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镧系元素的三氯化物

十二月 29, 2023

镧系元素的三氯化物是一组化学式为LnCl3的无机化合物，其中Ln代表任何镧系元素。三氯化物在镧系元素的应用和学术化学研究中是标准的试剂。它们以无水固体和水合物形式存在。

性质 编辑

无水固体的熔点从582 °C（Tb）到925 °C（Lu）不等。它们一般呈淡色，通常是白色。

镧系元素的三氯化物[1]
MCl3 颜色 结构类型 备注
ScCl3 无色 AlCl3型 通常不归类为镧系元素
YCl3 无色 AlCl3型 通常不归类为镧系元素
LaCl3 无色 UCl3型 抗磁性
CeCl3 无色 UCl3型 -
PrCl3 绿色 UCl3型 -
NdCl3 粉红色 UCl3型 -
PmCl3 绿色 UCl3型 放射性
SmCl3 黄色 UCl3型 -
EuCl3 黄色 UCl3型 -
GdCl3 无色 UCl3型 对称电子层
TbCl3 白色 PuBr3型 -
DyCl3 白色 AlCl3型 -
HoCl3 黄色 AlCl3型 -
ErCl3 紫色 AlCl3型 -
TmCl3 黄色 AlCl3型 -
YbCl3 无色 YCl3型 -
LuCl3 无色 AlCl3型 抗磁性

制备 编辑

镧系元素的氧化物和碳酸盐在盐酸中溶解，得出水合阳离子的氯盐：

M2O3 + 6 HCl + n H2O → 2 [Ln(H2O)n]Cl3

工业途径 编辑

无水三氯化物在工业上通过氧化物的碳热反应生产：[2]

M2O3 + 3 Cl2 + 3 C → 2 MCl3 + 3 CO
 
由镧系金属氧化物（上）制备得到它们的氯化物（下）

氯化铵途径 编辑

氯化铵途径是指镧系元素的无水氯化物的一种生产过程。这个方法好处在于，它适用于所有14个镧系元素，而且可以生成耐水解、对空气稳定的中间体。使用氯化铵作为试剂相当方便，因为盐是无水的，即使在空气中处理也会如此。另一个好处是，氯化铵会在与三氯化物的稳定性相容的温度，热分解成挥发性产物。[3][4][5]

第一步：制备镧系元素的氯铵化物

镧系元素的氧化物和过量氯化铵的混合物进行反应时，会生成五氯化物和六氯化物的无水铵盐。通常需要让混合物在230-250 °C下反应数小时。[4]部分镧系元素（以及钪和钇）会形成五氯化物：

M2O3 + 10 NH4Cl → 2 (NH4)2MCl5 + 3 H2O + 6 NH3

（M = Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Yb、Y、Sc）

Tb4O7 + 22 NH4Cl → 4 (NH4)2TbCl5 + 7 H2O + 14 NH3

其他镧系元素则会形成六氯化物：

M2O3 + 12 NH4Cl → 2 (NH4)3MCl6 + 3 H2O + 6 NH3

（M = La、Ce、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd）

Pr6O11 + 40 NH4Cl → 6 (NH4)3PrCl6 + 11 H2O + 22 NH3

这些反应也可以以金属开始，例如：[4]

Y + 5 NH4Cl → (NH4)2YCl5 + 1.5 H2 + 3 NH3
第二步：将镧系元素的氯铵化物热分解

镧系元素的氯铵化物在真空下受热，转化为三氯化物。这个反应通常在350–400 °C开始：[4]

(NH4)2MCl5 → MCl3 + 2 HCl + 2 NH3
(NH4)3MCl6 → MCl3 + 3 HCl + 3 NH3

其他方法 编辑

镧系元素的三氯化物水合物在氯化氢的热流下去掉水分。[3]

结构 编辑

 
GdCl3.6H2O的结构。它由[GdCl2(H2O)6]+中心组成。[6]

如上表所示，无水三氯化物主要有两种结构，UCl3和YCl3。UCl3结构有配位数为9的金属原子。只有TbCl3具有的PuBr3结构，其金属原子的配位数为8。其余金属的配位数为6，与三氯化铝一样。[7]

反应 编辑

在商业中，用物质（如铝）还原镧系元素的三氯化物，可得所对应的金属：[2]

LnCl3 + Al → Ln + AlCl3

在某些情况下，三氟化物更常用。

它们与潮湿空气反应生成氯氧化物：

LnCl3 + H2O → LnOCl + 2 HCl

对研究合成的科学家来说，这个反应反而会产生问题，因为氯氧化物的活泼性较低。

参考文献 编辑

  1. ^ Greenwood, Norman Neill; Earnshaw, Alan. Chemistry of the elements. 2016. ISBN 978-0-7506-3365-9. OCLC 1040112384 （英语）. 
  2. ^ 2.0 2.1 I. McGill, Rare Earth Elements, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a22_607 
  3. ^ 3.0 3.1 Brauer, G. (编). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd. New York: Academic Press. 1963. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Meyer, G. The Ammonium Chloride Route to Anhydrous Rare Earth Chlorides-The Example of YCl3. Inorganic Syntheses 25. 1989: 146–150. ISBN 978-0-470-13256-2. doi:10.1002/9780470132562.ch35. 
  5. ^ Edelmann, F. T.; Poremba, P. Herrmann, W. A. , 编. Synthetic Methods of Organometallic and Inorganic Chemistry VI. Stuttgart: Georg Thieme Verlag. 1997. ISBN 978-3-13-103021-4. 
  6. ^ Habenschuss, A.; Spedding, F. H. Dichlorohexaaquagadolinium(III) Chloride (GdCl2(H2O)6)C. Crystal Structure Communications. 1980, 9: 213-218. 
  7. ^ Cotton, Simon A. Scandium, Yttrium & the Lanthanides: Inorganic & Coordination Chemistry. Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. 2011. ISBN 9781119951438. doi:10.1002/9781119951438.eibc0195. 

十二月 29, 2023
镧系元素的三氯化物, 是一组化学式为lncl3的无机化合物, 其中ln代表任何镧系元素, 三氯化物在镧系元素的应用和学术化学研究中是标准的试剂, 它们以无水固体和水合物形式存在, 目录, 性质, 制备, 工业途径, 氯化铵途径, 其他方法, 结构, 反应, 参考文献性质, 编辑无水固体的熔点从582, 到925, 不等, 它们一般呈淡色, 通常是白色, mcl3, 颜色, 结构类型, 备注sccl3, 无色, alcl3型, 通常不归类为镧系元素ycl3, 无色, alcl3型, 通常不归类为镧系元素lacl3, . 镧系元素的三氯化物是一组化学式为LnCl3的无机化合物 其中Ln代表任何镧系元素 三氯化物在镧系元素的应用和学术化学研究中是标准的试剂 它们以无水固体和水合物形式存在 目录 1 性质 2 制备 2 1 工业途径 2 2 氯化铵途径 2 3 其他方法 3 结构 4 反应 5 参考文献性质 编辑无水固体的熔点从582 C Tb 到925 C Lu 不等 它们一般呈淡色 通常是白色 镧系元素的三氯化物 1 MCl3 颜色 结构类型 备注ScCl3 无色 AlCl3型 通常不归类为镧系元素YCl3 无色 AlCl3型 通常不归类为镧系元素LaCl3 无色 UCl3型 抗磁性CeCl3 无色 UCl3型 PrCl3 绿色 UCl3型 NdCl3 粉红色 UCl3型 PmCl3 绿色 UCl3型 放射性SmCl3 黄色 UCl3型 EuCl3 黄色 UCl3型 GdCl3 无色 UCl3型 对称电子层TbCl3 白色 PuBr3型 DyCl3 白色 AlCl3型 HoCl3 黄色 AlCl3型 ErCl3 紫色 AlCl3型 TmCl3 黄色 AlCl3型 YbCl3 无色 YCl3型 LuCl3 无色 AlCl3型 抗磁性制备 编辑镧系元素的氧化物和碳酸盐在盐酸中溶解 得出水合阳离子的氯盐 M2O3 6 HCl n H2O 2 Ln H2O n Cl3工业途径 编辑 无水三氯化物在工业上通过氧化物的碳热反应生产 2 M2O3 3 Cl2 3 C 2 MCl3 3 CO nbsp 由镧系金属氧化物 上 制备得到它们的氯化物 下 氯化铵途径 编辑 氯化铵途径是指镧系元素的无水氯化物的一种生产过程 这个方法好处在于 它适用于所有14个镧系元素 而且可以生成耐水解 对空气稳定的中间体 使用氯化铵作为试剂相当方便 因为盐是无水的 即使在空气中处理也会如此 另一个好处是 氯化铵会在与三氯化物的稳定性相容的温度 热分解成挥发性产物 3 4 5 第一步 制备镧系元素的氯铵化物镧系元素的氧化物和过量氯化铵的混合物进行反应时 会生成五氯化物和六氯化物的无水铵盐 通常需要让混合物在230 250 C下反应数小时 4 部分镧系元素 以及钪和钇 会形成五氯化物 M2O3 10 NH4Cl 2 NH4 2MCl5 3 H2O 6 NH3 M Dy Ho Er Tm Lu Yb Y Sc Tb4O7 22 NH4Cl 4 NH4 2TbCl5 7 H2O 14 NH3其他镧系元素则会形成六氯化物 M2O3 12 NH4Cl 2 NH4 3MCl6 3 H2O 6 NH3 M La Ce Nd Pm Sm Eu Gd Pr6O11 40 NH4Cl 6 NH4 3PrCl6 11 H2O 22 NH3这些反应也可以以金属开始 例如 4 Y 5 NH4Cl NH4 2YCl5 1 5 H2 3 NH3第二步 将镧系元素的氯铵化物热分解镧系元素的氯铵化物在真空下受热 转化为三氯化物 这个反应通常在350 400 C开始 4 NH4 2MCl5 MCl3 2 HCl 2 NH3 NH4 3MCl6 MCl3 3 HCl 3 NH3其他方法 编辑 镧系元素的三氯化物水合物在氯化氢的热流下去掉水分 3 结构 编辑 nbsp GdCl3 6H2O的结构 它由 GdCl2 H2O 6 中心组成 6 如上表所示 无水三氯化物主要有两种结构 UCl3和YCl3 UCl3结构有配位数为9的金属原子 只有TbCl3具有的PuBr3结构 其金属原子的配位数为8 其余金属的配位数为6 与三氯化铝一样 7 反应 编辑在商业中 用物质 如铝 还原镧系元素的三氯化物 可得所对应的金属 2 LnCl3 Al Ln AlCl3在某些情况下 三氟化物更常用 它们与潮湿空气反应生成氯氧化物 LnCl3 H2O LnOCl 2 HCl对研究合成的科学家来说 这个反应反而会产生问题 因为氯氧化物的活泼性较低 参考文献 编辑 Greenwood Norman Neill Earnshaw Alan Chemistry of the elements 2016 ISBN 978 0 7506 3365 9 OCLC 1040112384 英语 2 0 2 1 I McGill Rare Earth Elements Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry Weinheim Wiley VCH 2005 doi 10 1002 14356007 a22 607 3 0 3 1 Brauer G 编 Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd New York Academic Press 1963 4 0 4 1 4 2 4 3 Meyer G The Ammonium Chloride Route to Anhydrous Rare Earth Chlorides The Example of YCl3 Inorganic Syntheses 25 1989 146 150 ISBN 978 0 470 13256 2 doi 10 1002 9780470132562 ch35 Edelmann F T Poremba P Herrmann W A 编 Synthetic Methods of Organometallic and Inorganic Chemistry VI Stuttgart Georg Thieme Verlag 1997 ISBN 978 3 13 103021 4 Habenschuss A Spedding F H Dichlorohexaaquagadolinium III Chloride GdCl2 H2O 6 C Crystal Structure Communications 1980 9 213 218 Cotton Simon A Scandium Yttrium amp the Lanthanides Inorganic amp Coordination Chemistry Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry 2011 ISBN 9781119951438 doi 10 1002 9781119951438 eibc0195 取自 https zh wikipedia org w index php title 镧系元素的三氯化物 amp oldid 70450543, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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