鑭系元素的鹽類多數(shù)都含有結(jié)晶水。輕鑭系元素和重鑭系元素的很多鹽類在溶解度上存在很大差別(見(jiàn)表23-9),因而提供鑭系元素分組(鈰組和釔組)方法。
從下表中可以看出釔組與鈰組的區(qū)別是:(1)復(fù)硫酸鹽溶于M2SO4溶液;(2)草酸鹽溶于過(guò)量C2O42-溶液;(3)碳酸鹽溶于過(guò)量CO32-溶液;(4)堿式硝酸鹽微溶。根據(jù)溶解度的差別可將混合的鑭系化合物很快地分離為兩組——鈰組和釔組。
表23-9 某些鹽類在水中的溶解情況
陰離子 | 鈰組(Z=大約57-62) | 釔組(Z=39,大約62-71*) |
F- |
不溶 | 不溶 |
Cl-、Br-、I-、ClO4-、 BrO3-、NO3-、Ac- |
易溶 |
易溶
|
OH- | 不溶 | 不溶 |
SO42-(MⅠ復(fù)鹽) | 不溶于M2SO4溶液 | 溶于M2SO4溶液 |
NO3-(堿式) | 中等溶解 | 微溶 |
PO43- | 不溶 | 不溶 |
CO32- | 不溶;不溶于CO32-溶液 | 不溶;溶于CO32-溶液 |
C2O42- | 不溶;不溶于C2O42-溶液 | 不溶;溶于C2O42-溶液 |
* 也有將Z=63-71作為重鑭系的。
(1)鹵化物
鑭系元素的氟化物L(fēng)nF3不溶于水,即使在含3mol·L-1HNO3的Ln3+鹽溶液中加入氫氟酸或F-離子,也可得到氟化物的沉淀。這是鑭系元素離子的特性檢驗(yàn)方法。
氯化物易溶于水,在水溶液中結(jié)晶出水合物。La-Nd的氯化物常含有七個(gè)水分子,而Nd-Lu(包括Y)的氯化物常含有六個(gè)水分子。無(wú)水氯化物不易從加熱水合物得到,因?yàn)榧訜釙r(shí)生成氯氧化物L(fēng)nOCl。制備無(wú)水氯化物最好是將氧化物在COCl2或CCl4蒸氣中加熱。也可加熱氧化物與NH4Cl而制得。
Ln2O3+6NH4Cl →(~573K) 2LnCl3+3H2O+6NH3
無(wú)水氯化物均為高熔點(diǎn)固體,易潮解,易溶于水,溶于醇,從熔融狀態(tài)的電導(dǎo)率高說(shuō)明它們?yōu)殡x子性。
溴化物與碘化物與氯化物相似。
(2)硫酸鹽
將鑭系元素的氧化物或氫氧化物溶于硫酸中生成硫酸鹽。由溶液中可以結(jié)晶出八水合物L(fēng)n2(SO4)3·8H2O。硫酸鈰還有九水合物。無(wú)水硫酸鹽可從水合物脫水而制得。
硫酸鹽的溶解度隨著溫度升高而減小,所以影響重結(jié)晶。硫酸鹽能生成很多硫酸復(fù)鹽,特別是鈉鹽
Ln2(SO4)3·Na2SO4·2H2O
用于鑭系元素分離為鈰組和釔組。(見(jiàn)表23-9)。
(3)草酸鹽
草酸鹽(Ln2(C2O4)3)是最重要的鑭系鹽類之一。因?yàn)樗鼈冊(cè)谒嵝匀芤褐械碾y溶性,使鑭系元素離子能以草酸鹽形式析出而同其他許多金屬離子分離開(kāi)來(lái)。所以在重量法測(cè)定鑭系元素和用各種方法使鑭系元素分離,總是使之轉(zhuǎn)為草酸鹽,經(jīng)過(guò)灼燒而得氧化物。
草酸鹽沉淀的性質(zhì)決定于生成時(shí)的條件。在硝酸溶液中,當(dāng)主要離子是HC2O4-、NH4+離子,則得到復(fù)鹽NH4Ln(C2O4)2·yH2O(y=1或3)。在中性溶液中,用草酸銨則輕鑭系得到正草酸鹽,重鑭系得到混合物。用0.1mol·L-1HNO3洗復(fù)鹽可得到正草酸鹽。
草酸鹽加熱灼燒,經(jīng)過(guò)脫水、生成堿式碳酸鹽,最后生成氧化物。一般說(shuō),將草酸鹽分解為氧化物,須在1073K加熱30~40分鐘。