镧系和锕系元素的价电子构型特点2
天津大学无机化学课件第十四章镧系与锕系元素
课件
8
1750
Lu
1550
熔点/℃
1350
1150
950
750
Eu
Yb
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现
骤降的现象
2019/11/5
课件
9
∑(I1+I2+I3)/(kJ·mol-1)
4200
Yb
Eu
4000
Image Nd3+(4f3) 3
淡红
3 Er3+(4f11)
Pm3+(4f4) 4 粉红淡黄 4 Ho3+(4f10)
Sm3+(4f5) 5
黄
5 Dy3+(4f9)
Eu3+(4f6) 6
淡红
6 Tb3+(4f8)
Gd3+(4f7) 7
无
7 Gd3+(4f7)
2019/11/5
课件
14
无机化学多媒体电子教案
Lu
3800
3600
3400
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——第一、二、三电离能在
2019/11/5
Eu、Yb处出现骤升的现象
课件
10
Ln3+半径/pm
105
离子半径100Fra bibliotek9590
85
80
75
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
稀土元素化学习题答案
稀土元素化学习题答案1．简要回答下列问题：(1)什么叫稀土元素？什么叫镧系元素？答：稀土元素：镧系元素以及与镧系密切相关的钪(Sc)、钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。
镧系元素：镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu）等15种元素。
(2) 何谓“镧系收缩”，说明其产生的原因。
答：镧系收缩是指从镧到镥随着原子序数的增加，它们的原子半径、离子半径均逐渐减小的现象。
原因：镧系元素中每增加一个质子，相应的一个电子进入4f轨道，而4f电子对原子核的屏蔽作用与内层电子相比较小，有效核电荷数增加较大，核对最外层电子的吸引力增加。
(3) 为什么镧系元素的电子结构在固态和气态不同？这对元素的特性会造成什么影响？答：金属由气态变为固态，原子间通过金属键的形式结合为金属晶体，该过程价层轨道重叠，由于镧系原子外层轨道的伸展程度是按4f-5d-6s的顺序增大的，即4f轨道的相互重叠比5d、6s轨道困难得多，当镧系元素的原子间形成金属键时，主要是通过6s及5d 轨道的重叠，而4f轨道并不参与。
由于，电子迁跃需要吸收能量（激发能），但迁跃的结果，增加了一个成键电子，可以释放出一份成键能。
对于大多数镧系元素的原子，成键能大于激发能，从而导致4f电子向5d的跃迁。
影响：使镧系金属键的成键电子数除Eu、Yb外其余都为3。
为什么镧系元素彼此间化学性质的差别比锕系元素彼此间的差别要小得多？答：锕系的收缩一般比镧系的收缩要小一些。
(5) 镧系离子的电子光谱同d区过渡金属离子相比有什么不同？为什么？答：镧系离子可以观察到的光谱线大约有30000 条，而具有未充满d电子壳层的过渡金属元素的谱线约有7000条。
镧系离子的电子光谱呈窄的线状，光谱的位移和劈裂受环境的影响较小，而d区过渡金属离子吸收光谱为带状光谱。
镧系和锕系元素的价电子构型特点
第二十一章 镧系和锕系元素
[Fe(H2O)6]2+ 淡绿 [Fe(H2O)6]3+ 淡紫
[Fe(OH)(H2O)5]++H+
K =10-9.5
[Fe(OH)(H2O)5]2++H+
K =10-3.05
水解
Fe3+进一步水解：
[Fe(OH)(H2O)5]2+
2[Fe(H2O)6]3+
异硫氰合铁(Ⅲ)配离子 鉴定Fe3+
Fe3 6F- FeF63- (无色)
Co 2 4SCN - 丙酮 Co(NCS) 2- (天蓝 ) 4
四异硫氰合钴(Ⅱ)配离子 鉴定Co2+ 实验中用固体KSCN或NH4SCN
CN-
•氰配合物
Fe
2
CN- Fe(CN)4 2CN Fe(CN)2 (s) 6
4Fe(OH) O2 2H2O 4Fe(OH) 2 3
Fe 3OH Fe(OH)3 (s,红棕）
-
3
Fe(OH)3 3HCl FeCl3 3H2O
Co
Co(OH)Cl(s蓝) 氯化羟钴(碱式氯化钴) ,
Co 2OH Co(OH)2 (s, 粉红)
存在
1. 存在
•赤铁矿：Fe2O3；磁铁矿：Fe3O4； •黄铁矿：FeS2； •辉钴矿：CoAsS； •镍黄铁矿：NiS· FeS；
2.单质的物理性质
•白色金属，磁性材料；
•Fe，Co和Ni熔点接近。
化性
3.单质的化学性质
•与稀酸反应(Co，Ni反应缓慢)
M 2H (稀) M 2 H 2
第14章 镧系与锕系元素
2019/11/8
1
§14-1 引言 §14-2 镧系元素的电子层结构和通性 §14-3 镧系元素的离子和化合物 §14-4 镧系元素重要化合物和镧系金属 §14-5 锕系元素的电子层结构和通性
§14-6 钍和铀的化合物
2019/11/8
2
§14-1 引言
2019/11/8
3
2019/11/8
4
2019/11/8
5
镧系Ln(15种） 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Lu 轻稀土（铈组） 重稀土(包括Sc、Y)(钇组)
Ln、Sc、Y—稀土元素（17种）用RE表示 锕系元素（An)
89--------------------103 (15种） Ac---------------------Lr
2019/11/8
6
§14-2 镧系元素的电子层结构和通性
一、电子层结构 La:5d16s2;余皆有4f电子。
2019/11/8
7
二、镧系收缩
1.定义：镧系元素的原子半径和离子半径，其总的 趋势是随原子序数的增大而减小。
2.特点：⑴ 镧系内原子半径呈缓慢减小趋势；
⑵ 结果造成Hf和Ta的原子半径与同族的Zr 和Nb的原子半径极为相近。
2019/11/8
8
⑶ 离子半径收缩效果比原子半径明显 ⑷ Eu(63) 、Yb(70)原子半径反常 ⑸ 收缩后果…………
如何从理论上解释?
2019/11/8
9
2019/11/8
10Biblioteka 三、氧化态+3为镧系元素常见和特征氧化态，少量 +2，+4不稳定。
第章f区金属镧系与锕系金属
第25章f区金属镧系与锕系金属[教学要求]1．掌握镧系和锕系元素的电子构型与性质的关系。
2．掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
3．了解镧系和锕系以及与d过渡元素在性质上的异同。
4．一般了解它们的一些重要化合物的性质。
[教学重点]1．镧系和锕系元素的电子构型。
2. 镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响[教学难点]镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响[教学时数]2学时[主要内容]1．镧系元素的通性，镧系金属及其重要化合物的性质。
2．稀土元素的分布、分离及稀土金属的配合物的性质。
3．锕系元素的通性，锕系金属及其重要化合物的性质。
[教学内容]周期表中，IIIB族有32个元素，包括钪、钇、镧和锕，其中镧这一格代表15种镧系元素（Z=51-71），锕这一格代表着15个锕系元素(Z＝89-l03)。
下面分别讨论镧系元素和锕系元素。
25-1 镧系元素一、 镧系元素的通性镧系元素：镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的14种元素性质很相似，所以把从57号La到71号Lu的15种元素作为镧系元素.价电子构型通式：4f0-145d0-16s21、电子构型原子序数元素符号价电子层结构4f05d16s257 镧 La4f1 5d16s258 铈 Ce4f36s259 镨 Pr4f46s260 钕 Nd4f56s261 钷 Pm62 钐 Sm 4f 6 6s 2 63 铕 Eu 4f 7 6s 2 64 钆 Gd 4f 7 5d 6s 2 65 铽 Tb 4f 9 6s 2 66 镝 Dy 4f 10 6s 2 67 钬 Ho 4f 11 6s 2 68 铒 Er 4f 12 6s 2 69 铥 Tm 4f 13 6s 270 镱 Yb 4f 14 6s 2 71镥 Lu 4f 14 5d 1 6s 22. 氧化态+III 氧化态是所有镧系元素的特征氧化态。
它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成稳定的+III 氧化态。
第24章 镧系和锕系元素
4044
4193 3886
4f 145d16s2
6
第24章
镧系元素和锕系元素
24.1 镧系元素
镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化 态，+3是镧系元素的常见氧化态，特征氧 化态。
7
第24章
镧系元素和锕系元素
价电子层结 构 4f 05d16s2 4f 15d16s2 4f 3 6s2 4f 4 6s2 4f 5 6s2 4f 6 6s2 4f 7 6s2 4f 75d16s2 4f 9 6s2 4f 10 6s2 4f 11 4f 12 4f 13 4f 14 6s2 6s2 6s2 6s2 +3 Ln3+ 4f 0 4f 1 4f 2 4f 3 4f 4 4f 5 4f 6 4f 7 4f 8 4f 9 4f 10 4f 11 4f 12 4f 13 4f 14
f区元素
§18. 2 锕系元素
3. 离子半径
由于5f电子对原子核的屏蔽作用比 较弱，随着原子序数的递增，有效核电 荷增加，锕系元素的离子半径也有与镧
系元素收缩类似的“锕系收缩”现象。
29
第十八章
f区元素
§18. 2 锕系元素
4. 离子的颜色
锕系 Ac3+ Th4+ PaO2+ Pa4+ Cm3+ 5f 0 5f 0 5f 0 5f 1 5f 7 颜色 无色 无色 无色 浅红色 绿色 镧系 La3+ Ce3+ Gd3+ Nd3+ Pr3+ 4f 0 4f 1 4f 7 4f 3 4f 2
ⅢB Y3+ 89.3 La3+ 106 ⅣB Zr4+ 80 Hf4+ 79 ⅤB Nb5+ 70 Ta5+ 69 ⅥB Mo6+ 62 W6+ 62
镧系和锕系——精选推荐
第二十三章镧系元素和锕系元素周期表中，ⅢB 族有32 种元素，包括钪、钇、镧、锕，其中镧这一格代表15 种镧系元素（ 71 ~ 57 = Z ），锕这一格代表15 种锕系元素（ 103 ~ 89 = Z ），下面分别讨论镧系和锕系元素。
23-1 镧系元素1、通性：（1）概念：镧系包括从Lu La ~ 的15 种元素，用Ln 表示，又由于Y 在矿物中的与镧系共生，其原子半径和离子半径与镧系元素接近，所以又把Y 和镧系元素合称希土元素，用RE 表示。
（2）电子层结构镧系内，自La 以后，增加的电子填充在f 4 亚层上， f 有t 个轨道，共可容纳14个电子，所以La 后出现14 种元素，称为第一内过渡系。
锕系后14 种元素称第二内过渡元素，92 号U 以后的元素又叫超铀元素。
镧系元素原子的最外面两层的电子结构相似，不同在于f 4 内层，因此化学性质非常相似，在周期表中占一格。
（3）氧化态：主要价态为+Ⅲ，+Ⅳ，但不及+Ⅱ稳定，+Ⅱ价态为很强的还原剂+ 2 Sm （钐），+Ⅳ为很强的氧化剂如： + 4 Ce （铈）（能存在于溶液中）， + 2 Eu （铕）， + 2 Yb （镱）能存在于溶液中。
它们的氧化态与电子层的构型有关，如14 7 0 , , f f f 特别稳定，另外还与其热力学和动力学因素有关。
（4）原子半径和离子半径：镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。
随着原子序数的增加，电子填入f 4 层，而f 4 电子对核的屏蔽不如内层电子，因而随着原子序数的增加，对外层电子吸引力增加，原子半径、离子半径逐渐减小。
其中铕（Eu ）和镱（Yb ）的原子半径变化趋势反常，是因为它们分别具有7 4 f 和14 4 f 的稳定结构，对原子核有较大的屏蔽作用。
另外，在它们的金属晶体中它们仅能给出2 个s 电子形成金属键，原子之间的结合力不像其他镧系元素那样强，所以金属铕和镱的密度较低，熔点也较低，升华能也比相邻的元素低。
镧系和锕系元素
镧系元素第一个f电子在铈原子出现，随着原子序数增 加，4f轨道中电子的填充出现两种类型：[Xe]4f n6s2和 [Xe]4fn-15d16s2 。 La 的 价 电 子 构 型 为 4f05d16s2 ， Ce为 4f15d16s2，Gd为4f75d16s2，Lu为4f145d16s2，其余镧系 元素原子为4fn 6s2 。镧系元素原子的电子构型按照哪 一类型排列，符合洪特规则的特例。一般情况下，等 价轨道全充满、半满或全空的状态是比较稳定的。
镧系金属
镧系金属为银白色金属，比较软，有延展性，但抗拉 强度低。镧系金属的活泼顺序，从La到Lu递减，它们 的活泼性仅次于碱金属和碱土金属。当它们与潮湿空 气接触时易被氧化而变色。因此，镧系金属应在隔绝 空气条件下保存，可保存在煤油里。
镧系金属的密度基本上是随着原子序数的增大而 递增，从La(6.17g·cm-3)到 Lu(9.84 g·cm-3)逐渐 增加。但Eu(5.26 g·cm-3)和Yb(6.98 g·cm-3)的密 度比它们各自左右相邻的两种金属都小。这是由于Eu 和Yb的4f轨道分别处于半充满和全充满状态，对原子 核的屏蔽效应增大，有效核电荷降低，导致核对外层 电子的引力减小，使得它们的半径突然增大。
原子序数
铕和镱出现反常现象， 这是因为它们的电子 构型分别是半充满 4f7 和全充满4f14 ，这 两种结构比4f电子层 未充满的其他状态对 核电荷有更大的屏蔽 作用。
原子半径 /pm
镧系元素的原子半径除Eu和Yb反常外，从La到Lu略有 缩小的趋势，但缩小程度不如离子半径。这是由于镧系 元素原子的电子层比相应的离子多一层，它们的最外层 是6s2，4f居于倒数第三层，它对原子核的屏蔽作用很强 ，接近100 %，因而镧系元素原子半径收缩的效果就不 明显了。
第23章镧系元素和锕系元素
Sm，Eu，Yb 还可以形成2价化合物，但都易被氧化。
2 La + 6 HCl = 2 LaCl3 + 3 H2 2 La + 6 H2O = 2 La (OH)3 + 3 H2
2 镧系化合物的颜色
由f－f 跃迁引起
f x 和 f 14-x 电子构型的离子具有相同或相近的颜色。
例如：Ce3+ 和 Yb3+ 无色； Pr3+ 和 Tm3+ 绿色。
高氧化态的金属也易产生电荷跃迁而显色，如Ce4+(4f0)的 橙红色 。 玻璃中掺有少许稀土离子，可具有特殊性能及颜色。如掺 有 Nd2O3 显红色，掺有 Pr2O3 显绿色。
23-1-3 稀土的分离提纯
重结晶法
离子交换法
萃取法
23 － 2 锕系元素（自学）
六氟化铀 铀的氟化物有很多种，其中以UF6最重要。六氟
化铀具有挥发性，利用238UF6和235UF6蒸汽扩散速度的差异，
可使铀-235和铀-238分离而富集铀-235，从而制得铀-235核
燃料。
3 镧系化合物的发光
物质的发光：物质受到外界能量的激发，其电子从基态跃 迁到激发态，当电子由激发态返回较低能级时，发射出不同波 长的光。 根据外界的激发能量不同，有光致发光，阴极射线发光， 电致发光，X 射线发光等。 “荧光”：若激发停止发光也立刻停止；“磷光”：若激发
镧系元素和锕系元素
经过高温灼烧的 Ln2O3 在强酸
中的溶解性较差，灼烧温度较低的溶
解性较好。 镧系的氧化物与酸反应形成镧系
的盐类 。
例如
La2O3 + 6 HNO3 —— 2 La （NO3） 3 + 3 H2O Dy2O3 + 6 HCl —— 2 DyCl3 + 3 H2O 将溶液浓缩后，均可得到结晶水合物
具有 f3，f4，f5 和 f10，f11 结构的
+3 价离子呈现浅红色和黄色； 具有 f6，f7，f8 结构的 +3 价离子， 吸收峰全部或大部分在紫外区，所以 无色或略带粉红色。
镧系元素的一些简单化合物，如
Ln2O3 和 Ln （OH） 3 等的颜色基本与对
应的 Ln3+ 相同，这是因为它们的显色
HCl —— △
LnCl3 + 6 H2O
采用氧化物氯化的方法制备纯无 水盐，需要在反应体系中加入碳粉， 通过热力学耦合，使反应进行完全。
HCl Ln2O3 + 3 C + 3 Cl2 —— △
2 LnCl3 + 3 CO
制备无水氯化物的最佳方法 应是金属的直接氯化 。
（2） 含氧酸盐
硫酸与镧系金属，镧系氧化物、 氢氧化物反应，均可得到镧系的硫 酸盐。硫酸与镧系碳酸盐等弱酸盐 反应，亦可得镧系的硫酸盐。
化学反应的实质总是与酸或碱有关 。
氢氧化钠分解法和硫酸分解法
的反应实质分别为
△
LnPO4 + 3 NaOH ——
Ln （OH） 3↓ + Na3PO4
△ 2 LnPO4 + 3 H2SO4 ——
（ ）3 + 2 H3PO4 Ln 2 SO4
第二十二章 镧系和锕系元素
概述 镧系元素 锕系元素
元素周期表
1 氢
3
IA 1 H
2
2 锂 铍 11 Na 12 Mg 3 钠 镁 IIIB
19
IIA Li 4 Be
IIIA IVA 5 B 6 C
VA 7 N
15
VIA VIIA 8 O 9 F
16
氦
He
10 Ne 18 Ar
硼
13
碳
14
氮 氧 磷 硫
P S
57 La 58 Ce 59
Rb
Y
40
Zr
41
Nb
42 Mo 43
Tc 44 Ru
Pd
47 Ag 48 Cd 49
Te
I
镧 铈
镨
Pr
60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65
钕 钷
92
钐 铕 钆 镅 锔
Tb
铽 镝
66 Dy 67 Ho 68
Er
69Tm
70 Yb 71
钬
铒 铥
镱 镥
5d1
注：Eu,Yb 的4f电子能量 电子能量 不参与成键, 低,不参与成键 不参与成键 只有2个电子成 只有 个电子成 键，而其余有 三个电子成键。 三个电子成键。 因此它们 的金属键弱、 的金属键弱、 原子半径显得 较大、 较大、熔沸点 较低。 较低。
镧系元素
三、氧化态 +III氧化态是所有 元素的特征氧化态。 氧化态是所有Ln元素的特征氧化态 氧化态是所有 元素的特征氧化态。 它们失去三个电子所需的电离势较低， 它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成 稳定的+III氧化态。 氧化态。 稳定的 氧化态 有些虽然也有+II或 氧化态， 有些虽然也有 或+IV氧化态，但都不稳定。 氧化态 但都不稳定。 Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形 能形 氧化态即 成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。 氧化态 Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形 能形 氧化态即 成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14) 。 氧化态 电子层结构来看， 接近或保持全空、 从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满 电子层结构来看 及全满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素 也存在热力学及动力学因素)。 及全满时的状态较稳定 也存在热力学及动力学因素 。
镧系元素
+II Sm(4f66s2) Sm(4f6)
Eu(4f76s2) Tm(4f136s2) Yb(4f146s2) Eu(4f7) Tm(4f13) Yb(4f14)
从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满及全 满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素)。
水溶液的稳定性：
Ce4+(4fo) ＞ Pr4+(4f1) Sm2+(4f6) ＜ Eu2+(4f7)
LnCl3
LnCl3·6H2
O
LnCl标3和准L溶nC解l3焓·6H2O的
镧系元素的单质
1. 镧系金属单质的化学性质
碱金属 Eo = -2.9左右 碱土金属 Eo = -2.3—2.9
Al E o = -1.96
Ln E o = -2.3左右
(1) 活泼性仅次于碱金属和Ca、Sr、Ba而与Mg 类似；
89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101Md 102No 103 Lr
锕 钍 镤 铀镎 钚 镅 锔 锫 锎 锿 镄 钔 锘 铹
镧系元素的发现
镱 1879年 钇 1794年 镱 1878年
镥 1905-1907年 钇土1794年 铒 1843年 钪 1879年
不同点：
铈组
钇组
硫酸盐 碳酸盐 草酸盐
不溶于M2SO4溶液 不溶于CO32-溶液 不溶于C2O42-溶液
溶于M2SO4溶液 溶于CO32-溶液 溶于C2O42-溶液
2. +IV化合物
Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形 成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。
第12章镧系与锕系元素
Th 钍
6d1 7s2
6d2 7s2
Bk 锫(pei)
Cf 锎 Es 锿(ai)
5f9 6d0 7s2
5d10 6d0 7s2 5f11 6d0 7s2
Pa 镤(pu) 5f2 6d1 7s2
U 铀
Np 镎 Am 镅 Cm 锔
5f3 6d1 7s2
5f4 6d1 7s2 5f7 6d0 7s2 5f7 6d1 7s2
+3
+2
Ba2+ Sm Eu Yb
La3+(4f 0)、 Gd3+(4f 7) 和 Lu3+(4f 14) 为稳定结构，难以生成 +2 和 +4 氧化态； Ce3+(4f 1) 和 Tb3+(4f 8) 失去1个电子即达稳定结构， 易生成 +4 氧化态；Eu3+(4f 6) 和 Yb3+(4f 结构，易出现 +2 氧化态 .
镧系元素的原子、离子半径
元素
57La 58Ce 59Pr
60Nd
61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er
69Tm
70Yb 71Lu
Ln价电子构型 原子半径/pm 187.9 4f05d16s2 182.4 4f15d16s2 182.8 4f3 6s2 182.1 4f4 6s2 181.1 4f5 6s2 180.4 4f6 6s2 204.2 4f7 6s2 180.1 4f75d16s2 178.3 4f9 6s2 177.4 4f10 6s2 176.6 4f11 6s2 175.7 4f12 6s2 174.6 4f13 6s2 4f145d16s2 193.9 4f145d16s2 173.5
镧系锕系元素-内容要点
内容提要、重点难点、本章要求1.内容提要(1)镧系、锕系元素的名称、符号、电子层构型、氧化态及变化规律；(2)镧系收缩及后果；(3)镧系元素化合物；(4)稀土元素；(5)习题与测试；2.重点难点(1)镧系元素原子半径及离子半径变化规律；(2)镧系收缩及后果；3.本章要求(1)掌握镧系元素名称、符号、价电子构型及半径变化规律；(2)掌握镧系收缩及后果；(3)了解镧系元素性质；(4)了解稀土元素的用途；4.建议学时－－－－2学时15.1 镧系、锕系元素的名称、符号、电子层构型、氧化态及变化规律1.名称和符号周期表中有两个系列的内过渡元素，即第六周期的镧系和第七周期的锕系。
镧系包括从镧（原子序数57）到镥（原子序数为71）的15种元素；锕系包括从锕（原子序数89）到铹（原子序数103）的15种元素。
2.电子层构型镧系、锕系电子层构型比较复杂，第三层4f、5f轨道上。
表15-1 镧系元素原子的电子层结构57镧La58铈Ce59镨Pr60钕Nb61钷Pm62钐Sm63铕Eu64钆Gd65铽Tb66镝Dy67钬Ho68铒Er69铥Tm70镱Yb71镥Lu从表15－1可知，除镧原子外，其余镧系元素原子的基态电子层结构中都有f电子。
镧虽然没有f电子，但它与其余镧系元素在化学性质上十分相似。
镧系元素最外两个电子层对4f轨道有较强的屏蔽作用，尽管4f能级中电子数不同，它们的化学性质受4f电子数的影响很小，所以它们的化学性质很相似。
【问题】为什么La最外层电子构型不是4f16s2，而是4f05d16s2; Gd最外层电子构型不是4f86s2，而是4f75d16s2？根据洪特规则，电子处于半满、全空时较为稳定。
表15-2 锕系元素原子的电子层结构原子序数元素名称元素电子层结构89锕Ac90钍Th91镤Pa92铀U93镎Np94钚Pu95镅Am96锯Cm97锫Bk98锎Cf99锿Es100镄Fm101钔Md102锘No103铹Lr3.氧化态镧系元素前三级电离势之和是比较低的，比某些过渡元素要低。
镧系和锕系
第十四章镧系和锕系元素
本章要求了解镧系和锕系元素的通性，我国稀土元素的概况以及核反应的类型。
f 区元素包括周期系中的镧系元素（原子序数57～71共15种元素）和锕系元素(原子序数89～103共15种元素)。
镧系元素中只有钷是人工合成的，具有放射性。
锕系元素均有放射性，铀后元素为人工合成元素，称超铀元素。
锕系元素中的钍(Th)和铀(U)在地壳内储量较多，而锕(Ac)、镤(Pa)、镎(Np)、钚(Pu)则极微。
周期系第ⅢB组中的钪、钇和镧以及其它镧系元素（共17种元素）性质都非常相似，并在矿物中共生在一起，总称为稀土元素，常用RE(Rare Earth)表示
f 区元素的价层电子构型为(n-2)f0～14(n-1)d0～2n s2, 其特征是随着核电荷的
增加，电子依次填入外数第三层(n-2)f 轨道，因而又统称内过渡元素。
14-1 镧系和锕系元素概述
镧系元素(Lanthanides, 简写为Ln)和锕系元素(Actinides, 简写为An)的基本性质列表于14-1和14-2。
表14-1 镧系元素的一些性质
锕系元素概述
锕系元素(Actinides, 简写为An, 原子序数89～103, 共15种元素)。
锕系元素均有放射性，铀后元素为人工合成元素，称超铀元素。
锕系元素中的钍(Th)和铀(U)在地壳内储量较多，而锕(Ac)、镤(Pa)、镎(Np)、钚(Pu)则极微。
表14-2 锕系元素的基本性质。
第21章 过渡金属(II) 第22章 镧系元素和锕系元素
过渡金属（II）§21-1 铁系元素一、概述铁系元素：Fe ---3d64s2；氧化态：+2，+3，+4，+5，+6Co---3d74s2；+2，+3，+4Ni---3d84s2；+2，+3，+4最高氧化数低于族数元素电势图（P1013）：酸性条件下：Fe2+, Co2+, Ni2+最稳定，但Fe2+易被氧化Fe(VI), Co(III), Ni(IV)有强氧化性碱性条件下：M（II）的还原性增强4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(快)4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3(慢)Ni(OH)2+O2→不反应单质性质：Fe Fe+2H+=Fe2++H2↑3Fe+4H2O(g) 850K Fe3O4+4H2Fe+NH3→Fe2NFe+O(S2,Cl2,P) 猛烈反应Co Co+2H+=Co2++H2↑(反应慢)Ni Ni+2H+=Ni2++H2↑Co、Ni在碱中的稳定性高于Fe；三者都在冷的浓HNO3中钝化；Fe在含有重铬酸盐的酸中也钝化。
二、铁的化合物1.氧化数为+2的化合物a.FeO和Fe(OH)2FeO的制备：FeC2O4隔绝空气ΔFeO+CO+CO2性质：碱性氧化物Fe(OH)2的制备：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓(白)性质：还原性+O2+2H2O=4Fe(OH)32酸碱性：主要呈碱性，酸性弱Fe(OH)2+4OH-(浓)=[Fe(OH)6]4-b.FeSO4制备：2FeS2(黄铁矿)+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4或Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OFe2(SO4)3+Fe=3FeSO4性质：热稳定性2FeSO4573K Fe2O3+SO2+SO3溶解性：易溶于水水解性：微弱水解Fe2++H2O=Fe(OH)-+H+还原性：4FeSO4+O2+2H2O=4Fe(OH)SO46FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O氧化性：Zn+Fe2+=Zn2++Fec.Fe(II)的配位化合物多为六配位的，配体如H2O、CN-、C5H5-等[Fe(H2O)6]2+淡绿色2KCN+FeS=Fe(CN)2+K2S4KCN+Fe(CN)2=K4[Fe(CN)6]K4[Fe(CN6).3H2O 即黄血盐K4[Fe(CN)6] 373K 4KCN+FeC2+N2K++Fe3++[Fe(CN)6]4-=KFe[Fe(CN)6 ]↓(普鲁士蓝)---检Fe3+2C5H5MgBr+FeCl2=(C5H5)2Fe(二茂铁)+MgBr2+MgCl22.氧化态为+3的铁的化合物a.氧化物及氢氧化物Fe2O3: α型---顺磁性由Fe(NO3)3或Fe2(C2O4)3分解制备γ型----铁磁性由Fe3O4氧化制得Fe3O4(FeO.Fe2O3):=Fe3O426FeO+O2=2Fe3O43Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑Fe(OH)3(即Fe2O3.nH2O): 两性偏碱性Fe(OH)3+3OH-(浓)=[Fe(OH)6]3-b.FeCl3共价分子，易升华，蒸气中双聚氧化性（酸性介质中）：2Fe3++2I-=2Fe2++I22Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+水解性：Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+Fe(OH)2++H2O=Fe(OH)2++H+H[Fe(H2O)5OH]2++[Fe(H2O)6]3+=[(H2O)5Fe-O-Fe(H2O)5]5++H2OOH 2[Fe(H2O)5OH]2+=[(H2O)4FeFe(H2O)4]4++2H2OOH当pH=0时[Fe(H2O)6]3+占99%pH=2-3时聚合度>2的多聚体pH>3 Fe(OH)3胶状↓Fe2(OH)24+、Fe2(OH)42+等聚合离子可与SO42-结合成一种浅黄色复盐晶体M2Fe6(SO4)4(OH)12 (M=K+, Na+,NH4+)，例Na2Fe6(SO4)4(OH)12(黄铁矾)的制备过程如下：(SO4)3+6H2O=6Fe(OH)SO4+3H2SO424Fe(OH)SO4+4H2O=2Fe2(OH)4SO4+2H2SO 42Fe(OH)SO4+2Fe2(OH)4SO4+Na2SO4+2H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+H2SO4配合性：六配位，配体如H2O、CN-、F-、SCN-等2K4[Fe(CN)6]+Cl2=2KCl+2K3[Fe(CN)6](赤血盐)K3[Fe(CN)6]在碱性介质中有氧化性：4K3[Fe(CN)6]+4KOH=4K4[Fe(CN)6]+O2↑+2 H2OK++Fe2++[Fe(CN)6]3-=KFe[Fe(CN)6]↓(縢式蓝)---检Fe2+Fe3++nSCN-=[Fe(SCN)n]3-n(血红色)----检Fe3+还原性：2Fe3++10OH-+3ClO-=2FeO42-+3Cl-+5H2O3.氧化数为+6的铁的化合物FeO42-+8H++3e-= Fe3++4H2Oφo A=2.20VFeO42-+4H2O+3e-= Fe(OH)3+5OH-φo B=0.72VClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-φo B=0.89V2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-(紫红色)+3Cl-+5H2OFe2O3+3KNO3+4KOH=2K2FeO4+3K NO2+2H2OBa2++FeO42-=BaFeO4↓FeO42-在酸性条件下不稳定：4FeO42-+20H+=4Fe3++3O2↑+10H2O钴的化合物1.+2价的钴的化合物CoO(灰绿)：由CoCO3(或CoC2O4、Co(NO3)2隔绝空气加热制得难溶于水，不溶于碱，溶于酸Co3O4(黑)：由CoCO3(或CoC2O4、Co(NO3)2在空气中加热制得Co(OH)2:Co2++OH-+Cl-=Co(OH)Cl↓(蓝)Co(OH)Cl+OH-=Co(OH)2↓(粉红)弱两性，偏碱性Co(OH)2+2OH-(浓)=Co(OH)42-还原性：4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3↓(棕褐色)Co(OH)2+Br2(或Cl2, ClO-)→Co(OH)3 Co2+的配合性：易与NH3、CN-、SCN-、NO3-等形成配合物，配合物还原性强，不稳定CoCl2.6H2O 325K CoCl2.2H2OCoCl2.H2O 393K CoCl2粉红紫红蓝紫蓝[Co(NH3)6]3++e-=[Co(NH3)6]2+φo=0.10V4[Co(NH3)6]2++O2+2H2O=4[Co(NH3) ]3++4OH-64[Co(H2O)6]2++20NH3+4NH4++O2=4[ Co(NH3)6]3++26H2O2[Co(H2O)6]2++10NH3+2NH4++H2O2 =2[Co(NH3)6]3++14H2O2K4[Co(CN)6]+2H2O 微热2K3[Co(CN)6]+2KOH+H2↑Co2++4SCN- =[Co(SCN)4]2-(蓝色，在有机溶剂中较稳定，水中易解离)Hg2++[Co(SCN)4]2-=Hg[Co(SCN)4]↓(蓝)Co2++4NO3-=[Co(NO3)4]2-(八配位，NO3-为双齿配体)2.+3价的钴的化合物----氧化性O3.H2O 573K Co3O4+O2↑22Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2OCo3+的配合性：配合物稳定，与NH3、CN-、NO2-、F-等形成六配位的配合物，只有F-的配合物为高自旋Co2++7NO2-+3K++2HAc ΔK3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+Ac-易通过OH-、NH2-、NH2-、O22-、O2-为桥形成多核配合物O2[(NH3)4CoCo(NH3)4]Cl3NH2配合物的异构体多，如：[(ONO)Co(NH3)5]Cl2红色[(NO2)Co(NH3)5]Cl2黄棕色四、镍的化合物+2价的镍的化合物NiO: 暗绿色，溶于酸，难溶于水，不溶于碱Ni(OH)2: 苹果绿，碱性还原性：2Ni(OH)2+Br2+2OH-=2Ni(OH)3↓(棕黑)+2Br-稳定性：在空气中稳定Ni2+的配合性：[NiCl4]2-四面体构型[Ni(CN)4]2-平面正方形构型Na2[Ni(C N)4].3H2O 黄色K2[Ni(CN )4].H2O 橙色[Ni(NH3)6]2+天蓝色[Ni(en)3]2+紫红色与丁二酮肟形成鲜红色的内配盐沉淀，用于鉴定Ni2+2.+3、+4价的镍的化合物------氧化性β-NiO(OH)：黑色，碱性2Ni2++KBrO+4OH-=2 β-NiO(OH)+KBr+H2ONiO2.nH2O: 黑色，强氧化性，不稳定Ni2++ClO-+2OH-+(n-1)H2O=NiO2.nHO+Cl-2Ni(OH)3:2Ni(OH)2+Br2+2OH-=2Ni(OH)3↓(棕黑)+2Br-2Ni(OH)3+6HCl(浓)=2NiCl2+Cl2↑+6H2O五、铁、钴、镍的低氧化态的配合物如Fe(CO)5、HCo(CO)4存在反馈π键Ni+4CO 325K, 1atm Ni(CO)4(无色液体)Fe+5CO 373-473K, 2.02×107Pa Fe(CO)5淡黄液体)2CoCO3+2H2+8CO 393-473K,2.53-3.03×107Pa Co(CO)8+2CO2+2H2O2羰基配合物的特点：熔、沸点低，易挥发，易分解，有毒Fe(CO)5473-523K Fe+5COFe(CO)5+2NO=Fe(CO)2(NO)2+3 COCo2(CO)8+2NO=2Co(CO)3(NO) +2CO(NO为三电子配位体)§21-2 铂系元素一、概述Ru Rh Pd Os(蓝灰)Ir PtRu、Rh、Os、Ir不溶于王水Pt、Pd溶于王水Pd还溶于稀或浓硝酸及热的硫酸中室温下仅有粉末状的Os被氧化成挥发OsO4Ru+O2ΔRuO2Rh+O2炽热Rh2O3升温分解Pd+O2炽热PdO 升温分解Pt+O2ΔPtO Δ分解铂系金属不与N2作用，与S、P、Cl2、F2等在高温下反应Pt+Cl2(干燥) >523K PtCl2H2PtCl5+Cl2573K PtCl4(红棕色) 643-708K PtCl(暗绿)3708-854K PtCl2855K Pt苛性碱或Na2O2对Pt腐蚀严重Pt易与S, M2S, Se, Te, P4, M3PO4, 磷化物作用二、铂和钯的重要化合物1.H2[PtCl6] 及其盐PtCl4+2HCl=H2[PtCl6]H2[PtCl6].6H2O 橙红：两性4Pt(OH)4+6HCl=H2[PtCl6]+4H2OPt(OH)4+2NaOH=Na2[Pt(OH)6]PtCl4+2NH4Cl=(NH4)2[PtCl6]PtCl4+2KCl= K2[PtCl6]Na2[PtCl6]易溶于水、酒精(NH4)2[PtCl6]及M2[PtCl6] (M=K,Rb,Cs)均为难溶于水的黄色晶体氯亚铂酸盐：K2[PtCl6]+K2C2O4=K2[PtCl4]+2KCl+2CO2↑(NH4)2[PtCl6] ΔPt+2NH4Cl+2Cl2↑3(NH4)2[PtCl6] Δ3Pt+2NH4Cl+16HCl+2N2↑稳定性：[PtF6]2- < [PtCl6]2-< [PtBr6]2- < [PtI6]2-K盐颜色：黄深红黑Pt(II)-乙烯配位化合物[PtCl4]2-+C2H4 =[Pt(C2H4)Cl3]-+Cl-2[Pt(C2H4)Cl3]- =[Pt(C2H4)Cl2]2+2Cl-3.PdCl2PdCl2+CO+H2O=Pd↓+CO2↑+2HCl第二十二章镧系元素和锕系元素§22-1引言1.镧系元素2.稀土元素3.轻稀土（铈组稀土）：La, Ce, Pr, Nd, Pm,Sm, Eu4.重稀土（钇组稀土）:Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu(Sc)，Y§22-2镧系元素的电子层结构及通性一、镧系元素在周期表中的位置及其电子层结构电子层结构：P1070二、镧系收缩势是随着原子序数的增大而缩小，这个现象称“镧系收缩”。
大学无机化学课件第24章镧系元素和锕系元素剖析
裂变材料的质量的需要小于临界质量。使用时将两块 合并成一块。
核聚变：较轻原子核聚合为较重的原子核并放出巨大 能量的过程称为。
氢弹
利用裂变爆炸所造成的极高温度，使内部的轻原子核 发生剧烈而不可控制的聚变反响。
因不受临界体积的限制，氢弹的爆炸力可能比原子弹 大千百倍。
2 人造元素的合成
具有 2、8、20、28、50、82 个质子和 2、8、20、 28、50、82、126 个中子的核稳定。
大学无机化学课件第 24章镧系元素和锕系
元素剖析
15 种镧系元素 ( 用 Ln 表示 )， 加上钪 ( Sc ) 和钇 ( Y )，共 17 种元素，称为稀土元素，用 RE 表示 。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 鑭 铈镨釹 鉕 钐铕 称为铈组稀土或轻稀土。
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Y 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥钪钇 称为钇组稀土或重稀土
稀土材料的“上转换〞功能在日常生活与军事上得 到应用。
24 － 1 － 2 镧系元素的重要化合物
1 氧化物和氢氧化物
〔1〕+3价氧化态
2 Ln + 3 O2
Ln2O3 ( Ce、Pr、Tb 除外 )
Ln2O3 难溶于水，易溶于酸，经过灼烧仍溶于强酸， 与 Al2O3 不同。
Ln3+ + OH
Ln(OH)3
难溶于水、稀酸，可将镧系金属离子与其它金属别 离。
向硝酸盐或氯化物的溶液中加 6 mol ·dm3 硝酸和草 酸，可得到草酸盐沉淀。
3 配位化合物
镧系元素生成配合物的能力小于过渡元素，但大于碱 土金属，
Ln3+ 离子与配体之间的相互结合以静电作用为主， 配位数一般较大。
无机化学 第二十二章：镧锕系元素
7
双峰效应
8
离子半径: Ln3+半径单调下降，其它价态的离子半径变化也和
Ln3+相似。在Gd3+处，出现离子半径减小幅度变小 的现象, 叫钆断效应。 ( Gd3+: 4f 7 )
Gd3+
9
6. 离子颜色
8
f-f 跃迁：由于f轨道深埋在原子内部，受到屏蔽而同环 境相隔绝，即外场对光谱分裂作用的影响很小，因而吸 收光谱带特别窄。对过渡元素来说，环境对d轨道影响 很大，因而d-d光谱吸收带很宽。
13
8. 化学性质
（1）单质 镧系金属在酸、碱性介质中，都是较强的还 原剂，其还原能力仅次于碱金属和碱土金属，
Ln3+/Ln < -2.2V, Ln(OH)3 /Ln < -2.7V, 金属活泼性：Sc<Y<La, LaLu 依次递减， La最活泼
a. 在空气中很容易失去光泽，在氧气中加热时，它们都生
b. +Ⅲ氧化态最常见，同时也是最稳定的氧化态。它
反映了ⅢB族元素的氧化态特点，但也有+Ⅱ,+Ⅳ氧 化态 (f 0, f 7, f 14)， 如：Sm2+, Eu2+, Tm2+，Yb2+，Ce4+, Pr4+, Tb4+
c. 对于Ce2+, Dy4+，不能完全从全空、全满、 半空等情况来考虑，还有其它热力学因素和动力 学因素，如离子水合热
d. 溶液中稳定氧化态有：Ln3+、Eu2+(4f 7)、
Yb2+(4f 14)、Ce(IV)(4f 0)
5
5. 原子半径和离子半径
6
镧系收缩 镧系元素的原子半径和离子半径在总的趋势上都
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镧系 镨 镨 铕 铕钆 钆铽 铽镝镝 钬钬 铒铒 铥铥 镱 镧 镧 铈 铈 钕钕 钷钷 钐钐 镥 镧系 镥 镱 91 Pa 92 U 93Np 94 Pu 95Am 96Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101 89Ac 90 Th90 102 103 Lr Md No 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101 89 Ac Md 102No 103 L Th 锕系 锕 锕 钍 钍 镤 镤 铀铀 钚钚 镅镅 镎镎 锔 锔锫 锫锎锎 锿锿镄镄 钔钔 锘 锕系 铹 锘铹
57La 57 58 Ce58 59
64 64 65 Tb 66 Dy 67Ho 68 Er 69Tm 71 Lu 63 Eu 70Yb Pm6162 Pr Nd6061 5960 62 Sm 63 EuGd 70 Yb 71 PmSm Ce Pr Nd Gd 65 Tb 66 Dy 67Ho 68 Er 69Tm L
中国稀土储量曾占全球储量的约90%。中国稀土资源出 口量已占世界稀土资源出口总量的90%以上。中国稀土资源 储量占全球已探明稀土资源总储量的比重已从43%降至30%， 按照现在的开采速度，中国稀土资源仅能维持未来15至20年 的需求。 无 机 化 学 电 子 教 案 日本没有稀土资源，却是储备稀土资源最多的国家。日 本90%的稀土供应依赖中国。1993年起开始建立稀有金属储 备制度和基地。据估计，目前日本的稀土存量已经足够该 国使用至少20年。
1、镧系和锕系元素的价电子构型特点 2、镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响。
22.1 引言
1 氢 2
3
IA 1 H
元素周期表
IIIA IVA VA VIA VIIA 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F
锂 铍 硼 碳 氮 氧 氟 无 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 11 Na 12 Mg 机 3 钠 镁 IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 化 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 学 4 钾 钙 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 电 子 5 铷 锶 钇 锆 铌 钼 锝 钌 铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 55 Cs 56 Ba 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 教 6 铯 钡 LaLu - 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 案 88 89 103 104 105 106 112 87 107 108 Hs 109 110 111
从 1794 年芬兰化学家加多林 (Gadolin) 发现第一种稀土元
素（钇）到1972年在天然铀矿中发现了钷 (14361Pm，半衰期
2.7年)，才确认17种稀土元素在自然界中均存在。锕系元素 都具有放射性。 稀土元素在地壳中的丰度大，但比较分散，且性质相近 ，分离提纯困难。镧系元素的化学性质相似，组成第一内 过渡系，它们不是同位素。镧系元素的电子排布复杂，光 谱复杂，价电子层是否有5d电子尚未解决。
美国的稀土储量居世界第三位，为保护稀土资源，美国在 1997年就封存了国内最大的已探明稀土储量达430万吨的芒 廷帕斯矿。
无 机 化 学 电 子 教 案
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22.2 镧系元素的电子结构和通性
22.2.1 镧系元素的价电子层结构
原子序数 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 元素 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 符号 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 4f0 4f1 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f7 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 4f14 价电子层结构 5d1 6s2 5d1 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 5d1 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 6s2 5d1 6s2
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无 机 化 学 电 子 教 案 Nhomakorabea镧系元素气态原子的 4f 轨道的充填呈现两种构 型 , 即 4 fn－15d16s2 和 4 fn6s2 ，这两种电子构型的相对 能量如图1所示: 其中 La、Ce、Gd的基 态处于4fn－15d16s2 时能量较 低，而其余元素皆为4fn6s2。 La、Gd、Lu的构型可以用f0、f7、f14(全空、半满和全满) 的洪特规则来解释，但Ce的结构尚不能得到满意的解释，
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镧系元素（Ln）、钪（Sc）、钇(Y)，共17种元素总称为 稀土元素（RE）。La(镧)，Ce(铈)，Pr(镨)，Nd(钕) ，Pm( 钷) ，Sm(钐) ，Eu(铕)称为铈组稀土（轻稀土）；Gd (钆) ，Tb (铽) ，Dy (镝) ，Ho (钬) ，Er (铒) ，Tm (铥) ，Yb (镱 ) ，Lu(镥)，Sc，Y称为钇组稀土（重稀土）。
第二十二章 镧系和锕系元素
教学要求:
无 机 化 学 电 子 教 案 （3 课时） 1、掌握镧系和锕系元素的价电子构型特点与元 素性质的关系。 2、掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质 的影响。 3、了解镧系和锕系以及d过渡元素在性质上的 异同。 4、一般了解它们的一些重要化合物的性质。
重点与难点: