对锕系元素来说,+2氧化态是一个异常的价态。目前只有Am(Eu的5f相似物)和Cr-No组的元素存在这种价态。这可能与锕系元素的电子从5f激发到6d的能量较大有关。在锕系元素中,+2氧化态相对较稳定。
已知Am2+离子只出现在CaF2晶格中,并通过旋光和电子自旋光谱进行了鉴定。对于Cf、Es、Fm和Md元素,有证据表明它们在溶液中存在M2+离子。它们的电势值列于表28-5中。
元素 | 测定值 | 计算值 a | 元素 | 测量值 | 计算值 a |
Am | — | -2.6 | Es | -1.6 | -1.6 |
Cm | — | -5.0 | Fm | — | -1.3 |
Bk | — | -3.4 | Md | -0.15 | |
Cf | -1.9 | -2.0 | No | +1.45 |
表28-5 锕系元素的电势,M3++e=M2+,E0伏特
a.M3+最低能级电子转移带的波数和E0之间的关系
Md2+离子特别稳定,甚至比Eu2+或Yb2+还要稳定。Md3+可用Zn/Hg还原,也可以用硫酸盐使其沉淀。此外,已知+2离子的性质类似于+2价镧系离子或Ba2+。
除了Th和Pa之外,+3氧化态是所有锕系元素中最常见的价态。对于Ac、Am和超Am元素来说,+3氧化态是正常的氧化态。
+3氧化态的化学性质与镧系元素非常相似。卤化物MX3很容易制备,并且很容易水解成MOX。只有Ac、Pu和较重的元素形成M2O3氧化物。在水溶液中存在M3+离子,并且可以沉淀为难溶的水合氟化物和草酸盐。同晶型的晶体是普遍存在的。在+3氧化态中,U3+最容易被氧化,甚至可以被空气或水缓慢氧化。由于锕系元素和镧系元素离子大小相近,形成的络离子和稳定常数也相似,因此从镧系元素中分离锕系元素是困难的。但是,可以通过离子交换或溶剂萃取的方法实现分离,具体方法如下所述。