锫化合物

可以形成很多化合物,其中锫的氧化态通常为+3或+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,但四价锫化合物也存在。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

锫有两种化合物,分别为三氧化二锫(Bk2O3)和二氧化锫(BkO2)。[8]二氧化锫是棕色固体,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]

三氧化二锫是黄绿色固体,由氢气还原BkO2而成:

 

它的熔点为1920 °C[10],为面心立方结构,晶体参数a = 1088.0±0.5 pm。[9]Bk2O3加热到1200 °C时会从立方晶系变成单斜晶系,于1750 °C变成六方晶系,后者可逆。这三种晶体结构的变化是锕系元素的倍半氧化物特有的。[11]

一种二价的氧化物BkO已经被报告。它呈面心立方晶系,晶格参数a = 496.4 pm。其化学组成仍不明确。[11]

卤化物

锫在卤化物里有+3和+4两种氧化态,[12]其中+3氧化态更稳定,尤其是在水溶液里。四价锫的卤化物只有固态的BkF4和 Cs2BkCl6[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)是黄绿色的离子化合物,呈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)也是黄绿色固体,有两种晶体结构。它在低温下最稳定的结构是正交晶系,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350-600 °C,它会变成三方晶系三氟化镧结构(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]

 
氯化锫

可观产量的氯化锫(BkCl3)于1962年合成,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]它是绿色固体,熔点603 °C,[12]三氯化铀六方晶系,皮尔逊符号hP8,空间群P63/m(No. 176))同构。[22][23]BkCl3加热到熔点时会转变为立方晶系[24]它的六水合物BkCl3·6H2O呈单斜晶系,晶格参数a = 966 pm、b = 654 pm、c = 797 pm。[15][25]相关的Cs2NaBkCl6可通过氢氧化锫、盐酸、氯化铯的混合溶液而成。它呈面心立方晶系,其中锫被6个氯离子包围。[24]

氯化锫(IV)的三元化合物Cs2BkCl6由氢氧化锫(IV)在氯化铯盐酸溶液里化合而成。它会形成六方晶系的橙色固体,晶格参数a = 745.1 pm、c = 1209.7 pm。BkCl62−的离子半径为270 pm。[11]

三溴化锫有两种结构,分别是配位数为6的单斜晶体及配位数为8的正交晶体。[26]后者较不稳定,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β衰变249Cf249BkBr3变化成249CfBr3的过程中没有发现晶体改变,尽管斜方晶系的溴化锎还没被发现。不过,249BkBr3249CfBr3仍有略微的差别,如只有后者可被氢气还原,形成249CfBr2[16]每天都会有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α衰变,α粒子和衰变产生的热能都会破坏晶体结构。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]

碘化锫呈六方晶系,晶格参数a = 758.4 pm、c = 2087 pm。[15]锫的卤氧化物有BkOCl、BkOBr、BkOI,都呈四方晶系[27]

其他无机化合物

氮族元素化物

锫-249可和[28][29][29][29]形成化合物。[29]它们可由氢化锫(BkH3)或金属锫在600 °C与该元素化合而成。这些氮族元素化物都呈立方晶系,晶格常数分别是495.1 pm(BkN)、566.9 pm(BkP)、582.9 pm(BkAs)、619.1 pm(BkSb)。[29]这些值比锔小,与铽相近。[27]

硫化物

硫化锫(III)(Bk2S3)由硫化氢二硫化碳蒸汽与三氧化二锫在1130 °C反应而成。它也可以由硫直接与锫反应而成。它是黑褐色的固体,呈立方晶系,晶格常数a = 844 pm。[27]

其它化合物

 
硝酸锫溶液

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,被氩气激光英语Ion laser(波长514.5 nm)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]它是非整比化合物,实验式BkH2+x(0 < x < 1)。它的三氢化物呈六方结构,而二氢化物则呈面心立方结构,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、Bk2(C2O4)3·4H2O。[13]在600 °C的氩气下(以避免被氧化成Bk2O)热分解Bk2(SO4)3·12H2O可以形成氧化硫酸锫(Bk2O2SO4),它在1000 °C ,惰性气体氛内稳定。[31]

有机锫化合物

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、c = 963 pm,密度据计算为2.47 g/cm3。它在250 °C以下稳定,在350 °C不融化就直接气化。锫的放射性极高,在几周内就会自己把该化合物分解掉。[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,其光谱类似母体(η5–C5H5)3Bk。[31][33]

参见

参考资料

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延伸阅读