[科普] 稀土元素单质及化合物
锕系就介绍一下钍和铀吧。钍是一种放射性元素，但是它是基本安全的，因为极长的半衰期和几乎全是α射线。铀在自然界主要以贫铀U238存在，半衰期很长，因此放射性很低。极少量的强放射性的U235需要通过UF6进行气相分离，这也就是核反应堆和军事武器的原料之一。钍和铀是我们唯二能够在生活中接触到的锕系元素，我们身边的岩石中都会含有少量的它们。但不用很担心，因为含量很低再加上本身它们放射性也很低，一般都在对人体无害的范围内。它们在地壳中含量极高，钍和铀的含量高于铅，在海水中也有不少它们的离子
就理化性质来讲，钍和Ti分族元素有莫大相似性，但是金属钍比它们都活泼。金属钍可以用铝还原氟化钍得到，或者ThI4热分解得到，年产量很高。
钍几乎只形成无色的+4氧化态化合物，最常见的是市面上买得到的硝酸钍，它是无色的晶体，也是制备钍其它化合物基本原料。它与碱反应得到水合ThO2，它加热可以得到性质类似TiO2的二氧化钍材料。ThO2是目前已知氧化物中熔点最高的，并且高温处理过的它不容易各种强酸，它的稳定性质使得它在工业上应用广泛。由钍或者硝酸钍还可以得到ThF4，Th(SO4)2，K2Th(C2O4)3等众多无色的钍化合物。氯溴碘化钍都是容易水解的。
Th低氧化态极为罕见。ThI4与Th粉配比加热可以得到黑色的ThI3。Th若过量可以生成黑色的ThI2，它在700℃左右转变晶格变为金黄色。另外，极高温下加热ThO2会产生少量气态ThO。
图中为金属钍，四氟化钍，硝酸钍，氧化钍
钍几乎只形成无色的+4氧化态化合物，最常见的是市面上买得到的硝酸钍，它是无色的晶体，也是制备钍其它化合物基本原料。它与碱反应得到水合ThO2，它加热可以得到性质类似TiO2的二氧化钍材料。ThO2是目前已知氧化物中熔点最高的，并且高温处理过的它不容易各种强酸，它的稳定性质使得它在工业上应用广泛。由钍或者硝酸钍还可以得到ThF4，Th(SO4)2，K2Th(C2O4)3等众多无色的钍化合物。氯溴碘化钍都是容易水解的。
Th低氧化态极为罕见。ThI4与Th粉配比加热可以得到黑色的ThI3。Th若过量可以生成黑色的ThI2，它在700℃左右转变晶格变为金黄色。另外，极高温下加热ThO2会产生少量气态ThO。
图中为金属钍，四氟化钍，硝酸钍，氧化钍
U是一种浅黄色光泽的活泼金属，空气中容易覆盖上一层黑色的UO2膜。U可以溶于HCl等各种非氧化性强酸得到U3+溶液。从美丽的的钙铀云母中可以提取出它的化合物。U主要有+3到+6氧化态。
+3：这个氧化态化合物主要存在紫黑色的卤化物UX3中，它们是氢气还原四卤化物得到的。固态的它们比较稳定，但除了UF3不溶于水，其它溶于稀酸后都得到葡萄色的U3+，之后迅速被水中的H+氧化，因此在水溶液中是无法长时间保存U(III)的。UCl3溶于乙酸则得到同样容易氧化的红色溶液。U3+化合物很少，还有UH3，KU(SO4)2等几个。通常用Zn粉还原U4+溶液得到少量U3+。
+4：稳定的氧化态，但是长水溶液时间放置也容易被氧化。电解，锌，乙醇或者紫外光照均可以还原U(VI)至U(IV)。UF4是翠绿色很稳定的固体，可以在水溶液中沉淀出来。CCl4氯化UO3得到橄榄绿色的UCl4。U(IV)盐众多，大多是绿色，常见的有硫酸盐，草酸盐，偏磷酸盐，乙酸盐等等。它们都可以转化为棕黑色的重要化合物UO2。
+5：不稳定的中间氧化态，水溶液中存在形式为无色的UO2 +。仅在很窄的PH范围内稳定。固体UO2Cl可以在熔盐体系中制备。卤化物UF5呈蓝绿色，UCl5呈棕黄色，均不易制备保存。UF5可以形成浅蓝色的UF6-络合物。
+6：U的主要氧化态。UF6是容易升华的白色晶体，工业中很重要但是需要F2制备。UF4与O2也可以制备它，但是产率低成本高。
作为阳离子，它以黄绿色UO2+存在，可以形成各种阴离子的盐。大多自然界中U矿物也都是铀酰盐。它的还有一个重要特点是紫外光下有漂亮的绿色荧光。铀酰盐有很多络合物，比如三碳酸铀酰铵。
作为阴离子，它形成橙红色UO4 2-盐和橙黄色U2O7 2-盐，还有红色过氧铀酸盐等，这体现出它与铬的相似性。
有众多含有六价铀的氧化物，有UO3，UO4，U4O9，U3O8，其中U3O8是最稳定的，也是有市售的 通常制备铀化合物的起始原料。
+3：这个氧化态化合物主要存在紫黑色的卤化物UX3中，它们是氢气还原四卤化物得到的。固态的它们比较稳定，但除了UF3不溶于水，其它溶于稀酸后都得到葡萄色的U3+，之后迅速被水中的H+氧化，因此在水溶液中是无法长时间保存U(III)的。UCl3溶于乙酸则得到同样容易氧化的红色溶液。U3+化合物很少，还有UH3，KU(SO4)2等几个。通常用Zn粉还原U4+溶液得到少量U3+。
+4：稳定的氧化态，但是长水溶液时间放置也容易被氧化。电解，锌，乙醇或者紫外光照均可以还原U(VI)至U(IV)。UF4是翠绿色很稳定的固体，可以在水溶液中沉淀出来。CCl4氯化UO3得到橄榄绿色的UCl4。U(IV)盐众多，大多是绿色，常见的有硫酸盐，草酸盐，偏磷酸盐，乙酸盐等等。它们都可以转化为棕黑色的重要化合物UO2。
+5：不稳定的中间氧化态，水溶液中存在形式为无色的UO2 +。仅在很窄的PH范围内稳定。固体UO2Cl可以在熔盐体系中制备。卤化物UF5呈蓝绿色，UCl5呈棕黄色，均不易制备保存。UF5可以形成浅蓝色的UF6-络合物。
+6：U的主要氧化态。UF6是容易升华的白色晶体，工业中很重要但是需要F2制备。UF4与O2也可以制备它，但是产率低成本高。
作为阳离子，它以黄绿色UO2+存在，可以形成各种阴离子的盐。大多自然界中U矿物也都是铀酰盐。它的还有一个重要特点是紫外光下有漂亮的绿色荧光。铀酰盐有很多络合物，比如三碳酸铀酰铵。
作为阴离子，它形成橙红色UO4 2-盐和橙黄色U2O7 2-盐，还有红色过氧铀酸盐等，这体现出它与铬的相似性。
有众多含有六价铀的氧化物，有UO3，UO4，U4O9，U3O8，其中U3O8是最稳定的，也是有市售的 通常制备铀化合物的起始原料。
铀后面的镎，钚，镅也有丰富的氧化态。下面是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的图。镅的氧化态在水溶液中颜色为：+3和+4粉红，+5黄，+6棕，+7绿
镅之后的元素仿佛有了断层，不管是产量还是氧化态数都和90-95号元素很不同。Cm，Bk，Cf都只有+3与+4两个氧化态。Es之后的只有+2，+3两个氧化态。