钨酸钙和钨酸钙共沉淀材料的制备及发光性质

作者简介：张洪雷（1981.8-），男，内蒙古赤峰人，中教二级，本科。中学化学教育方向。

摘要：利用共沉淀技术制备钨酸钙与钨酸铽的共沉淀物，利用红外和荧光光谱测定其结构机理。这里的共沉淀指的是在制备钨酸钙沉淀的实验条件成熟以后，在制备钨酸钙的同时将Tb3+搀杂进沉淀进去，让钨酸钙与钨酸铽同时沉淀出来，并且形成一种渗透。制备出钨酸钙与钨酸铽的共沉淀以后进行荧光测定和红外测定。结果显示实验过程中利用的有机活性剂不再存在，不影响制备的物质结构。在搀杂进铽以后共沉淀具备荧光特性，并且在紫外灯的照耀下显现轻微的绿色荧光。

关键词：钨酸铽；共沉淀；荧光

引言：铽的应用大多涉及高技术领域，是技术密集、知识密集型的尖端项目，又是具有显著经济效益的项目，有着诱人的发展前景。铽：1843年瑞典的莫桑德（Karl G.Mosander）通过对钇土的研究，发现铽元素[1]（Terbium）。铽为银灰色稀土金属，无色结晶的粉末，有毒。属于镧系元素，英文名称——Terbium（Tb）。高温下易被空气所腐蚀，室温下腐蚀极慢。溶于酸，盐类无色，氧化物为棕色。

在镧系金属离子中，Tb3+是发光性能较好的稀土离子，它具有特征是发出绿色荧光[5]。以前人们普遍利用溶胶-凝胶法（Sol-gel法）制备Tb3+与其他化合物共搀杂材料，我们则采取了利用钨酸钠与氯化钙搀杂Tb3+共沉淀制备钨酸铽沉淀，研究利用这种方法制备的钨酸钙与钨酸铽共搀杂物的性质。

1.实验部分

1.1试剂和仪器

钨酸钠溶液为0.30mol/L，由钨酸钠固体和蒸馏水直接配制，氯化钙溶液为0.30mol/L，由氯化钙固体和蒸馏水直接配制，无水乙醇（天津市化学试剂厂 分析纯），盐酸为优级纯，并配成pH=1的水溶液，水为去离子水，0.10mol/LTbCl3溶液由Tb2O3（99.999%）直接称重，用1：1的盐酸溶解，除去剩余盐酸后配制。荧光光谱仪为日本日立公司F4500型。激发光谱的起始波长为200nm，终止波长为450nm，发射光谱的起始波长为500nm，终止波长为750nm，入射和出射狭缝均为5nm，扫描速度1200nm.min-1，光电倍增管电压400V。红外光谱为PE-M1730傅立叶变换红外分光光度计，扫描次数4次，分辨率4cm-1。

1.2钨酸铽与钨酸钙共沉淀的制备

制备钨酸钙与钨酸铽过程中，首先要掌握制备钨酸钙的详细方法，当熟悉其实验条件以后才可以利用共沉淀的方法制备钨酸钙与钨酸铽的混合物。其主要原因有：（1）钨酸钙的制备条件不易掌握；（2）钨酸铽相对来说比较容易沉淀；（3）铽金属价格较高，实验条件成熟以后添加比较经济。

制备钨酸钙需要注意的实验条件：（1）pH值；（2）温度；（3）所加有机试剂的种类；（4）钨酸钠与氯化钙的比例大小。

（1）首先进行pH值的测定，钨酸钠与氯化钙反应制备钨酸钙，钨酸钠属于强碱弱酸盐，显示碱性，不调节pH值会有氢氧化钙生成，因此调节pH值小于7。但是进行铽的共沉淀时pH值等于7会影响铽的沉淀，所以将pH值控制在6.5以下。进行三次平行实验，每次均加入0.3mol/mL的氯酸钙20ml，0.3mol/mL的钨酸钠20mL，结果显示当pH值在6-5之间是效果最佳。

（2）温度的测定：温度也是影响实验的重要因素之一，因此我们在测定pH值之后进行温度的测定，三次平行实验，每次均加入0.3mol/mL的氯酸钙20mL，0.3mol/mL的钨酸钠20mL，同时加热到不同温度，在60℃以下时沉淀冷却后为胶状物，液体不易澄清。达到100℃时沉淀为白色粉末，且溶液澄清。所以我选择将溶液加热到100℃时制备沉淀。

（3）有机试剂的选择

钨酸钠与氯化钙混合制备钨酸钙沉淀时加入有机试剂可以促进沉淀的生成，加乙醇和乙酸乙酯或正丁醇加乙醇的制备方法最为简单。

（4）钨酸钠与氯化钙比例大小的选择

在上述沉淀完全后对其上清液过滤，取出两部分清液，分别加入氯化钙和钨酸钠，发现加入钨酸钠继续会有白色沉淀产生，初步判断氯化钙过量。分析原因为钨酸钠不稳定，溶解度较小，实验过程中没有完全参加反应，继续测定钨酸钠与氯化钙的比例问题。

方案提供为：1.5：1，2：1，2.5：1（其中所加氯化钙均20mL）

以上三种方案中过滤的清液中加入钨酸钠均无沉淀产生，但是2：1和2.5：1两种方案中，沉淀过滤后在清液中加入氯化钙发现有沉淀产生，说明钨酸钠过量。因此选择1.5：1的方案。

通过以上四种方案的测定显示本次实验最佳方案为：钨酸钠与氯化钙的比例为1.5：1，首先将钨酸钠的pH值调为5-6，然后将称量好的钨酸钠，氯化钙，有机试剂三者同时混合，进行快速搅拌并加热至沸。有机试剂的量不必过大，因为并不影响沉淀的质量，过量的话在加热至沸过程中会蒸发出去，不断搅拌有利于钨酸钙沉淀的生成，在掺杂铽时更有利于钨酸铽与钨酸钙的共沉淀生成。

钨酸钙与钨酸铽共沉淀的制备：称量0.3mol/mL的钨酸钠30mL，0.3mol/mL氯化钙20mL，5mL有机试剂，0.1mol/mL氯化铽0.5mL，同时迅速混合并搅拌加热，进行平行实验三次，结果如下：

三者平均质量为：0.7080g

2.结论

第一，在制备钨酸铽与钨酸钙共沉淀时所加的有机溶剂不会影响制备物质的本身性质以及发光强度。第二，钨酸钙与钨酸铽的共沉淀物能够体现出Tb3+所具备的发出绿色荧光的特性。（作者单位：满洲里市第六学校）

参考文献：

[1]樊能廷.有机合成事典[M].北京：北京理工大学出版社，1992.

[2]YE Hui，JIANG Zhong-hong（叶 辉，姜中宏）.Chinese[J].of Materials Research（材料研究学报），1995，9（4）：321-321