24章 镧系元素和锕系元素分析
镧系元素和锕系元素知识总结
镧系元素和锕系元素知识总结
镧系元素是指的是镧（La）和镝（Dy）之间的元素，包括了镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒和铥。
锕系元素是指镤（Pa）和铀（U）之间的元素，包括了镤、铀、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹和八氦。
这两个系列的元素都是内过渡金属元素，具有一些共同的特点和性质。
1. 化学性质：
- 镧系元素和锕系元素都具有较高的原子序数和较复杂的电子结构，因此在化学反应中表现出多样的化学性质。
- 这些元素的氧化态多种多样，一般有+2到+4的氧化态，也有较高的氧化态。
- 镧系元素和锕系元素都具有较强的还原性和氧化性。
2. 物理性质：
- 镧系元素和锕系元素都是铁磁性金属，具有较强的磁性。
- 这些元素的原子半径和离子半径较大，因此在金属中常以+3价状态存在。
- 镧系元素和锕系元素的原子核比较稳定，存在较多的同位素，包括放射性同位素。
3. 应用：
- 镧系元素和锕系元素在工业上有广泛的应用，尤其是镧、钇和铀等元素。
- 镧系元素广泛应用于电子产业、催化剂产业、照明产业等领域，如镧系金属在气体燃料电池中的应用和镧系氧化物作为催化剂的应用等。
- 锕系元素主要应用于核能产业，如铀和镅等元素被用作核燃料和核燃料后处理等。
镧系元素和锕系元素[知识研究]
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颜色浅，有金属光泽，软，延展性好 。
化学性质活泼，次于 IA 和 IIA 族元素，比金属铝活 泼。
2 La + 6 HCl
2 LaCl3 + 3 H2
2 La + 6 H2O
2 La (OH)3 + 3 H2
专业知识
5
2Ce + 3Cl2 Ce + O2
△
2CeCl3 CeO2 (IV)
Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er ••• 活泼
13
纯无水盐可采用氧化物 Ln2O3 氯化的方法，并加入 些碳粉制备。
△
Ln2O3 + 3C + 3Cl2
2 LnCl3 + 3CO
(2) 草酸盐
难溶于水、稀酸，可将镧系金属离子与其它金属分 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。
专业知识
14
3 配位化合物
“磷光”：若激发停止发光继续存留。
专业知识
8
含稀土元素的发光材料已得到应用。
如荧光灯：基质是磷灰石，掺Sb3＋发蓝光，掺Eu2＋ 发桔黄色光，两者均掺得近似于日光的白光。
如彩电：高级三基色灯中的三基色荧光粉是含有稀土 金属离子的物质。
上转换材料：稀土磷光材料中 ，发射光频率高于激
发光的频率。如：YF3NaLa(WO4)2 和 -NaYF4 做基质， 掺 Eu3＋ 和 Yb3＋ 分别做激活剂和敏化剂。
稀土元素中，金属活性最强的是 La。
专业知识
6
2 镧系化合物的颜色
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。
元素周期表中的镧系与锕系元素
元素周期表中的镧系与锕系元素镧系元素和锕系元素是元素周期表中两个重要的连续元素系列。
它们在化学性质和应用中都具有独特的特点。
下面将对镧系元素和锕系元素进行详细介绍。
一、镧系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镤（Lr）这一系列的元素。
镧系元素具有相似的化学性质和电子结构，这是由于它们都有4f轨道的电子。
镧系元素主要包括镧（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）和镥（Lu）。
镧系元素具有较强的还原性和催化活性，广泛应用于催化剂、照明材料和电子器件等方面。
以镧系元素为主的合金在航天、国防等领域也有重要应用。
二、锕系元素锕系元素是指周期表中锕（Ac）至铀（U）这一系列的元素。
锕系元素的特点是其核外电子排布在5f轨道上，这使得它们具有较复杂的电子结构和较高的电子自旋磁矩。
锕系元素主要包括锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）、铀（U）、镅（Np）、钚（Pu）、镎（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）和鿃（Lr）。
锕系元素具有重要的核物理性质和广泛的应用价值。
铀是锕系元素中应用最广泛的元素，被广泛应用于核能产业和核武器制造。
锕系元素还可以用于放射性同位素的制备、放射性示踪和医学诊断等领域。
总结：镧系元素和锕系元素在元素周期表中具有重要的位置和作用。
它们的电子结构和化学性质的独特性使得它们在催化、照明、电子器件、核能产业等方面具有广泛的应用价值。
对镧系和锕系元素的深入研究有助于我们更好地理解元素周期表和探索新的材料与技术。
通过对元素周期表中镧系和锕系元素的了解，我们可以更好地认识这些元素的特性和应用，并且在科学研究和工业生产中发挥其独特作用。
希望对您有所帮助！。
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。
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
镧系元素和锕系元素
镧系元素和锕系元素
1镧系元素
镧系元素是一类常见元素，其化学性质极为稳定，主要分布在周期表中第六、七及第八族之间，例如氧化物等化合物项的稳定性是非常高的，其核心电子结构主要归属于[Xe]4f1-14，5d1-10选项之下。
在镧系元素里，一共有15种元素，自氦（He）开始，到钆（Gd）结束，氦（He）和钆（Gd）也是镧系元素中的一部分，只不过它们是极重元素，所以分别位于第二、七组之外。
2锕系元素
锕系元素是一类极其精细及复杂的元素，主体核心电子结构主要归属于[Rn]5f0，6d1，7s2，选项之下，元素分布在周期表的第十族的末尾。
化学性质上，此族的元素具有非常强的氧化价，可以反映出其在有机物质中，对金属化学及有机合成物的重要性。
其中，镏（Re）及大同（Ds）是极重的元素，由于元素量极为稀少，分布于第十族之外，不属于锕系元素。
总之，镧系和锕系元素是一类常见元素，其核心电子结构及相关元素都分布在各自一定的组及周期表中，对金属化学及有机合成物的发展非常重要。
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。
镧系元素和锕系元素
镧系元素和锕系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镥（Lu）这15个元素。
它们都是顺磁性的，具有相似的电子配置和化学性质。
镧系元素中最常见的元素是镧（La）和铈（Ce），它们在地壳中广泛存在。
镧系元素通常以氧化物的形式存在，因此它们在化合物中具有高的离子化倾向。
镧系元素在很多领域都有广泛的应用。
首先，它们在催化剂领域有重要作用。
镧系元素催化剂常用于汽车尾气净化系统中，可以有效去除有害气体。
此外，它们还可以用于石油化工、化学工业和环境保护等领域的催化反应。
镧系元素也被广泛应用于光学领域。
由于它们具有宽的能带隙，可使光通过的波长范围更宽，因此可用于制造高透过率的光学玻璃。
镧系元素还可以被用作荧光剂和发光材料，用于制造荧光灯、LED和电视等。
镧系元素还有很多其他的应用。
它们被用于制造磁性材料，如硬磁体和软磁体。
镧系元素还可以改善铝合金的力学性能，提高其抗腐蚀性能。
此外，它们还可以用于核工业、电池技术和生物医学等领域。
锕系元素是指周期表中锕（Ac）至锕（Lr）这15个元素。
与镧系元素相似，锕系元素也具有相似的电子配置和化学性质。
锕系元素中最常见的元素是钍（Th）和铀（U），它们在自然界中广泛存在。
锕系元素在核工业中有重要应用。
钍和铀是两种常用的核燃料，被用于核电站和核武器中。
此外，锕系元素还可以用于放射性医学，如放射性同位素治疗癌症。
与镧系元素类似，锕系元素也具有许多其他的应用。
锕系元素可以用于放射性示踪剂、放射性污染监测和放射性探测器的制造。
它们还可以用于照相术和放射性碳测年等应用。
总结起来，镧系元素和锕系元素是元素周期表中重要的内过渡金属系列。
它们具有相似的电子配置和化学性质，广泛应用于催化剂、光学材料、磁性材料、核工业和医学等领域。
对于进一步发掘这些元素的特性和应用，以及其在环境和健康方面的影响，还有很多需要深入研究的领域。
镧系元素和锕系元素
It is one of the most widely studied ceramic superconductors
5. 稀土元素的应用
玻璃陶瓷
加色例： Nd紫色 CeO2光学玻璃抛光剂（极细粉末磨料）
吸收光例：Pr、Nd吸收黄光，用于护目镜玻璃 相机镜头玻璃加Ln2O3 （高折射率，低散射率） 激光材料 储氢材料 微肥 医药 ……
吸附程度：La强 Lu弱
EDTA溶液
LnR3 + EDTA LnEDTA 络合物稳定性：La弱 Lu强
柱足够长时， 单一离子可达99.9%
④ 溶剂萃取法
应用最广泛
利用稀土离子配合物在水相和有机相中分配系数的差异
常用萃取剂 磷类萃取剂
中性正磷酸衍生物 (RO)3PO、R3PO、 (RO)R ́2PO等
La和La3+无f电子 La、Ce、Gd、Lu 填有5d电子
电子结构特点：
Ln最外层：6s2 →性质类似于碱土金属
Ln次外层：5d0-15s25p6 Ln3+：
最外层：5s25p6 稀有气体构型
4f0-14：深埋，对化学性质影 响很小 → Ln3+稳定，且性质相近
f – f 跃迁：线状光谱
F orbitals
序、名称、 元素符号，清楚它们在周期表中的位置， 能正确描述其电子结构特点。
知道什么是镧系收缩，能解释其产生的原因并指出 其后果。
能说出常见氧化态。知道非常见氧化态物种，并能 解释其存在的原因。清楚离子的电子结构特点。
能说出由矿物提取元素的方法，知道主要的分离提 纯方法。能描述重要化合物的性质。
了解镧系元素的光谱性质和磁性。
镧系元素和锕系元素
镧系配合物的特点
特征配位原子：O 成键能力：O>N>S
Ln3+硬酸
例：水合硝酸镧
La(NO3)3·6H2O 配位数：11
[La(H2O)5(NO3)3]H2O
(3个NO3-双齿配位，5个H2O单齿配位)
水分子配位的水合焓较大： -3278～-3722 kJ·mol-1（计算值）
→非水溶剂或无溶剂条件下 才能得只含N、S配位原子配体的配合物
“中东有石油，中国有稀土”——稀土是公认的战略元素
§ 9-1 镧系元素
二. 稀土金属
1. 稀土金属元素的性质
物理性质：
银白色、柔软金属，具延展性，导电性好 m.p. ：La→Lu↑（Eu、Yb除外）
化学性质：Eo(Ln3+/Ln) 约–2.4 V
活泼性仅次于碱金属、碱土金属
室温在空气中：4Ln + 3O2 → 2Ln2O3 重稀土生成致密氧化膜
§ 9-1 镧系元素 三. 镧系元素的重要化合物
Ln2O3
Ln、Ln(OH)3、Ln2(CO3)3、Ln2(C2O4)3 + O2 灼烧
氢气氛中加热得Ce2O3、Pr2O3、Tb2O3 Ln2O3：高m.p.，不溶于水，溶于无机酸
Ln2O3
Ln(OH)3
不溶于水 （Ln3+易水解）
盐 LnX3
大多数溶于水，硫酸盐、草酸盐难溶
……
重要的β–二酮： 二苯甲酰甲烷DBM 噻吩甲酰三氟丙酮TTA
O SC
R = R ́ = C6H5 R = 2-噻吩基 R ́ = CF3
§ 9-1 镧系元素
四. 镧系元素的光谱性质
2. 镧系元素的电子结构
镧系收缩——镧系元素随f电子数增加，原子半径和 离子半径总体上逐渐减小的现象
[理学]镧系和锕系元素
![[理学]镧系和锕系元素](https://img.taocdn.com/s3/m/93d6051c58fb770bf78a55d5.png)
57 La3+
0
58 Ce3+
1
59 Pr3+
2
60 Nd3+
3
61 Pm3+
4
62 Sm3+
5
63 Eu3+
6
64 Gd3+
7
颜色 颜色 4f电子数
无
无
14
无
无
13
黄绿 淡绿
12
红紫 淡红
11
粉红 淡黄
10
淡黄 浅黄绿 9
浅粉红 浅粉红 8
无
无
7
离子 原子序数
Lu3+ 71 Yb3+ 70 Tm3+ 69 Er3+ 68 Ho3+ 67 Dy3+ 66 Tb3+ 65 Gd3+ 64
55 57 59 61 63 65 67 69 71
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。
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。
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。
镧系元素和锕系元素
镧系元素和锕系元素在工业、科研、医疗等领域有着广泛的应用，如用于制造催化剂、荧光材料、核反应堆等。
在自然界中的分布与稳定性
分布
镧系元素和锕系元素主要分布在地球的岩石圈中，其中一些元素也可以在海洋、大气中检测到。
稳定性
在自然界中，镧系元素和锕系元素通常以稳定或较稳定的同位素形式存在，但也有一些放射性同位素 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
镧系元素和锕系元素
目录
CONTENTS
• 镧系元素的概述 • 锕系元素的概述 • 镧系元素与锕系元素的相似性 • 镧系元素与锕系元素的区别 • 镧系元素与锕系元素的未来发展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
电子排布与性质
电子排布
镧系元素和锕系元素的电子排布具有 相似性，它们的最外层电子数均为8 个，次外层电子数均为18个。
性质
由于电子排布相似，镧系元素和锕系 元素在化学性质上也有很多相似之处， 如氧化态、配位数等。
化学性质与用途
化学性质
镧系元素和锕系元素具有多种氧化态，可以形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物等。
非金属元素反应。
在工业与科学研究中的应用差异
镧系元素在工业 中的应用
镧系元素在工业中广泛应用 于制造合金、催化剂、荧光 粉等。例如，镧可以用于制 造高温超导材料，铈可以用 于制造汽车尾气净化催化剂 等。
锕系元素在工业 中的应用
锕系元素在工业中主要用于 核能领域，如制造核燃料和 核反应堆等。例如，铀和钚 是核反应堆中的重要燃料， 镅和锔可用于制造放射性示 踪剂等。
镧系元素和锕系元素
镧系元素（Lanthanides）和锕系元素（Actinides）镧系元素和锕系元素是元素周期表中两组特殊的元素系列，分别位于元素周期表的第6和第7周期。
这两个系列的元素在化学性质和电子结构方面都具有独特的特点。
镧系元素镧系元素是指周期表中镧（La）到镱（Yb）的15个元素，它们的原子序数依次递增。
这些元素的外层电子结构为5d16s2，其中的4f电子层是它们的主要特征之一。
镧系元素是稀土金属，具有类似的化学性质。
镧系元素具有较小的原子半径、高电离能和特殊的磁性质。
它们在化学反应中往往呈现+3价态，因为去除一个外层5d电子更容易。
镧系元素在合金制备、催化剂和光学材料等方面有广泛的应用。
镧系元素的用途镧系元素在许多领域都有重要的应用。
其中一些应用包括：1.稀土磁体：镧系元素的磁性性质使其在制造强大的磁体方面具有独特的优势。
例如，镧系元素钕（Nd）可以用于制造永磁体，用于电动汽车和计算机硬盘驱动器等设备中。
2.光学材料：镧系元素的荧光性质使其成为荧光屏和荧光粉的重要组成部分。
它们还用于制造高效的LED照明和激光器等光源。
3.催化剂：镧系元素的化学催化性能使其在制造化学品和炼油工业中得到广泛应用。
例如，镧系元素铈（Ce）和镨（Pr）可以用作汽车尾气净化催化剂。
4.合金制备：镧系元素可以与其他金属元素形成稳定的合金，这些合金在航空航天、汽车和船舶制造等领域有重要的应用。
尽管镧系元素在许多领域有广泛的应用，但由于其产量相对较小且分散，其价格相对较高。
锕系元素锕系元素是指周期表中锕（Ac）到镆（Md）的15个元素，它们的原子序数依次递增。
锕系元素的电子结构为5f n6d17s^2，其中的5f电子层是它们的主要特征之一。
锕系元素是放射性元素，有较长的半衰期。
锕系元素的化学性质和镧系元素相似，但由于其放射性属性，其应用受到限制。
锕系元素有丰富的同位素，其中一些同位素可以用于核能和放射治疗。
锕系元素的用途尽管锕系元素的使用受到限制，但它们在某些领域仍然有重要的应用。
镧系及锕系元素
类似的现象还出现在镧系元素的配位化
合物的稳定常数中。
64Gd
原子序数
这种现象被称之为Gd断效应。
64Gd位于15个镧系元素所构成的序列的正中央，其＋3价离子有 半充满的f7稳定结构，这种结构的电子屏蔽效应大，有效核电荷相
对较小，从而使半径收缩幅度减小，碱度增加，导致配合物稳定常
数等性质有所降低，从而出现Gd断的现象。
180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4
111 96.4 109 95.0
93.8 92.3 90.8 89.4 88.1 94 86.9 93 85.8 84.8
告 为 0.98) ， 对 核 电 荷 的 屏 蔽 不 够 完 全 , 使 有 效 核 电 荷 Z* 递 增 ， 核 对 电子的引力增大使其更靠近核； 84 而10%来源于相对论性效应 ，重 元素的相对论性收缩较为显著。
由于镧系收缩的影响，使第
二、三过渡系的Zr和Hf、Nb与Ta 、Mo与W三对元素的半径相近， 化学性质相似，分离困难。
第四页，共19页
原子半径 将镧系元素的原子半径随原子序数的变
化作图，如左图所示。 一方面, 镧系元素原子半径从La的187.7 pm
到Lu的173.4 pm，共缩小了14.3 pm，平均每两 个相邻元素之间缩小14.3/14≈1 pm。尽管平均 相差只有1个pm，但其累积效应(共14 pm)是很 显著的。另一方面，原子半径不是单调地减小 ，而是在Eu和Yb处出现峰和在Ce处出现谷的 现象。这被称为“峰谷效应”或“双峰效应” 。
（2）配位数
Ln3+离子的配位数一般比较大，最高可达12
（3）配合物的类型 （a）离子缔合物 （b）不溶的加合物 （c）螯合物
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锕系元素都具有放射性
Ac Th
锕 钍
Pa
镤
U
铀
Np
镎
Pu Am
钚 镅
Cm
锔
Bk
锫
Cf
锎
Es Fm Md No
锿 镄 钔 锘
Lr
铹
钍和铀发现最早，地壳中储量较多。
超铀元素均由人工核反应合成。
24 － 1
镧系元素
24 － 1 － 1
1
金属单质
镧系元素的性质
颜色浅，有金属光泽，软，延展性好 。 化学性质活泼，次于 IA 和 IIA 族元素，比金属铝活 泼。 2 La + 6 HCl 2 La + 6 H2O 2 LaCl3 + 3 H2 2 La (OH)3 + 3 H2
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
Ln(OH)3 的碱性介于 Ca(OH)2 和 Al(OH)3 之间，随
着原子序数的递增而减弱。均难溶于水。
（2） 其它氧化态 稀土的主要氧化数为 + 3，也有 + 2 和 + 4 价 。
空气中加热镧系金属，Ce 生成 CeO2 ，Pr 生成 Pr6O11，
2
(1)
稀土盐类 卤化物
镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸盐中加盐酸均可得
到氯化物。 镧系元素的水合氯化物受热脱水时发生水解。 LnCl3 ·nH2O LnOCl + 2HCl + (n－1) H2O
制备无水氯化物需要HCl气氛的保护。
LnCl3 ·nH2O
△
HCl
LnCl3 + 6H2O
纯无水盐可采用氧化物 Ln2O3 氯化的方法，并加入
镝 钬 铒 铥 镱 镥 钪 钇
称为钇组稀土或重稀土
稀土元素：稀，稀少；土，IIIB 族。
其实，有的稀土元素并不见得 “稀少”，Ce 比 Sn
多；Y、Nd、La 比 Pb 多；极少的 Tm 尚比 Ag 多 。
稀土元素的分布分散，性质相似，提取与分离困难，
因此，系统研究较晚。
含量高的稀土矿物有数十种，其中磷酸盐矿物居多。 独居石是最重要的稀土磷酸盐矿物 。 我国的稀土储量占世界第一位 。
Ln3+ 离子属于硬酸，易于同硬碱中的氟、氧等配
位原子成键。
在适当极性的非水溶剂中，可合成含氮配位化合物。
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1
铀及其化合物 铀
锕系元素重要单质和化合物
银灰色活泼金属。空气中易被氧化而变黑，密度
大，与金相近。能溶于酸，能与许多非金属单质直接化合。
空气中微微受热即燃烧，粉末状的铀在空气中甚至能自燃。 铀的氧化物 U3O8：存在于沥青铀矿中，暗绿色，难溶于水。 UO2： 棕黑色，难溶于水，酸；高温时可被氧化成 U3O8 。
2Ce + 3Cl2
Ce + O2
△
2CeCl3
CeO2 (IV)
Sc
Y
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er •••
活泼 稀土元素中，金属活性最强的是 La。
2
镧系化合物的颜色 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。
Tb 生成 Tb4O7 。 + 4 价的 Ce ( IV ) 具有强氧化性 Ce4+ + e —— Ce3+ = 1.61 V
CeO2 + 4 H+ + e —— Ce3+ + 2 H2O
Ce4+ + Fe2+ 2 CeO2 + 8 HCl
= 1.26 V
Ce3+ + Fe3+ 2 CeCl3 + 4 H2O + Cl2
高氧化态的金属因电荷跃迁而显色，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。
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；
Sm2+，Yb2+ 在碱性溶液中易被氧化；但 Eu(II) 较稳 定，以 EuCl2 ·2 H2O 形式稳定存在 。
Ln2+ 与 IIA 的 M2+ 性质相似，尤其和 Sr2+ 性质相
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
似。
若溶液中有 Ln2+ 和 Sr2+，加入 SO42－，在形成
SrSO4 沉淀的同时，会得到 Ln 和 Sr 的共同沉淀，得到 的晶体为异质同晶。
些碳粉制备。 Ln2O3 + 3C + 3Cl2
△
2 LnCl3 + 3CO
(2) 草酸盐
难溶于水、稀酸，可将镧系金属离子与其它金属分
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。
第 24 章 镧系元素和锕系元素
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 鑭 铈 Pr Nd 镨 釹 Pm Sm Eu 鉕 钐 铕
称为铈组稀土或轻稀土。
Gd Tb
钆 铽
Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Y
发光的频率。如：YF3NaLa(WO4)2 和 -NaYF4 做基质，
掺 Eu3＋ 和 Yb3＋ 分别做激活剂和敏化剂。 稀土材料的“上转换”功能在日常生活与军事上得 到应用。
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1
（1）+3价氧化态
2 Ln + 3 O2
镧系元素的重要化合物
氧化物和氢氧化物
Ln2O3
( Ce、Pr、Tb 除外 )
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； “荧光”：若激发停止发光也立刻停止，
“磷光”：若激发停止发光继续存留。
含稀土元素的发光材料已得到应用。 如荧光灯：基质是磷灰石，掺Sb3＋发蓝光，掺Eu2＋ 发桔黄色光，两者均掺得近似于日光的白光。 如彩电：高级三基色灯中的三基色荧光粉是含有稀土 金属离子的物质。 上转换材料：稀土磷光材料中 ，发射光频率高于激
UO3： 橙黄色；两性。 溶于 NaOH 可析出黄色的重铀酸钠 Na2U2O7 ·6H2O 。
加热脱水后，无水盐称铀黄。
溶于 HNO3 则生成硝酸铀酰。
UO3 + 2HNO3 +6 是铀最稳定的价态。
铀的卤化物
UO2(NO3)2 + H2O
一般都有颜色，UF6 特殊。
UF6：无色晶体，八面体构型；干燥空气中稳定，遇