副族元素
IB族:
銅族元素
(第 I
副族元素
)
這族含有三個典型過渡金屬元素,
它們有悅目的特殊顏色及光澤: 銅紫紅色; 銀亮白色, 金黃色,
且具極佳的導電性及延展性, 在一般狀態下,
不與氧發生反應(銅較活潑), 自然界中有天然元素產生,
這族元素與人類文明的發展有莫大的關係。
銅族元素外層電子構型: 銅(Cu) [Ar]3d104s1、銀(Ag)
[Kr]4d105s1、金(Au)
[Xe]4f145d106s1,
最外層電子皆為1個,
所以各個皆有+1價,
銅有 +2價,
而金有呈 +3價氧化態。
IB族元素的保存: 本族元素在空氣中很穩定, 採取一般的方法便可長期收藏。
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元素: |
銅 Cu | 銀 Ag | 金 Au |
| 拉丁文學名: | Cuprum | Argentum | Aurum |
| 命名辭源(含意): | Cyprum (塞浦路斯島) | argyros (明亮) | aurora (燦爛) |
| 發現者(國家), 年代: | 史前 | 史前 | 史前 |
| 原子序數: | 29 | 47 | 79 |
| 原子量: | 63.546 | 107.868 | 196.9665 |
| 熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 1356.6 | 1235.08 | 1337.58 |
| 沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 2840 | 2485 | 3080 |
| 密度(克/厘米3): | 8.960 (293K) | 10.500 (293K) | 19.320 (293K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 324.75 | 328.07 | 267.595 |
| 己知同位素數目(個): | 11 | 27 | 21 |
| 同位素質量範圍: | 58 - 68 | 102 - 117 | 185 - 203 |
| 地表中豐度(ppm): | 68 | 0.08 | 0.004 |
| 海水中豐度(ppm): | 0.003 | 0.0003 | 4x 10-6 |
| 生物學上的角色: | 痕量元素 | 無 | 無 |
| 館 藏 概 要 | |||
| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 片狀, 99.5% | 塊狀, 99.9%鑄幣純度 | 片/ 塊狀, 99.99%鑄幣純度 |
| 首次收集的日期: | 無紀錄可考 | 無紀錄可考 | 無紀錄可考 |
| 館藏編號: | NGE-02 | NGE-05 | NGE-18 |
IIB族:
鋅族元素
(第 II
副族元素
)
這族含有三個典型過渡金屬元素,
其中汞為液態金屬, 它們一般呈現微藍的色調, 外層電子構型:
鋅(Zn) [Ar]3d104s2、鎘(Cd)
[Kr]4d105s2、汞(Hg)
[Xe]4f145d106s2,
最外層電子皆為2個,
所以皆呈 +2價, 汞有呈 +1價化合物。
IIB族元素的保存: 本族元素在空氣中很穩定, 採取一般的方法便可長期收藏。鎘及汞的化合物具有毒性, 汞在室溫時會有蒸發的潛能, 吸入汞蒸汽後會中毒。
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元素: |
鋅 Zn | 鎘 Cd | 汞 Hg |
| 拉丁文學名: | Zincum | Cadmium | Hydraragyrum |
| 命名辭源(含意): | zink (白色薄層) | cadmine (菱鎂礦) | hydragyrum (水狀的銀) |
| 發現者(國家), 年代: | 中國, 公元前1500 | Strohmeyer (瑞典), 1817 | 史前 |
| 原子序數: | 30 | 48 | 80 |
| 原子量: | 65.38 | 112.41 | 200.59 |
| 熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 692.73 | 594.1 | 234.28 |
| 沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 1180 | 1038 | 629.73 |
| 密度(克/厘米3): | 7.133 (293K) | 8.650 (293K) | 13.546 (293K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 213.86 | 228.80 | 253.652 |
| 己知同位素數目(個): | 15 | 22 | 26 |
| 同位素質量範圍: | 60 - 72 | 103 - 119 | 185 - 206 |
| 地表中豐度(ppm): | 76 | 0.16 | 0.08 |
| 海水中豐度(ppm): | 0.01 | 0.0001 | 3x 10-5 |
| 生物學上的角色: | 痕量元素 | 毒性元素(誘癌/畸變) | 無(毒性較強, 甲基汞極毒) |
| 館 藏 概 要 | |||
| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 錠塊, >99.5% | 錠塊, 99.95% | 氧化膜分離提純, >99.5% |
| 首次收集的日期: | 無紀錄可考 | 29/11/1988 | 無紀錄可考 |
| 館藏編號: | NGE-04 | NGE-34 | NGE-08 |
IIIB族:
稀土元素
(第
III
副族元素
)
這族元素非常特殊, 它是由鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)和鑭系元素、錒(Ac)和錒系元素共32個元素構成,
其中鑭系元素及錒系元素共28個(
有人認為鑭及錒本身不被納入其系統內, 見下段解釋 )又構成內過渡金屬系統(Inner-transition
metal system),
它們的氧化物被稱為"土", 而且非常分散,
在研究這類元素時在學術上產生很大的混淆,
它們被統稱為稀土元素。
鈧(Sc) [Ar]3d14s2
釔(Y) [Kr]4d15s2
鑭(La) [Xe]5d16s2
錒(Ac) [Rn]6d17s2,
外層電子構型通式為 nd1(n+1)s2,
3</=n</=7,
釷(Th) [Rn]6d27s2。
鑭系元素基態電子構型通式為 [Xe]4fn 6s2, 鐠(Pr, 59)~銪(Er, 63)為 3</=n</=7, 鋱(Tb, 65)~鐿(Yb, 70)為 9</=n</=14, 及 [Xe] 4fn 5s16s2 , 鈰(Ce, 58):n=1, 釓(Gd, 64):n=7, 鑥(Lu, 71):n=14。從電子構型可以看出這14個元素皆有f電子, 而鑭因不含f電子, 因此有人把鈰至鑥的14個元素稱為鑭系元素。 但是自鑭~鑥在化學性質及物理性質上皆有相似性及連續性, 一般而言: 鑭仍作為鑭系的一員。
鑭系元素基態電子構型通式為 [Rn]5fn 7s2, 鈈(Pu, 94) ~ 鎇(Am, 95):n=6 ~7, 錇(Bk, 97)~鍩(No, 102): n=9 ~14, 及 [Rn]5fn 6d17s2, 鏷(Pa, 91) ~ 鎿(Np, 93) n=2 ~4, 鋦(Cm, 96):n=7 , 鐒(Lr, 103):n=14。 錒和釷兩元素不含f電子, 按鑭系的分類理應不在錒系之列, 但是它們確實和其他錒系成員共同構成完整的內過渡系統, 故不應將之擱開 (筆者謹識)。
稀土元素的氧化態多呈 +3價, 鑭系中銪、鐿有+2價, 鈰有 +4價, 錒系更有由+3 至 +6價, 其中釷和鏷沒有+3價的化合物, 鈾和鎿的+3不穩定。
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元素: |
鈧 Sc | 釔 Y | 鑭 La |
| 拉丁文學名: | Scandium | Ytterium | Lanthanum |
| 命名辭源(含意): | Scandia (斯堪的納維亞半島) | Ytterby (瑞典首都的乙特比鎮) | lanthanein (隱藏) |
| 發現者(國家), 年代: | L.F.Nilson (瑞典), 1879 | Gadolin (芬蘭), 1794 | Mosander (瑞典), 1839 |
| 原子序數: | 21 | 39 | 57 |
| 原子量: | 44.9559 | 88.9059 | 138.9055 |
| 熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 1814 | 1795 | 1194 |
| 沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 3104 | 3611 | 3730 |
| 密度(克/厘米3): | 2.989 (273K) | 4.469 (293K) | 6.145 (298K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 391.181 | 410.24 | 550.134 |
| 己知同位素數目(個): | 15 | 21 | 19 |
| 同位素質量範圍: | 40 - 50 | 82 - 96 | 126 - 144 |
| 地表中豐度(ppm): | 25 | 31 | 35 |
| 海水中豐度(ppm): | 4x 10-5 | 0.0003 | 0.0003 |
| 生物學上的角色: | 無(毒性未瞭) | 無(可能低毒性) | 無(中度毒性) |
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館 藏 概 要 |
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| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 塊狀, 99.9% | 片狀, 99.9%, 表面略有氧化膜 | 塊狀,>99.5%,雜質(Pr 0.1%, Ce 0.01%)於氦(He)氣氛中保護以防表面氧化 |
| 首次收集的日期: | 11/05/1991 | 09/01/1991 | 12/10/1990 |
| 館藏編號: | NGE-75 | NGE-66 | NGE-54 |
鑭系元素
(Lanthanides),
Ln
這族共有14個(如將鑭併入, 共15個)元素,
隨著原子序數的順次増加, 電子填入次外層(4f殼層)中,
而最外層價電子(即5s及5p層電子, 參與化學反應的電子)仍然保持不變,
這一來引致它們的化學性質極為相似的主因。由於鑭系收縮(Lanthanide
contraction:
鑭系元素原子半徑和離子半徑隨原子序數増大而減少)的影響,
使它們性質呈規律性變化, 其中銪(Eu)和鐿(Yb)較為反常,
而致出現本系元素中較為特殊的成員, 它有+2價化合物很穩定。鑭系金屬的活潑性和
IIA族元素相似: 鑭、鈰和銪在空氣迅速氧化,
銪是鑭系最活潑的金屬, 與冷水已發生激烈反應(甚至較IIA族重元素更甚),
鐠、釹和釤在空氣緩慢地氧化, 其他鑭系金屬在空氣中穩定。
所有鑭系元素都易溶於稀酸中。
鑭
(La):
明顯但緩地反應; 鐠 (Pr)及釹 (Nd):
反應很緩慢; 釤(Sm): 反應較明顯; 銪 (Eu):
猛烈地反應; 銩(Tm)、鐿
(Yb) 及釔(Y): 無反應]
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元素: |
鈰 Ce | 鐠 Pr | 釹 Nd | 釤 Sm | 銪 Eu | 釓 Gd |
| 拉丁文學名: | Cerium | Praseodymium | Neodymium | Samarium | Europium | Gadolinium |
| 命名辭源(含意): | Ceres (谷神星) | prasios didymos(綠色 孿生) | neos
didymos (新的孿生) |
samarskite (鈮酸釔礦) |
Europe (歐洲) | Gadolin(加多林, 芬蘭化學家) |
| 發現者(國家), 年代: | Berzelius et Hisinger (瑞典), 1803 | Welsbach (奧地利), 1885 |
同Pr | Boisbaudran (法), 1879 | Damarcay(法), 1901 | Marignac (瑞士), 1880 |
| 原子序數: | 58 | 59 | 60 | 62 | 63 | 64 |
| 原子量: | 140.12 | 140.9077 | 144.24 | 150.36 | 151.96 | 157.25 |
| 熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 1072 | 1204 | 1294 | 1350 | 1095 | 1586 |
| 沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 3699 | 3785 | 3341 | 2064 | 1870 | 3539 |
| 密度(克/厘米3): | 8.240 | 6.773 (293K) | 7.007 (293K) | 7.520 (293K) | 5.243 (293K) | 7.9004 (298K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 520.004 | 495.136 | 463.424 | 429.674 | 459.403 | 368.413 |
| 己知同位素數目(個): | 19 | 15 | 16 | 17 | 21 | 17 |
| 同位素質量範圍: | 132 - 148 | 134 - 148 | 138 - 151 | 142 - 157 | 144 - 160 | 145 - 161 |
| 地表中豐度(ppm): | 66 | 9.1 | 40 | 7.0 | 2.1 | 6.1 |
| 海水中豐度(ppm): | 0.0004 | 2x 10-7 | 3x 10-6 | 2x 10-7 | 4x 10-8 | 2x 10-7 |
| 生物學上的角色: | 無 | 無(低毒性) | 無(中度毒性) | 無(毒性未瞭) | 無(低毒性) | 無(毒性未瞭) |
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館 藏 概 要 |
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| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 塊狀, 99.5%, 雜質(Fe及其他稀土金屬合共約 0.5%),於氬(Ar)氣氛中保護以防表面氧化 | 塊狀 (>99%) | 塊狀 (>99%) | 塊狀, 純度99.9%, 雜質(Pr, Nd,Eu, Gd, Y,以氧化物計:0.1%, CaO+MgO約0.05%) | 塊狀,純度: 99%, 於液狀石蠟中以防氧化 | 塊狀, 純度99.5%, 雜質(Sm, Eu, Tb, Dy, Y, 以氧化物計0.1%, CaO+MgO: 0.3%) |
| 首次收集的日期: | 05/12/1990 | 03/11/1990 | 12/10/1990 | 09/01/1991 | 06/1994 | 03/02/1991 |
| 館藏編號: | NGE-63 | NGE-62 | NGE-56 | NGE-67 | NGE-77 | NGE-69 |
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元素: |
鋱 Tb | 鏑 Dy | 鈥 Ho | 鉺 Er | 銩 Tm | 鐿 Yb | 鑥 Lu |
| 拉丁文學名: | Terbium | Dysprosium | Holmium | Erbium | Thulium | Ytterbium | Lutetium |
| 命名辭源(含意): | Ytterby (乙特比鎮, 見釔) | dysprositos (難以取得) | Holmia (斯德哥爾摩古稱) |
Ytterby (乙特比鎮), 見釔 |
Thule(斯堪的納維亞半島古稱) | Ytterby (乙特比鎮, 見釔) | Lutetia (巴黎古稱) |
| 發現者(國家), 年代: | Mosander (瑞典), 1843 | Boisbaudran(法), 1886 | Cleve(瑞典)et Soret(瑞士),1878 | Mosander (瑞典), 1842 | Cleve(瑞典), 1879 | Marignac (瑞士), 1878 | Urbain(法), 1907 |
| 原子序數: | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
| 原子量: | 158.9254 | 162.50 | 164.9304 | 167.26 | 168.93 | 173.04 | 174.97 |
| 熔點(凱氏K 0K= -273 oC): | 1629 | 1685 | 1747 | 1802 | 1818 | 1097 | 1936 |
| 沸點(凱氏K,0K= -273 oC): | 3396 | 2835 | 2968 | 3136 | 2220 | 1466 | 3668 |
| 密度(克/厘米3): | 8.229 (293K) | 8.550 (293K) | 8.795 (298K) | 9.066 (298K) | 9.321 (293K) | 6.965 (293K) | 9.840 (298K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 432.647 | 421.172 | 410.384 | 400.797 | 409.419 | 398.799 | 335.956 |
| 己知同位素數目(個): | 24 | 21 | 29 | 16 | 18 | 16 | 22 |
| 同位素質量範圍: | 147 - 164 | 149 - 167 | 151 - 170 | 158 - 172 | 161 - 176 | 164 - 177 | 167 - 180 |
| 地表中豐度(ppm): | 1.2 | 4.5 | 1.3 | 3.5 | 0.5 | 3.1 | 0.8 |
| 海水中豐度(ppm): | 2x 10-7 | 2x 10-7 | 8x 10-8 | 2x 10-7 | 4x 10-8 | 2x 10-7 | 4x 10-8 |
| 生物學上的角色: | 無(毒性未瞭) | 無(毒性未瞭) | 無(低毒性) | 無(低毒性) | 無(低毒性) | 無(無毒) | 無(低毒性) |
|
館 藏 概 要 |
|||||||
| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 塊狀, 真空重熔, 純度99.9% | 塊狀, 純度: 99.9% 雜質(Ho, Y及其他稀土):0.1% | 塊狀, 99.9% | 塊狀, 純度:99.5%, 雜質(Dy, Ho,Tm,Yb, Y,以拿化物計: 0.1%, CaO+MgO: 0.3%) | 塊狀, 99.9% | 塊狀, 純度:99.9% | 塊狀, 純度: 99.9% |
| 首次收集的日期: | 01/06/1991 | 06/12/1990 | 13/04/1991 | 03/02/1991 | 29/09/2000 | 06/1994 | 17/11/2000 |
| 館藏編號: | NGE-76 | NGE-65 | NGE-73 | NGE-68 | NGE-81 | NGE-78 | NGE-82 |
錒系元素
(Actinides),
An
這族共有14個(如將錒併入, 共15個)元素,
它們全為放射性金屬, 它包括一系列由錒~鐒, 錒、釷、鏷和鈾存在於自然界,
鈾(U, 92)以後的元素稱為超鈾元素,
由於它們的半衰期較短,
天然產生的超鈾元素很可能隨著地球發展歲月而消失,
現時祗能以人工合成的方法重現。
根據G.T.西博格博士的理論:
錒以後的元素逐次充填5f內層電子, 直至充滿14個5f個電子為止,
由於原子的最外層電子構型相同, 與鑭系元素一般,
錒系亦組成了特殊的群類。
這組元素亦有錒系收縮現象, 錒系金屬性質與週期表內相應的元素相似。釷在空氣中較穩定, 鈾則迅速氧化, 生成黑色的氧化層。
[左] 二氧化鎇 AmO2在鉗堝中 (圖片來源: http://www.apsidium.com/)
[中] 硝酸鈾銑(硝酸氧鈾) UO2(NO3)2.6H2O,
本室以鈾金屬為原料合成的一種重要鈾化合物, 輻射活度:
平均 5.8 kBq/g
[右] 二次世界大戰時美軍在廣島投下的"小男孩"鈾原子彈的模型,
模型旁側放置鈾元素的樣本 (延陵博物館, 館藏編號:
NG-027-A-REF)
IIIB族元素的保存: 本族部分元素在空氣中很穩定, 採取一般的方法便可長期收藏。而鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、鈾和鎇在空氣不穩定, 必須密封或浸入煤油保存, 其他稀土則儲存於密閉容器中即可, 本室目前收集的錒系元素, 全為α發射核素, 其射線可用玻璃遮擋。
鈧、釔及大多數鑭系元素對人體的影響不明, 但錒系元素不僅具化學毒性, 更甚者, 它們全是有放射性, 長期接受會引致癌症, 所以操作這些元素應先作評估, 并自行佩帶安全設備。使用完畢產生具有放射性的廢液必需妥善處理, 以確保環境不受污染。
|
元素: |
釷 Th | 鈾 U | 鎇 Am |
| 拉丁文學名: | Thorium | Uranium | Americium |
| 命名辭源(含意): | Thor (北歐神話中雷神) | Uranus (天王星) | America (美洲) |
| 發現者(國家), 年代: | Berzelius(瑞典), 1815 | Klaproth (德), 1789 | Seaborg et al. (美), 1944 |
| 原子序數: | 90 | 92 | 95 |
| 原子量: | 232.0381 | 238.028 | (243) |
| 熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 2023 | 1405.5 | 1267 |
| 沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): | 約 5060 | 4018 | 2880 |
| 密度(克/厘米3): | 11.720 (293K) | 18.950 (293K) | 13.670 (293K) |
| 主要光譜線波長(nm): | 324.445 | 358.488 | 605.464 |
| 己知同位素數目(個): | 12 | 15 | 13 |
| 同位素質量範圍: | 223 - 234 | 227 - 240 | 237 - 247 |
| 地表中豐度(ppm): | 8.1 | 2.3 | 無 (人工元素) |
| 海水中豐度(ppm): | 0.0007 | 0.003 | 無 |
| 生物學上的角色: | 無(低毒性, 但具放射危害性) | 無(放射危害性) | 放射危害性 |
| 館 藏 概 要 | |||
| 樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) | 純度99.8%, 以20篩目粉末壓塊, 浸於液狀石蠟中以防氧化 | 碎屑狀,純度99.98%, 除氧化層後嚴封於充氬氣氛中保護 | 粒狀, 保存於氬氣(不排除有微量空氣)的氣氛中, 純度>98%, 主要雜質約1%的鎿(Np, 93號元素),為鎇的放射產物 |
| 首次收集的日期: | 27/02/1991 | 27/07/2000 | 22/05/2003 |
| 館藏編號: | NGE-70 | NGE-80 | NGE-83 |
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