Bk2O3)和二氧化锫(BkO2)。[8]二氧化锫是一种棕色固体,有着萤石结构,空间群Fm3m配位数分别为Bk[8] 和 O[4]。二氧化锫的晶体参数为 533.4 ± 0.5 pm[9]

三氧化二锫,一种黄绿色固体, 是由氢气来还原 BkO2而成 :

这种化合物的熔点为1920 °C[10],为面心立方结构,晶体参数 a = 1088.0 ± 0.5 pm。[9]加热到1200 °C后,立方Bk2O3会变成单斜晶系,在变成六方晶系(1750 °C)。这些晶系的变化是可逆的。 这三种晶体结构的变化是锕系元素的倍半氧化物英语sesquioxide特有的。[11]

一种二价的氧化物 BkO 已经被报告。它是面心立方晶系fcc),晶格参数 a = 496.4 pm, 不过其化学性质仍不明确。[11]

卤化物[编辑]

卤化物里,锫有 +3 和 +4 两种氧化态。[12] 其中,+3 态是最稳定的,尤其是在水溶液里。四价锫的卤化物只有 BkF4 和 Cs2BkCl6 只在固态稳定。[13]

氧化态 F Cl Br I
+4 四氟化锫
BkF4
黄色[14]
Cs2BkCl6
橙色[11]
+3 氟化锫
BkF3
黄色[14]
氯化锫
BkCl3
绿色[14]
Cs2NaBkCl6[15]
溴化锫[16][17]
BkBr3
黄绿色[14]
碘化锫
BkI3
黄色[14]

四氟化锫 (BkF4) 是一种黄绿色的离子化合物,为单斜晶系 (皮尔逊符号 mS60, 空间群 C2/c No. 15, 晶体参数a = 1247 pm, b = 1058 pm, c = 817 pm) ,与四氟化铀四氟化锆同构。[15][18][19]

三氟化锫 (BkF3) 也是一种黄绿色固体,不过它有两种晶体结构。它在低温下最稳定的结构是斜方晶系,和 三氟化钇同构 (皮尔逊符号 oP16,空间群 Pnma, No. 62, 晶格常数a = 670 pm、 b = 709 pm、 c = 441 pm)。 加热到 350 至 600 °C, 它会变成三方晶系,也就是三氟化镧的结构 (皮尔逊符号 hP24, 空间群 P3c1, No. 165,晶格参数 a = 697 pm, c = 714 pm)。[15][18][20]

可观产量的氯化锫 (BkCl3) 在 1962年被合成,样本只有3纳克。它可由氯化氢气体与氧化锫在500 °C 反应而成。[21] 这种绿色固体的熔点是 603 °C[12] ,为六方晶系,与三氯化铀 (皮尔逊符号 hP8, 空间群 P63/m, No. 176)同构。[22][23] 把它加热到熔点时, BkCl3 会转变为等轴晶系[24] 它的六水合物 BkCl3·6H2O (六水合氯化锫) 有着单斜晶系,晶格参数 a = 966 pm, b = 654 pm and c = 797 pm.[15][25] 另一种氯化锫(III) ,Cs2NaBkCl6 可以在冷溶液里混合氢氧化锫,盐酸和氯化铯而成。它有着面心立方晶系,Bk(III) 离子以氯化钠构型被6个氯离子包围。[24]

氯化锫(IV) 的三元化合物 Cs2BkCl6 是由氢氧化锫(IV) 在氯化铯盐酸溶液里化合而成。它会形成六边形橙色固体,晶格参数 a = 745.1 pm 以及 c = 1209.7 pm。 BkCl62− 离子的半径为270 皮米。[11]

有两种三溴化锫,一种是单斜晶系,配位数为 6 ;以及斜方晶系的,配位数为 8。[26] 后者比较不稳定,会在 350 °C 变成前者。 人们已经研究了放射性晶体的一种重要现象: 分别用新鲜的和老旧的 249BkBr3 样本使用X射线衍射进行了超过3年的研究, 就有不同比例的 249Bk 会进行贝塔衰变,形成 249Cf。 在 249BkBr3249CfBr3 的变化中,没有发现晶体有任何改变, 尽管斜方晶系的溴化锎还没被发现。 但是, 249BkBr3249CfBr3还是找到了略微的差别。 例如,后者可以被氢气还原成249CfBr2,不过前者不能 – 这可以分离 249BkBr3249CfBr3 样本, 使它们两个从溴化物混合物里分离。[16] 每天,有 0.22% 的锫会衰变成锎,使其成为研究锫的一个难题。 而且249Cf 会进行阿尔法衰变 ,阿尔法粒子和产生的热能使晶体结构毁灭。通过根据时间进行测量并外推获得的结果,可以避免这种情况。 [13]

碘化锫是六边形结构的,晶格参数 a = 758.4 pm 和 c = 2087 pm。[15] 锫已知的卤氧化物包含 BkOCl、 BkOBr 和 BkOI, 都有四面体型结构[27]

其他无机化合物[编辑]

氮族元素化物[编辑]

锫-249已知的氮族元素化物有和,[28][29] ,[29] [29]形成的化合物。[29] 它们可由氢化锫 (BkH3) 或金属锫在600 °C 与该元素化合而成。它们都是立方晶系,晶格常数为 495.1 pm ( BkN), 566.9 pm (BkP),582.9 (BkAs )和 619.1 pm (BkSb)。[29] 这些值比锔的小,可以和铽比较。[27]

硫化物[编辑]

硫化锫(III) ,Bk2S3,是由硫化氢二硫化碳蒸汽在 1130 °C 与三氧化二锫反应而成。它也可以由硫直接与锫反应而成。这种黑褐色的固体是立方的,晶格常数为 a = 844 pm。[27]

其它化合物[编辑]

锫(III) 和锫(IV) 的氢氧化物都在 1 M 氢氧化钠溶液里稳定。磷酸锫(III)(BkPO4)是一种固体,被氩气镭射(514.5 nm 波长的光)激发时会发出强烈的荧光。[30]氢化锫可由锫在 250 °C与氢气反应而成。[28]它是一种非整比化合物,实验式 BkH2+x (0 < x < 1)。它的三氢化物是六边形的,而二氢化物是fcc 结构, 晶格常数 a = 523 pm。[27]一些锫盐也被发现了,例如 Bk2O2S, (BkNO3)3·4H2O, BkCl3·6H2O, Bk2(SO4)3·12H2O 和 Bk2(C2O4)3·4H2O。[13]在 600 °C 的氩气下热分解(以避免氧化 Bk2O) Bk2(SO4)3·12H2O 可以形成硫氧化锫 (Bk2O2SO4)。这种化合物在 1000 °C ,惰性气体氛内稳定。[31]

有机锫化合物[编辑]

锫会形成三角形的 (η5–C5H5)3Bk ,拥有三个茂基,可以由三氯化锫和二茂铍 Be(C5H5)2 在 70 °C 化合而成。它是琥珀色的正交晶体,晶格常数 a = 1411 pm, b = 1755 pm 和 c = 963 pm ,密度为 2.47 g/cm3。这种有机化合物在 250 °C以下稳定,并且在 350 °C 不融化就直接气化。锫的放射性极高,在几周内就可以毁灭分子的结构。[21][32]5–C5H5) 3Bk的其中一个 C5H5 环 可以被氯原子取代,形成 [Bk(C5H5)2Cl]2。 它的光谱类似母体 (η5–C5H5)3Bk。[31][33]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

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延伸阅读[编辑]