Chemistry of the F-Block Elements pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Routledge

作者:Aspinall, Helen C.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:529.55元

装帧:HRD

isbn号码:9781560329282

丛书系列:

图书标签:

• F-block elements
• Actinides
• Lanthanides
• Inorganic chemistry
• Coordination chemistry
• Organometallic chemistry
• Chemical bonding
• Spectroscopy
• Nuclear chemistry
• Materials science

稀土元素与锕系元素化学：结构、性质与应用前沿 图书简介 《稀土元素与锕系元素化学：结构、性质与应用前沿》 作者： [此处可填入虚构的权威学者姓名，例如：李明德 教授，张伟 博士] 出版社： [此处可填入虚构的知名学术出版社名称，例如：科学出版社] --- 内容概述 本书是一部深入探讨镧系（F-区稀土元素）和锕系元素（F-区放射性元素）化学的综合性专著。全书旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及工业界专业人士提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架，覆盖这些独特元素从基础理论到尖端应用的全部光谱。 本书的结构精心设计，旨在引导读者从基础的电子结构理论出发，逐步深入到复杂的配位化学、固体化学、分析方法，直至当前最具挑战性的核燃料循环与环境修复领域。我们着重强调了这些元素在现代高技术产业，如永磁材料、催化剂、荧光体、核能开发以及生物医学成像中的关键作用。 第一部分：F-区元素的电子结构与基础化学 本部分奠定了理解镧系和锕系元素特殊化学行为的基础。 第一章：F-区元素的起源与电子排布 详细阐述了F-区元素的定义——即内层$4f$和$5f$轨道开始填充的元素。对比了镧系和锕系的电子排布差异，特别是$5f$轨道相对弥散的特性如何影响锕系元素的多氧化态行为。讨论了相对论效应（如自旋-轨道耦合）在重元素化学中日益增加的重要性，并解释了镧系收缩与锕系收缩的本质区别。 第二章：氧化态的多样性与稳定性 重点分析了镧系元素主要表现的$+3$氧化态的化学本质，以及镧系内部氧化态变化（如Ce的$+4$和Eu的$+2$）的驱动因素。随后，深入剖析了锕系元素显著的氧化态多样性（从$+3$到$+7$），讨论了影响氧化态稳定性的配体场效应、配位几何以及氧化还原电位精确测定的方法学挑战。对Np、Pu、Am等关键元素的常见氧化态的稳定性和相互转化机制进行了详细的比较分析。 第三章：光谱学特征与磁性 探讨了$4f$和$5f$电子的电子跃迁特性。详细阐述了由于屏蔽效应良好导致的窄线窄带荧光发射（镧系）与更宽的吸收光谱（锕系）的起源。讲解了如何利用紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱、荧光光谱和穆斯堡尔谱来鉴定和定量分析F-区金属离子。在磁性方面，深入讨论了单离子磁体（SIMs）的理论基础，包括磁各向异性、量子隧穿效应及其在信息存储中的潜力。 第二部分：配位化学与溶剂萃取分离技术 F-区元素的分离和纯化是其实际应用的关键瓶颈。本部分聚焦于其复杂的配位化学行为以及工业级分离策略。 第四章：配位化学与几何结构 分析了F-区离子（通常是大的高电荷离子）与不同类型配体的相互作用。详细描述了高配位数（8至12配位）的结构化学，包括十二面体、八角棱柱、三冠桥结构等在镧系和锕系配合物中的实例。讨论了配位作用中$4f/5f$轨道的参与度，以及如何通过配体的空间位阻和电子效应来调控金属中心的几何构型和反应活性。 第五章：溶剂萃取分离原理与实践 这是本书的核心应用章节之一。系统梳理了用于稀土和锕系元素分离的经典和现代萃取体系。详细介绍了中性有机磷萃取剂（如TBP）、酸性萃取剂（如D2EHPA）以及螯合萃取剂的作用机理。重点对比分析了分离镧系元素（如重稀土与轻稀土）的级联萃取过程，以及分离长寿命锕系元素（如Am/Cm）与裂变产物（如Ln）的关键技术，包括“三槽法”和“单一萃取剂体系”的优化设计。 第六章：固相萃取与离子交换技术 探讨了固相吸附材料在F-区元素分离中的应用，包括功能化树脂和无机吸附剂（如磷酸锆、沸石）。深入分析了这些材料的表面化学特性、吸附位点选择性以及在湿法冶金和核后处理中的应用前景，特别是用于痕量或低浓度金属离子的富集与去除。 第三部分：材料科学与催化应用 本部分将理论与先进材料的制备和功能化相结合。 第七章：稀土功能材料：磁性与光电应用 聚焦于基于镧系化合物的先进材料。详细讨论了高矫顽力永磁材料（如NdFeB合金，及其高性能化面临的挑战），以及如何通过控制晶体场效应来设计高效的发光材料。分析了三价镧系离子（如Eu$^{3+}$, Tb$^{3+}$, Nd$^{3+}$）作为掺杂剂在无机基质（如氧化物、氟化物）中实现红、绿、蓝光发射的机制，以及其在LED和固体激光器中的应用。 第八章：锕系化合物的固态化学与核能燃料 专注于铀、钚、镅的氧化物、卤化物和间隙化合物。深入研究了UO$_2$燃料的微观结构演变、晶格缺陷与辐照行为。探讨了混合氧化物燃料（MOX）的制备、热力学稳定性和燃料性能的核化学评估。同时，讨论了锕系元素在先进反应堆概念（如快堆、钍循环）中的关键地位。 第九章：F-区元素的催化活性 阐述了镧系元素和锕系元素作为路易斯酸催化剂的独特优势。分析了镧系离子在聚合反应（如开环聚合）、不对称催化以及C-H键活化反应中的电子结构特征和协同效应。讨论了锕系元素（特别是铀和钍化合物）在有机合成转化中的新兴催化角色，例如其对稳定小分子的活化能力。 第四部分：环境、生物医学与前沿挑战 本书最后一部分关注F-区元素在环境科学和新兴技术中的挑战与机遇。 第十章：放射性元素的环境行为与修复 针对锕系元素（如U、Pu、Am）在水-岩石界面上的迁移、吸附和生物有效性进行深入分析。讨论了地下核废料处置库的化学安全性评估，包括放射性核素在特定地质环境下的水解、络合和氧化还原过程。详述了用于污染场地去污的化学方法，如选择性沉淀、微生物修复诱导的化学态改变等。 第十一章：生物医学中的F-区应用 聚焦于镧系螯合物在生物成像中的应用。重点分析了以Gd$^{3+}$为核心的超顺磁性造影剂（MRI）的结构设计原则，特别是如何通过优化配体提高水合数和弛豫效率。同时，讨论了具有长寿命和窄发射谱的镧系荧光探针在时间分辨荧光免疫分析（TR-FIA）和细胞成像中的前沿进展。 第十二章：未来展望与研究挑战 总结了F-区化学面临的重大未解之谜和未来研究方向，包括：开发高选择性、高容量的锕系/镧系分离体系（如“后处理的终极挑战”）；理解超重元素（如Rf, Sg）的相对论化学效应；以及设计具有更高稳定性和生物相容性的多功能F-区纳米材料。 --- 本书特色 1. 深度与广度兼顾： 本书不仅涵盖了经典的配位化学和分离科学，还系统整合了固态物理化学、高能材料以及核化学的前沿成果。 2. 理论与实践并重： 每一章都紧密结合实际工业应用或实验挑战，为读者理解抽象理论如何转化为工程解决方案提供了清晰的路径。 3. 结构清晰的对比分析： 持续对比镧系与锕系的化学差异（特别是$4f$与$5f$轨道的差异），有助于读者形成精确的化学直觉。 4. 面向前沿的讨论： 对单离子磁体、先进核燃料循环和新型生物探针等热点话题进行了详尽的论述，体现了该领域的最新进展。 本书是化学、材料科学、核工程及相关交叉学科研究人员的必备参考书。

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