鎢酸鈣和鎢酸鈣共沉淀材料的制備及發(fā)光性質(zhì)

作者簡介：張洪雷（1981.8-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，中教二級(jí)，本科。中學(xué)化學(xué)教育方向。

摘要：利用共沉淀技術(shù)制備鎢酸鈣與鎢酸鋱的共沉淀物，利用紅外和熒光光譜測(cè)定其結(jié)構(gòu)機(jī)理。這里的共沉淀指的是在制備鎢酸鈣沉淀的實(shí)驗(yàn)條件成熟以后，在制備鎢酸鈣的同時(shí)將Tb3+攙雜進(jìn)沉淀進(jìn)去，讓鎢酸鈣與鎢酸鋱同時(shí)沉淀出來，并且形成一種滲透。制備出鎢酸鈣與鎢酸鋱的共沉淀以后進(jìn)行熒光測(cè)定和紅外測(cè)定。結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)過程中利用的有機(jī)活性劑不再存在，不影響制備的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。在攙雜進(jìn)鋱以后共沉淀具備熒光特性，并且在紫外燈的照耀下顯現(xiàn)輕微的綠色熒光。

關(guān)鍵詞：鎢酸鋱；共沉淀；熒光

引言：鋱的應(yīng)用大多涉及高技術(shù)領(lǐng)域，是技術(shù)密集、知識(shí)密集型的尖端項(xiàng)目，又是具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目，有著誘人的發(fā)展前景。鋱：1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通過對(duì)釔土的研究，發(fā)現(xiàn)鋱?jiān)?sup>[1]（Terbium）。鋱為銀灰色稀土金屬，無色結(jié)晶的粉末，有毒。屬于鑭系元素，英文名稱——Terbium（Tb）。高溫下易被空氣所腐蝕，室溫下腐蝕極慢。溶于酸，鹽類無色，氧化物為棕色。

在鑭系金屬離子中，Tb3+是發(fā)光性能較好的稀土離子，它具有特征是發(fā)出綠色熒光^[5]。以前人們普遍利用溶膠-凝膠法（Sol-gel法）制備Tb3+與其他化合物共攙雜材料，我們則采取了利用鎢酸鈉與氯化鈣攙雜Tb3+共沉淀制備鎢酸鋱沉淀，研究利用這種方法制備的鎢酸鈣與鎢酸鋱共攙雜物的性質(zhì)。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

鎢酸鈉溶液為0.30mol/L，由鎢酸鈉固體和蒸餾水直接配制，氯化鈣溶液為0.30mol/L，由氯化鈣固體和蒸餾水直接配制，無水乙醇（天津市化學(xué)試劑廠 分析純），鹽酸為優(yōu)級(jí)純，并配成pH=1的水溶液，水為去離子水，0.10mol/LTbCl3溶液由Tb2O3（99.999%）直接稱重，用1：1的鹽酸溶解，除去剩余鹽酸后配制。熒光光譜儀為日本日立公司F4500型。激發(fā)光譜的起始波長為200nm，終止波長為450nm，發(fā)射光譜的起始波長為500nm，終止波長為750nm，入射和出射狹縫均為5nm，掃描速度1200nm.min-1，光電倍增管電壓400V。紅外光譜為PE-M1730傅立葉變換紅外分光光度計(jì)，掃描次數(shù)4次，分辨率4cm-1。

1.2鎢酸鋱與鎢酸鈣共沉淀的制備

制備鎢酸鈣與鎢酸鋱過程中，首先要掌握制備鎢酸鈣的詳細(xì)方法，當(dāng)熟悉其實(shí)驗(yàn)條件以后才可以利用共沉淀的方法制備鎢酸鈣與鎢酸鋱的混合物。其主要原因有：（1）鎢酸鈣的制備條件不易掌握；（2）鎢酸鋱相對(duì)來說比較容易沉淀；（3）鋱金屬價(jià)格較高，實(shí)驗(yàn)條件成熟以后添加比較經(jīng)濟(jì)。

制備鎢酸鈣需要注意的實(shí)驗(yàn)條件：（1）pH值；（2）溫度；（3）所加有機(jī)試劑的種類；（4）鎢酸鈉與氯化鈣的比例大小。

（1）首先進(jìn)行pH值的測(cè)定，鎢酸鈉與氯化鈣反應(yīng)制備鎢酸鈣，鎢酸鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，顯示堿性，不調(diào)節(jié)pH值會(huì)有氫氧化鈣生成，因此調(diào)節(jié)pH值小于7。但是進(jìn)行鋱的共沉淀時(shí)pH值等于7會(huì)影響鋱的沉淀，所以將pH值控制在6.5以下。進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)，每次均加入0.3mol/mL的氯酸鈣20ml，0.3mol/mL的鎢酸鈉20mL，結(jié)果顯示當(dāng)pH值在6-5之間是效果最佳。

（2）溫度的測(cè)定：溫度也是影響實(shí)驗(yàn)的重要因素之一，因此我們?cè)跍y(cè)定pH值之后進(jìn)行溫度的測(cè)定，三次平行實(shí)驗(yàn)，每次均加入0.3mol/mL的氯酸鈣20mL，0.3mol/mL的鎢酸鈉20mL，同時(shí)加熱到不同溫度，在60℃以下時(shí)沉淀冷卻后為膠狀物，液體不易澄清。達(dá)到100℃時(shí)沉淀為白色粉末，且溶液澄清。所以我選擇將溶液加熱到100℃時(shí)制備沉淀。

（3）有機(jī)試劑的選擇

鎢酸鈉與氯化鈣混合制備鎢酸鈣沉淀時(shí)加入有機(jī)試劑可以促進(jìn)沉淀的生成，加乙醇和乙酸乙酯或正丁醇加乙醇的制備方法最為簡單。

（4）鎢酸鈉與氯化鈣比例大小的選擇

在上述沉淀完全后對(duì)其上清液過濾，取出兩部分清液，分別加入氯化鈣和鎢酸鈉，發(fā)現(xiàn)加入鎢酸鈉繼續(xù)會(huì)有白色沉淀產(chǎn)生，初步判斷氯化鈣過量。分析原因?yàn)殒u酸鈉不穩(wěn)定，溶解度較小，實(shí)驗(yàn)過程中沒有完全參加反應(yīng)，繼續(xù)測(cè)定鎢酸鈉與氯化鈣的比例問題。

方案提供為：1.5：1，2：1，2.5：1（其中所加氯化鈣均20mL）

以上三種方案中過濾的清液中加入鎢酸鈉均無沉淀產(chǎn)生，但是2：1和2.5：1兩種方案中，沉淀過濾后在清液中加入氯化鈣發(fā)現(xiàn)有沉淀產(chǎn)生，說明鎢酸鈉過量。因此選擇1.5：1的方案。

通過以上四種方案的測(cè)定顯示本次實(shí)驗(yàn)最佳方案為：鎢酸鈉與氯化鈣的比例為1.5：1，首先將鎢酸鈉的pH值調(diào)為5-6，然后將稱量好的鎢酸鈉，氯化鈣，有機(jī)試劑三者同時(shí)混合，進(jìn)行快速攪拌并加熱至沸。有機(jī)試劑的量不必過大，因?yàn)椴⒉挥绊懗恋淼馁|(zhì)量，過量的話在加熱至沸過程中會(huì)蒸發(fā)出去，不斷攪拌有利于鎢酸鈣沉淀的生成，在摻雜鋱時(shí)更有利于鎢酸鋱與鎢酸鈣的共沉淀生成。

鎢酸鈣與鎢酸鋱共沉淀的制備：稱量0.3mol/mL的鎢酸鈉30mL，0.3mol/mL氯化鈣20mL，5mL有機(jī)試劑，0.1mol/mL氯化鋱0.5mL，同時(shí)迅速混合并攪拌加熱，進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)三次，結(jié)果如下：

三者平均質(zhì)量為：0.7080g

2.結(jié)論

第一，在制備鎢酸鋱與鎢酸鈣共沉淀時(shí)所加的有機(jī)溶劑不會(huì)影響制備物質(zhì)的本身性質(zhì)以及發(fā)光強(qiáng)度。第二，鎢酸鈣與鎢酸鋱的共沉淀物能夠體現(xiàn)出Tb3+所具備的發(fā)出綠色熒光的特性。（作者單位：滿洲里市第六學(xué)校）

參考文獻(xiàn)：

[1]樊能廷.有機(jī)合成事典[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1992.

[2]YE Hui，JIANG Zhong-hong（葉 輝，姜中宏）.Chinese[J].of Materials Research（材料研究學(xué)報(bào)），1995，9（4）：321-321