元素分族
同修 / 2022-07-06
元素分族
3A分族：Se、Y、La、鑭系元素、Ac、錒系元素。除寧原子序數(shù)90～94的幾個(gè)元素外，3A分族的元素在溶液中幾乎總是以+氧化態(tài)存在。它們的化學(xué)性質(zhì)非常相似。由于它們與簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)配位體生成絡(luò)合物的能力很弱，因此Y、La、鋼系元素和Ac不被氯型陰離子交換劑從鹽酸溶液中吸附。但在此條件下和某些較重的超钚元素能生成弱的絡(luò)合物，這一點(diǎn)可以成為組分離的基礎(chǔ)。
在濃的LiCl溶液中可以更好地實(shí)現(xiàn)鋼系元素與鋼系元素的分離。在磷酸介質(zhì)中的陰離子交換劑上或者在HBr溶液中的陽(yáng)離子交換劑上可以與鋪系元素分離。
在濃的硝酸鹽溶液中或者在含有機(jī)溶劑的硝酸鹽溶液中在陰離子交換劑上進(jìn)行了稀土元素的分離。在此條件下，鑭系元素以原子序數(shù)遞降的順序洗脫。在硝酸的水-甲醇溶液中，與稀土元素得到了很好的分離。硫酸鹽介質(zhì)中的陰離子交換被用于稀土、鈧、釷和鈾的分離。在α經(jīng)基丁酸的水-醇溶液中在陰離子交換劑上進(jìn)行了稀土元素的分離。此時(shí)，鑭系元素以原子序數(shù)遞增的順序洗脫。在室溫下的EDTA溶液中，在陰離子交換劑上得到了Lu、Yb、Tm、Sc、Er、Y、Ho、La、Dy、Ce、Tb、Pr、Nd、Gd、Pm、Eu、Sm這樣一種反常的洗脫順序。在DCTA溶液中得到了類似的洗脫順序，但Nd-Pm的分配系數(shù)最大。
既然稀土元素對(duì)于陽(yáng)離子交換劑的親和力十分相似，用無(wú)機(jī)酸進(jìn)行洗脫分離幾乎是不可能的。但借助于諸如檸檬酸、乳酸、基乙酸、a-經(jīng)基異丁酸和其他酸的緩沖溶液這樣一些給合劑卻可以得到很好的分離結(jié)果。鋼系元素以原子序數(shù)遞降的順序洗脫。類似的方法也被用來(lái)分離離子交換行為與鑭系元素相似的超钚元素。象EDTA和HEDTA(N-經(jīng)乙酰二胺三乙酸)一類的氨基多酸在以陽(yáng)離子交換劑分離稀土元素時(shí)是很有用的洗脫劑。與用輕基酸洗脫時(shí)相比，用絡(luò)合劑洗脫可以得到高的分離因子，但對(duì)于柱過(guò)程的動(dòng)力學(xué)是不利的。在洗脫劑中加入中性鹽或經(jīng)基酸可以使這種情況得到明顯改善。通常與重稀土元素伴隨在一起的在洗脫順序中的相對(duì)位置，可以根據(jù)洗脫時(shí)所用的絡(luò)合劑而改變，并與釷和鑭系絡(luò)合物的相對(duì)穩(wěn)定性相一致。
原子序數(shù)為90～94的元素有不同于+的氧化態(tài)，它們的化學(xué)性質(zhì)也不同于其他3A族元素。讓能被磺酸型陽(yáng)離子交換劑強(qiáng)烈吸附，甚至濃酸也不能將它洗脫，這就使針可以與實(shí)際上所有的元素分離釷與硝酸根生成陰離子絡(luò)合物，因此可以在陰離子交換劑上使針與稀土元素分離。鈾能從鹽酸溶液中吸附到陰離子交換劑上，從而能與釷和稀土元素分離。利用它們與鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、硫氰酸鹽等生成絡(luò)合物的能力不同，曾使90～94號(hào)元素彼此分離或與稀土元素分離。也應(yīng)用過(guò)水-醇、水-酮或其他溶液。離子交換色譜也曾用于分離不同氧化態(tài)的鈾和钚。
3B分族：B、AI、Ga、In、Tl。在這一族里，硼是典型的非金屬，鋁、是兩性金屬，鋼和是典型的金屬。因?yàn)榉谒芤褐型ǔＲ躁庪x子形式存在，它與本族的其余元素在磺酸型陽(yáng)離子交換柱上進(jìn)行分離將毫無(wú)困難。Al、Ga、In、TI的分離方法是根據(jù)這些元素生成絡(luò)合物尤其是生成鹵化物絡(luò)合物的能力有差異。在水-有機(jī)溶劑中得到了良好的分離結(jié)果。在Dowex 1(Br-)陰離子交換劑上的分離情況示于圖中。離子交換劑的類型和洗脫劑的成分對(duì)這些元素的洗脫順序有影響。在氫氟酸溶液中硼形成陰離子絡(luò)合物，據(jù)此可以使硼與其他陽(yáng)離子分離。鋁和鎵的兩性性質(zhì)可用來(lái)使這兩種元素與鋼分離。在pH=4的乳酸鹽溶液中，鋁和被吸附到OH-型的陰離子交換劑上，再用10%的NaOH使它們以鋁酸鹽和酸鹽的形式洗脫。
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