第十二章镧系元素介绍
稀土元素 镧系
稀土元素镧系镧系元素是指周期表中镧（La）到镱（Yb）这15个元素，它们统称为镧系元素。
镧系元素是稀土元素中的一类，具有独特的化学和物理性质，广泛应用于各个领域。
下面将对镧系元素进行详细介绍。
一、镧系元素的概述镧系元素是指原子核中电子的填充顺序为4f的元素，它们的外层电子结构为5d1 6s2。
镧系元素的原子序数从57到71，依次为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱。
这些元素的原子半径逐渐缩小，原子质量逐渐增加。
二、镧系元素的性质1. 化学性质镧系元素具有较强的还原性和氧化性，可以与大多数非金属和金属反应。
其中镧、铈和钇是相对稳定的，而镝、钬和铒则比较活泼。
镧系元素的化合价一般为+3，但也可表现出+2和+4的化合价。
2. 物理性质镧系元素是金属，具有良好的导电性和热导性。
它们的熔点和沸点较高，且在常温下呈固态。
镧系元素的磁性多样，有的呈铁磁性，有的呈反铁磁性，还有的呈顺磁性。
三、镧系元素的应用1. 钢铁冶炼镧系元素可用作钢铁冶炼中的合金元素，能够提高钢的强度、塑性和耐腐蚀性。
其中钕铁硼磁体是应用最广泛的稀土磁体，被广泛应用于电机、传感器、声学设备等领域。
2. 光学材料镧系元素的化合物具有良好的光学性能，可用于制备激光材料、光纤通信材料和荧光材料。
镧系元素的荧光粉被广泛应用于LED照明、荧光屏幕和激光显示器等领域。
3. 催化剂镧系元素的化合物具有良好的催化性能，可用作汽车尾气净化催化剂、石油加工催化剂和化学合成催化剂。
镧系催化剂能够提高反应速率、改善反应选择性和延长催化剂寿命。
4. 核能材料镧系元素的同位素镧-138是一种重要的核能材料，可用于核反应堆的燃料制备。
镧系元素还可用于制备核探测仪器、核医学放射性示踪剂和放射治疗药物。
5. 稀土磷光粉镧系元素的磷光粉广泛应用于荧光显示器、荧光屏幕、LED照明等领域。
镧系元素的磷光粉具有高亮度、长寿命和良好的发光特性。
6. 其他应用镧系元素还可用于制备陶瓷材料、玻璃材料、高温超导材料和磁性材料等。
镧系元素
镧系元素镧系元素的电子层结构和通性镧系元素(以通用符号Ln表示)的电子构型具有相同的6s2和占有情况不同的4f亚层，虽然元素镧本身在基态时没有f电子，但和它后面各元素极为相似，所以将它作为镧系元素对待。
人们历来称它们为稀土元素，也叫做内过渡元素，这是因为在这些原子中，5s、5p和6s填满电子后才在第四电子层中的4f上逐渐填充电子。
由于电子数的变化是在这种内层，所以这些元素在化学性质上非常相似。
表11-1 镧系元素名称符号Z 电子构型丰度/ppm镧La 57 5d16s218.3铈Ce 58 4f15d16s246.1镨Pr 59 4f26s2 5.5钕Nd 60 4f36s223.9钷Pm 61 4f46s20.0钐Sm 62 4f56s2 6.5铕Eu 63 4f66s2 1.1钆Gd 64 4f76s2 6.4铽Tb 65 4f75d16s20.9镝Dy 66 4f96s2 4.5钬Ho 67 4f106s2 1.1铒Er 68 4f116s2 2.5铥Tm 69 4f126s20.2镱Yb 70 4f136s2 2.7镥Lu 71 4f145d16s20.8它们性质上的微小差别，主要是由“镧系收缩”引起的。
因为核内每增加一个质子，相应进入4f亚层的电子却太分散，不象定域程度更高的内层电子那样能有效地屏蔽核电荷，所以随着镧系元素原子序数的增加，原子核对最外层电子的引力就不断地增大，这就使得原子体积从镧到镥依次减小。
三价阳离子的收缩是十分规则的，从La3+的106pm收缩到Lu3+的35pm。
图11.1A所示金属半径，虽然总的趋向是减小，但Eu和Yb的半径比其余原子的要大得多。
它们是形成二价阳离子的倾向最大的两个镧系元素。
在固体中，这两种原子可能只将两个电子给予导带，而所形成的2+离子和其余镧系金属的3+离子相比，其半径较大、离子间的结合力较弱。
金属铕（Eu）和镱（Yb），与表中相邻的金属比，显然具有较低的密度，较低的熔点(图11.1B)和较低的升华能。
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！。
镧系元素
镧系元素在周期系中，你知道什么是镧系元素？什么是稀土元素吗？它们的电子层结构和性质有什么特点？它们在科学技术和生产中扮演了什么样的角色？“镧系元素”在周期表中从原子序数为57号的镧到原子序数为71号的镥共15种元素，它们的化学性质十分相似，都位于周期表中第ⅢB族，第6周期镧的同一格内，但它们不是同位素。
同位素的原子序数是相同的，只是质量数不同。
而这15种元素，不仅质量数不同，原子序数也不同。
称这15种元素为镧系元素，用Ln表示。
它们组成了第一内过渡系元素。
“稀土元素”镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的、在镧系元素格子上方的钇和钪，共17种元素总称为稀土元素，用RE表示。
按照稀土元素的电子层结构及物理和化学性质，把钆以前的7个元素：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu称为轻稀土元素或铈组稀土元素；钆和钆以后的7个元素：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，再加上Sc和Y共10个元素，称为重稀土元素或钇组稀土元素。
“稀土”的名称是18世纪遗留下来的。
由于当时这类矿物相当稀少，提取它们又困难，它们的氧化物又和组成土壤的金属氧化物Al2O3很相似，因此取名“稀土”。
实际上稀土元素既不“稀少”，也不像“土”。
它们在地壳中的含量为0.01534，其中丰度最大的是铈，在地壳中的含量占0.0046，其次是钇、钕、镧等。
铈在地壳中的含量比锡还高，钇比铅高，就是比较少见的铥，其总含量也比人们熟悉的银或汞多，所以稀土元素并不稀少。
这些元素全部是金属，人们有时也叫它们稀土金属。
我国稀土矿藏遍及18个省（区），是世界上储量最多的国家。
内蒙包头的白云鄂博矿是世界上最大的稀土矿。
在我国，具有重要工业意义的稀土矿物有氟碳铈矿Ce(CO3)F，独居石矿RE(PO4)，它们是轻稀土的主要来源。
磷钇矿YPO4和褐钇铌矿YNbO4是重稀土的主要来源。
我们从以下几个方面来讨论镧系元素的通性：1、价电子层结构2、氧化态3、原子半径和离子半径4、离子的颜色5、离子的磁性6、标准电极7、金属单质电子层结构这是目前根据原子光谱和电子束共振实验得到的镧系元素原子的电子层结构：根据电子填充的一般规律，由于4f能级的能量介于6s和5d之间，由表Ln-1中可见，从第57号元素镧开始，新增加的电子填充在4f能级上，应该4f能级充满后再填充到5d能级上去。
镧系元素资料
稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。
具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30 000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。
稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。
稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质.稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。
二氧化铈用于抛光精密玻璃制品，也可做玻璃去色剂和用于生产有色玻璃，硝酸铈用于制造白炽灯罩。
铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。
不仅能防紫外线，还可降低车内度，从而节约空调用电。
铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。
硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。
铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。
如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
5、制造高辉度碳弧灯，掺入特种金属里充当合金添加剂。
氧化物用于光学器件和玻璃工业，铈盐用于摄影和纺织工业。
铈可作催化剂、电弧电极、特种玻璃等。
铈的合金耐高热，可以用来制造喷气推进器零件。
硝酸铈可用来制造煤气灯上用的白热纱罩。
三氧化二镨可用于制造优良的高温陶瓷材料，也用于制造绿色的镨玻璃；镨在石油化工方面可用作催化剂。
常用来制造有色玻璃、搪瓷和陶瓷；制造特种合金和用作催化剂。
镨钕的混合氧化物，常用来制造遮光眼镜，作为电焊工和玻璃工的防护镜。
镨和镁一起用于制造飞机引擎的合金中；用于碳弧光照明的碳芯中；镨的氧化物用于为玻璃或珐琅添加黄色；镨和钕的混合物可以用于制造电焊和玻璃制造使用的护目镜。
化学元素周期表中镧系元素
化学元素周期表中镧系元素第一篇：化学元素周期表中镧系元素化学元素周期表中镧系元素——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)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(RareEarth)，简称稀土(RE或R)。
其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。
第二篇：化学元素周期表元素周期表的拼音qīng氢hài氦lǐ锂pí铍pãng硼tàn碳dàn氮yǎng氧fú氟nǎi氖nà钠měi镁lǚ铝guī硅lín磷liú硫lǜ氯yà氩jiǎ钾gài钙kàng钪tài钛fán钒gâ铬měng锰tiě铁gǔ钴niâ镍tïng铜xīn 锌jiā镓zhě锗shēn砷xī硒xiù溴kâ氪rú铷sī锶yǐ钇gào锆ní铌mù钼dã锝liǎo钌lǎo铑pá钯yín银gã镉yīn铟xī锡tī锑dì碲diǎn碘xiān氙sâ铯bâi钡lán镧shì铈cuî错nǚ钕pǒ钷shān 钐yǒu铕gá钆tâ铽dí镝huǒ钬ěr铒diū铥yì镱lǔ镥hā铪tǎn 钽wū钨lái铼ã锇yī铱bï铂jīn金gǒng汞tā铊qiān铅bì铋pō钋ài砹dōng氡fāng钫lãi镭ā锕tǔ钍pú镤yïu铀ná镎bù钚mãi镅jū锔pãi锫kāi锎āi锿fâi镄mãn钔nuî锘láo铹第三篇：化学元素周期表中英文读音对照表化学元素周期表中英文对照表元素编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41符号 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb 中文氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖钠镁铝硅磷硫氯氩钾钙钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌镓锗砷硒溴氪铷锶钇锆铌中文读音轻亥里皮朋炭淡养弗乃纳美吕归邻流绿亚甲丐亢太凡各猛铁古臬同辛家者申西秀克如思乙告尼英文Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminum Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium英文读音['haidrəudʒən] ['hi:ljəm,-liəm] ['liθiəm][be'riljəm,bə'r-] ['bɔ:rɔn] ['kɑ:bən] ['naitrədʒən] ['ɔksidʒən] ['flu(:)əri:n] ['ni:ən]['səudjəm,-diəm] [mæg'ni:zjəm] [ælju'miniəm] ['silikən] ['fɔsf ərəs] ['sʌlfə] ['klɔ:ri:n] ['ɑ:gɔn] [pə'tæsjəm] ['kælsiəm] [s'kændiəm][tai'teinjəm,ti-] [və'neidiəm,-djəm] ['krəumjəm] [mæŋgə'ni:z] ['aiən][kə'bɔ:lt,'kəubɔ:lt] ['nikl] ['kɔpə] [ziŋk] ['gæliəm][dʒə:'meiniəm] ['ɑ:sənik][si'li:niəm,-njəm] ['brəumi:n] ['kriptɔn] [ru:'bidiəm] ['strɔnʃiəm] [i'ridiəm] [zə:'kəuniəm] [nai'əubiəm]Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po 钼碍钌铑钯银镉铟锡锑碲碘氙铯钡镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥铪钽钨铼锇铱铂金汞铊铅铋钋目得了老巴银隔因西梯帝典仙色贝蓝市普女颇衫有嘎（二声）特滴火耳丢意鲁哈坦乌来鹅衣博今拱他千必泼 Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium TinAntimony Tellurium Iodine Xenon Cesium BariumLanthanum CeriumPraseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury Thallium Lead Bismuth Polonium [mə'libdinəm] [tek'ni:ʃiəm] [ru:'θi:niəm] ['rəudi əm,-djəm] [pə'leidiəm] ['silvə] ['kædmiəm] ['indiəm] [tin] ['stibjəm] [te'ljʊəriəm]['aiədi:n;(US)'aiədain] ['zenɔn] ['si:ziəm] ['bɛəriəm] ['lænθənəm] ['siəriəm][preiziəu'dimiəm] [ni(:)ə'dimiəm] [prə'mi:θiəm] [sə'mɛəriəm] [juə'rəupiəm] [gædə'liniəm] ['tə:biəm][dis'prəusiəm] ['hɔlmiəm] ['ə:biəm] ['θju:liəm] [i'tə:biəm][lu:'ti:ʃiəm,-siəm] ['hæfniəm] ['tæntələm] ['tʌŋstən] ['ri:niəm] ['ɔzmiəm,-mjəm] [i'ridiəm] ['plætinəm] [gəuld] ['mə:kjuri] ['θæliəm] [li:d] ['bizməθ] [pə'ləuniəm]118At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uup Uuh Uus Uuo 砹氡钫镭锕钍镤铀镎钚镅锔锫锎锿镄钔锘铹钅卢钅杜钅喜钅波钅黑钅麦钅达钅仑艾冬方雷阿土葡由拿布眉局陪开哀费门诺劳卢杜喜波黑麦达伦Astatine ['æstəti:n] Radon ['reidɔn] Francium ['frænsiəm] Radium ['reidjəm] Actinium [æk'tiniəm] Thorium ['θɔ:riəm]Protactinium [prəutəuæk'tiniəm] Uranium [juə'reiniəm] Neptunium [nep'tju:niəm] Plutonium [plu:'təuniəm] Americium [æmə'riʃiəm] Curium ['kjuəriəm] Berkelium ['bə:kliəm] Californium [kæli'fɔ:niəm] Einsteinium [ain'stainiəm] Fermium ['f ə:miəm] Mendelevium [mendə'li:viəm] Nobelium [nəu'beliəm] Lawrencium [lɔ:'rensiəm,lɑ:-] Rutherfordium [,rʌðə'fɔ:diəm]DubniumSeaborgiumBohriumHassiumMeitneriumDarmstadtiumRoentgeniumUnunbiumUnuntriumUnunquadiumUnunhexiumUnunseptium(Not synthesized to Jan.2009)Ununoctium卓第四篇：化学元素周期表口诀10分钟全背化学元素周期表口诀10分钟全背侵害从前，有一个富裕人家，用鲤鱼皮捧碳，煮熟鸡蛋供养着有福气的奶妈，这家有个很美丽的女儿，叫桂林，不过她有两颗绿色的大门牙（哇，太恐怖了吧），后来只能嫁给了一个叫康太的反革命。
镧系元素氧化态_概述及解释说明
镧系元素氧化态概述及解释说明1. 引言1.1 概述镧系元素是指周期表中的镧系15个元素，包括镧（La）、铈（Ce）、钕（Pr）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）以及长寿命的放射性元素锗（Ge）。
这些元素具有独特的物理和化学性质，在多个领域有广泛应用。
1.2 文章结构本文首先介绍了镧系元素氧化态的基本概念，包括定义、特点以及氧化态分类方法。
接着，文章将详细解释说明镧系元素氧化态的形成机制，主要通过原子轨道理论、电子云密度分析和分子轨道理论对其进行解释。
随后，我们将探讨实验方法与技术在研究镧系元素氧化态中的应用，包括X射线衍射分析技术、光谱技术和表面分析技术。
最后，文章总结了已有研究并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解和阐述镧系元素氧化态的基本概念和形成机制，并介绍实验方法与技术在其研究中的应用。
通过对镧系元素氧化态的深入分析，我们将更加全面地认识这些元素的性质及其在材料科学、催化剂设计等领域的应用潜力。
此外，本文还将探讨未来研究方向，促进相关领域的持续发展。
2. 镧系元素氧化态的基本概念2.1 镧系元素的定义与特点镧系元素是指原子序数58至71的一组元素，也称为镧系或稀土元素。
这组元素具有相似的电子结构和化学性质。
它们一般包括铈（Ce）、镧（La）、钕（Nd）、钷（Pr）、钐（Sm）以及其他几个元素。
镧系元素在自然界中广泛存在，并且在地壳中含量较高。
它们具有良好的磁性、光学性能和催化活性，因此在多个领域具有重要应用价值。
此外，镧系元素还可以形成多种氧化态，这些不同氧化态对其物理化学性质产生重要影响。
2.2 氧化态的概念及意义氧化态是指一个原子或离子损失或获得电子后所带电荷的状态。
它可以反映出物质中原子或离子所具有的电荷转移情况以及其与其他物质相互作用的能力。
对于镧系元素而言，不同氧化态代表着其所处的不同电荷状态。
镧系元素的性质及其变化规律
这两种电子结构可以用来说明镧系元素化学性质的差异。 这些元素在参加化学反应时需要失去价电子，由于4f 轨道被 外层电子有效地屏蔽着, 且由于E4fE5d, 因而在结构为 4fn6s2 的情况下, f 电子要参与反应，必须先得由4f 轨道跃迁到5d 轨道。这样，由于电子构型不同，所需激发能不同，元素的 化学活泼性就有了差异。
原子序数是原子核内质子数的代表 ，偶原子序数的元素意味着核内质子数 为偶数。已经知道，核内无论是质子还 是中子，在基态时总以自旋相反配对存在，由于原子序数为偶数 的元素能满足这种自旋相反配对的要求，因而能量较低，所以就 特别稳定，既然该核特别稳定，那么它在地壳中的丰度就大。 稳定的原子核，吸收热中子后仍然很稳定，反之，奇原子序 数的核本身不稳定，吸收热中子后变得更不稳定，所以吸收热中 子的数目有限。
另一方面，激发的结果增加了一个成键电子，成键时可 以多释放出一份成键能。对大多数镧系的原子 , 其成键能大 于激发能，从而导致4f 电子向5d 电子跃迁, 但少数原子，如 Eu和Yb，由于4f 轨道处于半满和全满的稳定状态，要使4f 电子激发必须破坏这种稳定结构, 因而所需激发能较大, 激发 能高于成键能, 电子不容易跃迁, 使得Eu、Yb两元素在化学 反应中往往只以6s2电子参与反应。
2 镧系元素的价电子层结构
下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。
镧系元素气态原子的 4f 轨道的充填呈现两种构 型 , 即 4fn － 15d16s2 和 4fn6s2 ，这两种电子构型的相对 能量如图1所示: 其中 La、Ce、Gd、Lu 的基态处于4fn－15d16s2 时 能量较低，而其数的变 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”。
镧系
2010级宁夏师范学院化学与化学工程学院学生论文镧系元素镧、铈、镨的介绍中文摘要 (1)英文摘要 (1)1镧 (2)1.1镧的基本信息 (2)1.2镧的性质 (2)1.2.1物理性质 (2)1.2.2化学性质 (3)1.3镧的发现 (3)1.4性质与稳定性 (4)1.5镧的用途 (4)1.5.1常规用途 (4)1.5.2特殊用途 (4)2 铈 (7)2.1铈的基本信息 (7)2.2铈的性质 (7)2.2.1物理性质 (7)2.2.2化学性质 (8)2.3铈的发现 (8)2.4铈的用途 (9)2.4.1一般用途 (9)2.4.2特殊用途 (10)3镨 (11)3.1镨的基本信息 (11)3.2镨的性质 (11)3.3镨的发现 (12)3.4镨的用途 (13)3.4.1一般用途 (13)3.4.2特殊用途 (14)参考文献 (15)镧系元素镧、铈、镨的介绍摘要镧系元素是第57号元素到71号元素15种元素的统称，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，。
镧系元素的外层和次外层的电子构型基本相同，电子逐一填充到4f轨道上。
镧系元素也属于过渡元素，只是镧系元素新增加的电子大都填入了从外侧数第三个电子层（即4f电子层）中，所以镧系元素又可以称为4f系。
为了区别于元素周期表中的d区过渡元素，故又将镧系元素（及锕系元素）称为内过渡元素。
由于镧系元素都是金属，所以又可以和锕系元素统称为f区金属。
镧系元素用符号Ln表示。
关键词：镧、铈、镨、镧系元素。
The Introduction of Lanthanide element lanthanum, cerium, praseodymiumabstractLanthanide element number is 57 to 71 # 15 elements collectively, including lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium,. Lanthanide elements of outer layer and outer layer of have the same electron configuration, electronic filling in orbit to 4 f them one by one. Lanthanides also belongs to the transitional elements, just lanthanide new electronic tend to fill in the third shell from the outside (namely) of 4 f electronic shell, lanthanides and so can be referred to as the 4 f system. In order to distinguish it from d area transition elements in the periodic table of elements, so it will be the lanthanides (and actinide elements) is called the transition element. Because lanthanide metal, also can and actinides are collectively referred to as area f metal. Lanthanide represented by symbols Ln. Keywords:lanthanum, cerium, praseodymium,Lanthanide element1.镧镧：原子序数57，原子量138.9055，元素名来源于希腊文，原意是“隐蔽”。
镧系元素2
由于稀土元素半径相近，性质相似， 往往以混合矿物形式存在。
独居石、磷钇矿、氟碳铈镧矿等是 重要的稀土磷酸盐矿物。
我国的稀土储量占世界第一位。
锕系元素都具有放射性 Ac Th 锕 钍 Bk Cf 锫 锎 Pa 镤 Es 锿 U 铀 Fm 镄 Np 镎 Md 钔 Pu Am 钚 镅 No Lr 锘 铹 Cm 锔
稀土磷光材料的上转换功能可以将红 外线热能转换成可见光，从而大幅度提高 发光效率。 利用稀土上转换材料，在夜间将红外 线热能转换成可见光，从而可完成军事上 的观察和拍摄。
4 镧系元素离子和化合物的磁性
f 1−13 构型的原子或离子都呈顺磁性。 镧系元素的磁性与过渡元素的磁性有着 本质的差异。 d 区过渡元素的磁矩主要是由未成对电 子的自旋运动产生的。
2 镧系化合物的颜色
镧系金属离子的颜色是由未充满电子的 4f 电子的 f — f 跃迁引起的。 具有 f 0 和 f 14 电子构型的 La 3+ 和 Lu3+ 离子无 f — f 跃迁，故无色。 具有 f 1 电子构型的 Ce 3+ 和 f 13 电子构 型的 Yb3+ 离子吸收峰在红外区，故无色。
3
4 5 6 7
淡红
粉红/淡黄 黄 无 无
3
4 5 6 7
Er 3＋(4f 11)
Ho 3＋(4f 10) Dy 3＋(4f 9) Tb 3＋(4f 8) Gd 3＋(4f 7)
3 镧系化合物的发光
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。
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。
22―1 镧系元素
22―1―1 镧系元素的性质
镧系元素
均为活泼金属，仅次于碱金属，
与镁接近。
在不太高的温度下, 可与氧、硫、氯、
氮反应，可作脱硫剂、脱氧剂等。
可与水、酸反应，应将其保存在 煤油里。
22-1-4 离子的颜色——呈周期性变化
颜色 未成对 未成对 离子 离子 4f 电子数 (4fn) 4f 电子数 (4fn) La3+(4f0) 0 0 Lu3+(4f14) 无 Ce3+(4f1) 1 1 Yb3+(4f13) 无 22-1-4 离子的颜色 3+ 12 3+ 2 Pr (4f ) 2 2 Tm (4f ) 绿 Nd3+(4f3) 3 3 Er3+(4f11) 淡红 Pm3+(4f4) 4 4 Ho3+(4f10) 粉红淡黄 Sm3+(4f5) 5 5 Dy3+(4f9) 黄 Eu3+(4f6) 6 6 Tb3+(4f8) 淡红 Gd3+(4f7) 7 7 Gd3+(4f7) 无
2、离子交换法（离子交换色层分离法）：
稀土元素
（三）稀土元素的应用：
据统计，目前世界稀土有 70% 左右消耗于材 料方面。稀土材料应用之广遍及国民经济各个 领域和行业：冶金、石油化工、轻工、光学、 磁学、电子、生物医疗和原子能工业等。稀土 金属在电子材料、原子能材料、药物合成及超 导技术等高新技术领域的应用也日益广泛，稀 土储氢材料（如LaNi5，La2Mg17等）用于H2的 储运、能源的检验、制冷及提纯氢等方面。
稀土元素
（一）稀土元素的资源 我国稀土资源有五大特点：储量大、分布广、 类型多、矿种多、品位高。 根据硫酸复盐溶解度不同，可将稀土元素分为铈 组和钇组： 铈组（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、）硫酸复 盐较难溶 钇组（ Eu 、 Gd 、 Tb 、 Dy 、 Y 、 Ho 、 Er 、 Tm 、 Yb、Ln）硫酸复盐较易溶
镧系元素.李雅等ppt课件
4
5
6
镧系元素性质
一、通性
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，所以把它作为镧系元素。
由于镧系收缩的影响，使得Y的原子半径 (0.181nm)、与元素Nd、Sm(0.182、0.18nm)及离子 半径Y3+(0.089nm)与Ho3+、Er3+(0.0894、0.0881nm) 接近。
IA
1
1H
氢
IIA
2 He
IIIA IVA VA VIA VIIA 氦
2
3 Li
锂
4 Be
铍
5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
硼 碳 氮氧 氟 氖
3
11 Na
钠
12 Mg
镁
IIIB
IVB
VB
VIB VIIB
VIII
13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 氩
稀土元素
概 述
镧 系 元
镧 镧铈 系 系元 元 元素
作 业
素 素 素的
性 的 的应
质 重 应用
要用
化
合
物
1
“稀土”元
镧系元素概述
素并不
引言
稀少
镧系元素(Lanthanides)包括从镧(57)到镥(71)的15个第
六周期的内过渡元素, 用Ln 表示。镧系元素与化学性质相
近的钪(Sc)和钇(Y)，共17个元素总称为稀土元素（ Rare
7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
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。
镧系元素总结
镧系元素总结简介镧系元素是指周期表中镧(La)至镥(Lu)元素的集合。
这些元素也被称为稀土元素，由于其在地壳中含量较低且难以提取，因此被称为稀土。
镧系元素具有独特的化学和物理特性，广泛应用于科学研究、工业生产和医学领域。
特性1.原子结构：镧系元素的原子结构特点是外层电子结构为4f n5d16s^2，其中n代表原子序数。
这些元素的电子排布使得它们在化学性质上表现出相似的特点。
2.化学性质：镧系元素具有较强的金属性质，常为淡黄色的金属。
它们高度活泼，能与多种元素形成化合物。
镧系元素在化学反应中往往呈现多个化价态，表现出丰富的化学性质。
3.物理性质：镧系元素具有较高的熔点、沸点和密度。
它们具有良好的导电性和热导性。
镧系元素还具有磁性，在不同的温度下表现出不同的磁性行为。
4.放射性：镧系元素中的几个元素具有放射性。
其中，镧和钆具有稳定的同位素，而其他元素如镤、铕、铽等则具有放射性同位素。
应用领域1.制备材料：镧系元素广泛应用于材料科学领域。
它们在制备高温超导材料、储能材料和催化剂等方面发挥重要作用。
2.光学应用：镧系元素的化合物在光学领域具有广泛的应用。
它们的特殊发光性能使得它们成为荧光粉、荧光标记剂和激光材料的重要组成部分。
3.化学分析：镧系元素在化学分析中具有重要的作用。
它们的化学性质使得它们成为配位化合物和指示剂的理想选择。
4.核医学：镧系元素的放射性同位素被广泛应用于核医学领域。
镧系元素的放射性同位素可用于放射性示踪、放射治疗和核素扫描等。
5.环境保护：镧系元素在环境保护领域具有重要作用。
它们的催化性能使得镧系元素在废气净化和废水处理中起到重要的作用。
镧系元素列表•镧 (La)•铈 (Ce)•镨 (Pr)•钕 (Nd)•钷 (Pm)•铒 (Sm)•铽 (Eu)•镝 (Gd)•钬 (Ho)•铒 (Er)•铥 (Tm)•镱 (Yb)•镥 (Lu)结论镧系元素具有独特的化学和物理特性，广泛应用于科学研究、工业生产和医学领域。
镧系元素
由于稀土元素半径相近，性质相似， 往往以混合矿物形式存在。
独居石、磷钇矿、氟碳铈镧矿等是 重要的稀土磷酸盐矿物。
我国的稀土储量占世界第一位。
锕系元素都具有放射性 Ac Th 锕 钍 Bk Cf 锫 锎 Pa 镤 Es 锿 U 铀 Fm 镄 Np 镎 Md 钔 Pu Am 钚 镅 No Lr 锘 铹 Cm 锔
Ln2O3 难溶于水，易溶于酸，经过灼烧 仍溶于强酸，与 Al2O3 不同。 Ln 盐类与 NaOH 反应，可以得到 （III ） Ln （OH） 3， 其碱性与碱金属和碱土金属的氢 氧化物相近，且随着原子序数的递增而有规 律减弱。
（2）其它价态化合物
除 + 3 价外，有的镧系元素也有 + 2 和 +4价。 + 4 价氧化物具有较强的氧化性，例如 PrO2 只能存在于固体中，与水作用将还原 成 +3 价。 4 PrO2 + 6 H2O —— 4 Pr （OH） 3 + O2↑
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 外加 Y 钇和 Sc 钪，称为钇组稀土或重稀土
稀土元素总量在地壳中的丰度为 1.53 × 10–2 %。
其中最多的是Ce，丰度为 6.8 ×10–3 % ， 比 Cu 含量多，其次是 Y，Nd，La等，Pm 在地壳中仅以痕量存在。
镧系元素内层 4f 电子受晶体场影响较小， 因此，在计算磁矩时，既要考虑自旋运动的贡献， 又要考虑轨道运动的贡献。 镧系元素是良好的磁性材料。 其中，稀土—钴永磁材料是目前广发应用 的磁性材料。
22―1―2 镧系元素的重要化合物
1 氧化物和氢氧化物
（1） +3 价化合物 +3 价是镧系元素的主要价态。 除 Ce，Pr，Tb 外，镧系金属在空气 中加热均可得到 +3 价碱性氧化物 Ln2O3。
镧系元素-最详细的介绍
慢性影响
长期接触镧系元素可能导致贫血、肝肾损伤等 慢性健康问题。
发育毒性
研究表明，镧系元素可能对胎儿和婴幼儿发育产生不良影响。
安全注意事项和使用规范
佩戴防护用品
在接触镧系元素的过程中，应佩戴化学防护 眼镜、实验服和化学防护手套。
镧系元素包括
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）。
特性
01
镧系元素的原子序数逐渐增加，但核外电子排布却只有两 个电子层，即K层和L层。
02
镧系元素具有类似的化学性质和物理性质，因为它们的价 电子构型相同，都是4f^n6s^2。
03
稀土元素矿是工业上提取镧系 元素的主要来源，通过分离和 提纯这些元素，可以用于各种 工业和科技领域。
02 镧系元素的物理和化学性质
物理性质
原子序数
从57（镧）到71（镥），原 子序数逐渐增加。
原子半径
随着原子序数的增加，原子 半径逐渐减小，表现出明显 的"镧系收缩"现象。
电子构型
每个镧系元素的电子构型都 是相同的，即每个元素都有 两个未充满的电子壳层 （n=4和5）。
03
镧系收缩：随着原子序数的增加，镧系元素的原子半径逐渐减 小，这是因为4f电子逐渐向5d电子跃迁，使得原子核的对外层
电子的吸引力逐渐增强。
镧系元素在自然界中的存在
01
镧系元素在地壳中的丰度较低 ，它们主要存在于稀土元素矿 中。
02
自然界中，镧系元素通常与其 他稀土元素共生，以化合物的 形式存在于矿物中。
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溶液中Ln3+的颜色
镧系元素离子为何具有颜色？
4f亚层半充满的镧系元素离子，其颜色主要是由4f 亚层 中的电子跃迁引起的。(f-f 跃迁)
如果金属处于高氧化态而配位体又具有还原性的话，就 能产生配位体到金属的电荷迁移跃迁。
Ce4+离子的橙红色是由电荷迁移跃迁还是由f-f 跃迁所引 起？(电荷迁移跃迁)
镧系元素化学性质的差异
从La3+到Lu3+， 因电子结构单调变化使+3价离子的半径作有 规律的变化，结果导致镧系元素化学性质上的微细差异作有 规律的收缩。 e.g. 镧系元素+3价离子的碱度随着原子序数的递增而依次减 弱，并且同原子的电负性的变化平行。其离子碱度相对强弱 可以用以判断离子水解程度､配位化合物的稳定性和金属离子 形成氢氧化物沉淀的pH大小。
• 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
12.1 镧系元素的性质
1.引言
镧系元素包括从镧(57)到镥(71)的15个第六周期
的内过渡元素；
锕系元素包括从锕(89)到铹(71)的15个第七周期
的内过渡元素；
（内过渡元素：有电子填充在内层的(n-2)f 能级。但对于镧系和锕系 来讲并不规则，电子也会填入5d或6d能级：这是由于4f和5d, 5f和6d能 级的能量较为接近的原因)
稀土元素
镧系元素的化学性质十分相似而又不完全 相同。包括镧系元素以及与镧系元素在化学性 质上相近的钪(Sc)和钇(Y)，共17个元素总称为
从上图中可以看出，镧系元素的原子半径和离子 半径在总的趋势上都随着原子序数的增加而缩小，这 叫做镧系收缩现象. 镧系收缩的结果，使金属原子半 径从La (187.7 pm) 到Lu (173.4 pm)共缩小~15 pm, 平均1 pm/核电荷.
镧系收缩的原因
镧系元素相继填充处于内层的4f能级，为什么还发生 镧系收缩的现象？
第十二章 镧系元素和锕系元素
目录
12.1 镧系元素的性质 12.2 镧系元素的化合物 12.3 镧系元素的分离 12.4 镧系金属的制备 12.5 镧系元素的用途 12.6 锕系元素简介 小结
*Lanthanoids
•Actinoids
* 21 Sc * 39 Y
* 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
稀土元素。
“稀土”元素并不稀少
17种稀土元素在地壳中占0.0153%，其中丰度最大的是 铈，在地壳中占0.0046%，含量高于锡；其次是钇､钕､镧等。 钇含量高于铅，铥也比我们所熟悉的银或汞多。所以，“稀 土”元素并不稀少。
世界上目前已发现的稀土矿物约有250多种，其中含量 较高的有60多种，实际上有开采价值的只有10多种。我国稀 土矿藏遍及十多个省，是世界上储量最多的国家。具有重要 工业意义的稀土矿物有独居石(RE(PO4))､磷钇矿(YPO4)､氟碳 铈(Ce(CO3)F)矿､褐钇铌矿(YNbO4)等等。
3. 镧系元素的化合价和离子的颜色
镧系元素的特征氧化态为+3。镧系元素在水溶液中容 易形成+3价离子，是较强的还原剂，其还原能力仅次于碱 金属和碱土金属。 0 E (参考：酸性介质和碱性介质中的 Ln(III)/Ln ) 某些镧系元素还能形成+2价和+4价的离子。 比较Eu2+､Yb2+和Sm2+的还原性；Ce4+和Pr4+的氧化性。 (f层全空、半充满、全充满较稳定)
1. 为什么钇与镧系元素的化学性质相近？ 2. 为什么锆与铪，铌与钽，钼与钨这三对元素 的互相分离较为困难？ 3. 第VIII族中两排铂系元素在性质上极为相似, 为何?
镧系收缩的影响
使钇Y3+(88 pm)在离子半径的序列中落在铒Er3+(88.1 pm)的附近， 因而在自然界中常同镧系元素共生，成为稀土元素的一员.
4. 镧系元素的电离能和电极电势
镧系元素电离能是从La到Eu的轻镧系元素和从Gd到Yb的重 镧系元素逐渐增大，而Lu减小。 Eu和Yb的高电离能可能归因于4f 7､4f
2. 镧系元素的性质及镧系收缩
15个镧系元素位于周期表第IIIB族，第六周期的同一格 内。为什么镧系元素的化学性质十分相似？
由上表可以看出，镧系元素最外两个电子层结构很接 近并且将4f轨道很好地屏蔽了起来，尽管4f电子结构不同， 但镧系元素的化学性质受4f电子数的影响很小，因而性质 十分相似。
镧系收缩
1. 是由于4f电子对原子核的屏蔽作用比较弱，随着原子 序数的递增，外层电子所经受的有效核电荷缓慢增加，外电子 壳层依次有所缩小。 2. 由于f轨道的形状太分散，4f电子互相之间的屏蔽也非 常不完全，在填充f电子的同时，每个4f电子所经受的有效核电 荷也在逐渐增加，结果使得4f壳层也逐渐缩小。 整个电子壳层依次收缩的积累造成总的镧系收缩
铕和镱的反常
在镧系元素原子半径总的收缩趋势中，铕和镱的原子 半径比相邻元素的原子半径大很多，而铈的原子半径又较 小。为什么？这在其物理性质和化学性质上分别有何体现？
因为在铕和镱的电子层结构中，分别有半充满的4f7和4f14 电子，这种结构比起4f电子层没有充满的其他状态来对原子核 有较大的屏蔽作用，所以其半径突出地增大。基于此， Eu和 Yb的密度､熔点比它们各自左右相邻的两个金属都小；它们的 性质同Ca､Sr､Ba相近，如都能溶于液氨形成深蓝色溶液。
使镧系后面各族过渡元素的原子半径和离子半径分别与相应同族上 面一个元素的原子半径和离子半径极为接近： e.g. IV B族的Zr4+(80 pm)和Hf4+(79 pm); V B族的Nb5+(70 pm)和 Ta5+(69 pm);VI B族的Mo6+(62 pm)和W6+(62 pm)，离子半径极为接近， 化学性质相。结果造成锆与铪，铌与钽，钼与钨这三对元素在分离 上的困难. 第VIII族中两排铂系元素在性质上的极为相似，也是镧系收缩所带 来的影响.