镧系和锕系元素的价电子构型特点

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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，
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
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。
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。
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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
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:
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。
IIA Li 4 Be
7 钫 镭
Fr
Ra
-
ຫໍສະໝຸດ BaiduAc-Lr
杜 钅 喜 钅 钅 卢钅 麦 Uun Uuu Uub 波 钅 黑 钅
La
Rf
Db
Sg
Bh
Mt
114
116
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
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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）。