Lanthaniden en actiniden

Vakinformatie

Mastervak gedoceerd door Koen Binnemans. Tien punten zijn te verdienen door het schrijven van een grote paper. Het onderwerp hiervan verandert jaarlijks. De andere tien punten staan op het examen waar je nog enkele vragen krijgt over je paper. Niet al te moeilijk voor 6 studiepunten.

Examenvragen

26 januari 2018

1. What is an MRI contrast agent? What makes a good contrast agent?
2. How do you get RE oxides into the metallic state?
3. Explain the mechanism of sensitised luminescence
4. What is present in spent nuclear fuel?
5. Explain the balance problem from an economics perspective. How can recycling help?
6. Oral questions - brief discussion of written questions then feedback of the report with a few small questions

25 januari 2018

1. Grondtoetanden: Gd3+, Tb3+, Yb2+ en Nd3+
2. Hysteresis uitlegggen: bijvragen wat is Hc en Br en BHmax en wat betekenen die.
3. Waarom is de term rare earths misleidend? Welke RE zijn het minst abundant? Geef de trends qua abundantie binnen de lanthaniden (zowel LLn minder abundant als oneven atoommassa's). Waarom is Pm niet erg abundant.
4. Verschil f-f spectra lanthaniden met d-d spectra transitiemetalen
5. Waarom la3+, Lu3+ en Gd3+ geen emissie hebben in het zichtbaar gebied.
6. Waarom geen water in eerste coördinaatsfeer mag zitten
7. PUREX uitleggen. Bijvragen hoe Pu en U gestript worden.
8. Paper bijvragen

27 januari 2017

1. A solution of Eu(ClO4)3 in water shows a weak luminescence upon irradiation with light of a wavelength of 393 nm. Upon addition of the sodium salt of pyridine 2,6-dicarboxic acid (dipicalinic acid), a steady increase of the luminescence intensity is observed until the metal to ligand ratio is 1:3. Further addition of the ligand does not appreciably change the luminescence output. However, the luminescence becomes much stronger upon changing the excitation wavelength from 393 to 266 nm.
2. Discuss what types of stoichiometries are found for lanthanide beta-diketonate complexes and to list the most common types of beta-diketones used for complex formation with lanthanide ions
3. What is the balance problem, how is it influenced by recycling?
4. What is uranium enrichment, why and how is it used?
5. How can you form a anhydrous LnCl3 (2Ln + 3Cl2 => 2LnCl3 and thermal decomposition of LnCl3.xH2O in presence of SOCl2)
6. Small feedback on the paper, not necessary extra questions

26 januari 2017

1. Stabiliteit van lanthaniden beschrijven en deze vergelijken met de actiniden
2. Bespreek het mechanisme van sensitized luminescence
3. Wat is een MRI contrast agent? Wat zijn de vereisten voor een goede MRI contrast agent?
4. Hoe krijgt ge lanthaniden in hun metallische staat en wa zijn dan de algemene eigenschappen daarvan
5. Bespreek de verschillende stappen in de nuclear fuel cyclus
6. korte bespreking van het artikel met misschien enkele kleine vraagjes

24 januari 2013

1. Discuss the different oxidation states of the actinides and compare with the lanthanides.
2. Discuss the PUREX process
3. A solution of Eu(ClO4)3 in water shows a weak luminescence upon irradiation with light of a wavelength of 393 nm. Upon addition of the sodium salt of pyridine 2,6-dicarboxic acid (dipicalinic acid), a steady increase of the luminescence intensity is observed until the metal to ligand ratio is 1:3. Further addition of the ligand does not appreciably change the luminescence output. However, the luminescence becomes much stronger upon changing the excitation wavelength from 393 to 266 nm.
4. What are MRI contrast agents? What are the requirements for a good MRI contrast agent?
5. Write balanced chemical equations for the following reactions:
   • Reduction of ScF3 by calcium metal
   • reaction between hydrated holmium (III)chloride and thionyl chloride
   • thermal decomposition of (NH4)3NdCl6
   • reaction between Sm metal and 1,2-diiodoethane
6. korte bespreking van het artikel met enkele kleine vraagjes

27 januari 2012 VM

Binnemans

1. (a) MgCl2 smelt bij 712°C en kookt bij 1712°C; ScCl2 sublimeert bij 800°C; AlCl3 sublimeert bij 178°C. Verklaar deze resultaten aan de hand van het covalent karakter van de binding.(b) ScH2 is een goede geleider. Verklaar.
2. (a) Waarom zijn yttriumverbindingen goede hostmaterialen voor de zwaardere Ln3+-ionen? (b) In welke toepassingen worden deze gedoteerd worden met Eu3+?
3. Bespreek 3 manieren om de lanthaniden te plaatsen in de tabel van Mendeleev.
4. Bespreek 'sensitized luminescence' bij Ln3+-ionen.
5. Welke stoichiometriën vinden we terug bij beta-diketonaatcomplexen. Welke zijn de meest gebruikte?

Van Deun

1. Bespreek de 2 mogelijke manieren om thorium te extraheren uit het erts.
2. Bespreek de oxidatietoestanden van actinieden en vergelijk met de lanthaniden.
3. Hoe worden de transuraniumelementen gesynthetiseerd? Waarom gaat dit maar tot Fm? Welke alternatief kan dan gebruikt worden? Wat zijn de nadelen van deze techniek?
4. Waarom is de fissie van U(235) asymmetrisch?

26 januari 2012 NM

Binnemans

1. Work out the ground states for Nd3+, Gd3+, Tb3+ and Yb2+.
2. (a) What are MRI contrast agents?(b) What are the requirements for a good MRI contrast agent?
3. (a) Why is the name "rare earth" misleading?(b) What are the rarest elements of the rare earths? (c) What trend can be observed for the abundance of the lanthanide ions over the lanthanide series?
4. (a) Why do La3+, Lu3+ and Gd3+ compounds not show visible luminescence? (b) Explain why f-f transitions in the electronic spectra of lanthanide complexes are weaker than d-d transitions in the corresponding spectra of transition metal complexes.
5. Write the equations for (i) reduction of ScF3 by calcium, (ii) scandium oxide dissolving in potassium hydroxide, (iii) the thermal decomposition of (NH4)3ScCl6. (b) Why is the thermal decomposition of (NH4)3ScCl6 a good way of making pure ScCl3?

Van Deun

1. A table of reduction potentials for the actinides is given. Comment on the most stable oxidation states of the actinide ions in aqueous solution.
2. Discuss the actinyl ions. Why is ThO2 not linear?
3. What is the PUREX process and why is it used?
4. Explain the presence of the actinides Es and Fm in the fallout of the thermonuclear Mike test.

26 januari 2012 VM

Binnemans

1. Work out the ground states for Eu2+, Pm4+, Eu3+, Pr3+ and Er3+.
2. Explain why the electronic spectra of Pr3+ consist of a number of weak, sharp lines, whereas those in the spectrum of V3+ are stronger and broader and less numerous.
3. Ln[N(SiMe3)2]3 are pentane-soluble and sublime in vacuum at 100°C, whereas the much lighter LnCl3 have high melting and boiling points and do not dissolve in organic solvents. Explain why.
4. Something about luminescence and quenching of an Eu3+-complex
5. Write the equations for:
   • reduction of ScF3 by calcium
   • the thermal decomposition of (NH4)3NdCl6
   • the reaction of Sm with 1,2-diiodoethane
   • reaction of hydrated holmiumchloride with thionylchloride</text>

Van Deun

1. Discuss extraction of uranium from ores.
2. Compare the bonding in cyclopentadienyl compounds of the lanthanides and actinides with that in ferrocene.
3. How does ion exchange chromatography work and why was it so important in the discovery of the heaviest actinides?
4. Given an energy level diagram for the actinide COT compounds, fill in the right number of electrons for plutonocene and indicate whether this compound is diamagnetic or paramagnetic.