第二十章 镧系元素和锕系元素

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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。

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某些锕系元素的配位数为 7,9。
2019-6-29
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23-2-2 锕系元素重要单质和化合物
1 铀及其化合物
铀是银灰色活泼金属,在空气中易被氧 化而变黑,密度大,与金相近。
铀能溶于酸,并能与许多非金属单质直 接化合。
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铀主要以氧化物 U3O8的形式存在于沥 青铀矿中。
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2 稀土盐类
(1)卤化物 镧系金属卤化物中研究最多的是氯化物。
向镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸 盐中加盐酸均可得到氯化物。
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由于 Ln3+ 的电荷高,所以镧系元素的水 合氯化物受热脱水时发生水解:

LnCl3 ·nH2O —— LnOCl + 2 HCl ↑+(n-1)H2O
镧系元素的草酸盐难溶于水,也难溶于 稀酸。
可用向硝酸盐或氯化物的溶液中加草酸 和 6 mol • dm3 硝酸的方法得到草酸盐沉 淀。
草酸盐经过灼烧可得相应的氧化物。
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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+ 与配体之间的相互结合以静电作用 为主, 配位数一般较大。
铀最稳定的价态是 +6 价,由于正电荷高, 在溶液中常以铀酰 UO22+ 的形式存在。
UO22+ 呈黄绿色并带荧光,能水解。
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UO3 溶于 HNO3 则生成硝酸铀酰:
UO3 + 2HNO3 —— UO(2 NO3)2 + H2O

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

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!。

镧系元素和锕系元素

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

镧系元素

● 与 f-f 跃迁有关 可以简单地认为离子的颜色与 4f 亚层中的电子跃迁有关:La3+ (4f 0) 和 Lu3+(4f 14) 离子为无色,因为不可能发生 f - f 跃迁;另一稳 定组态的离子 Gd3+(4f 7) 和接近稳定组态的离子Ce3+(4f 1) ,Eu3+(4f 6) , Tb3+(4f 7) 和 Yb3+(4f 13) 的吸收峰在紫外区或红外区,因而显示无色 或浅色.
61Pm 62Sm 63Eu 64Gd




64Gd 65Tb 66Dy 67Ho68Er69Tm70Yb71Lu 钆 铽 镝 钬 铒

镱 镥
22-1-1价层电子构型和氧化数
镧系元素的电子层结构最外层和次外层基本相同, 符号 价层电子 氧化数 符号 价层电子 氧化数 只是4f上电子数不同,因而性质十分相似 构型 构型 La 5d16s2 +3 Gd 4f75d16s2 +3 Ce22-1-1价层电子构型和氧化数 4f15d16s2 +3、+4 Tb 4f96s2 +3、+4 Pr 4f36s2 +3、+4 Dy 4f106s2 +3、+4 Nd Pm Sm Eu 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 +3 +3 Ho Er 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 +3 +3 +2、+3 +2、+3
+2、+3 Tm +2、+3 Yb
氧化态特征 镧系元素全部都形成稳定的 + 3 氧化态,同一周期连续 15 个元 素形成同一种特征氧化态的现象在周期表中是绝无仅有的 . 非特征 氧化态与它们的电子组态稳定性有关 .

镧系元素和锕系元素

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

镧系元素和锕系元素

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

镧系元素和锕系元素
超导体 1987,YBa2Cu3O7-x(x≤0.1 ) Tc:95 K
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

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

高中化学竞赛辅导 无机化学 20.1镧系元素(Ln)知识点素

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第二十章镧系元素和锕系元素Chapter 20 T he Lanthanides and Actinides镧系元素La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、Yb、 Lu(镧) (铈) (镨) (钕) (钷) (钐) (铕) (钆) (铽) (镝) (钬) (铒)(铥)(镱) (镥)锕系元素Ac、 Th、 P a、 U、 Np、 Pu、 Am、 Cm、 Bk、 Cf、 Es、 Fm、 Md、No、 Lr(锕) (钍) (镤) (铀) (镎) (钚) (镅) (锔) (锫) (锎) (锿) (镄) (钔) (锘) (铹)§20-1 镧系元素(Ln)The Lanthanides一、General Properties:1.镧系元素从57号元素镧到第71号元素镥,共十五种元素,称为镧系元素,用Ln 表示。

2.稀土元素周期表ⅢB族中的钪(Sc)、钇(Y)和镧系元素在性质上都非常相似并在矿物中共生,由于镧系收缩,Y3+离子的半径落在Er3+附近,Sc3+离子的半径接近于Lu3+,所以Sc、Y可以看作镧系元素的成员。

在化学上把Sc、Y和镧系元素统称为稀土元素(r are earth’s elements),用RE表示。

3.Oxidation states (以+3为特征氧化态,其他还有+2或+4氧化态)4f 6、4f 74f 13、4f 14Sm2+、Eu2+Tm2+、Yb2+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 14La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+4f 0、4f 14f 7、4f 8Ce4+、Pr4+Tb3+、Dy3+溶液中能稳定存在的氧化态有:Ln3+、Eu2+(4f 7)、Yb2+(4f 14)、C e(IV)(4f 0)4.原子半径和离子半径(1) 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是随着原子序数的增加而逐渐地缩小,这种原子半径依次缩小的积累,称为镧系收缩。

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素
用途
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。

镧系锕系元素-内容要点

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。

镧系元素和锕系元素

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。

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第二十章镧系元素和锕系元素Chapter 20The Lanthanides and Actinides镧系元素La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu (镧)(铈)(镨)(钕)(钷)(钐)(铕)(钆)(铽)(镝)(钬)(铒)(铥)(镱)(镥) 锕系元素Ac、 Th、 Pa、 U、 Np、 Pu、 Am、 Cm、 Bk、 Cf、 Es、 Fm、 Md、 No、 Lr (锕)(钍)(镤)(铀)(镎)(钚)(镅)(锔)(锫)(锎)(锿)(镄)(钔)(锘)(铹)§20-1 镧系元素(Ln)The Lanthanides一、General Properties:1.镧系元素从57号元素镧到第71号元素镥,共十五种元素,称为镧系元素,用Ln 表示。

2.稀土元素周期表ⅢB族中的钪(Sc)、钇(Y)和镧系元素在性质上都非常相似并在矿物中共生,由于镧系收缩,Y3+离子的半径落在Er3+附近,Sc3+离子的半径接近于Lu3+,所以Sc、Y可以看作镧系元素的成员。

在化学上把Sc、Y和镧系元素统称为稀土元素(r are earth’s elements),用RE表示。

3.Oxidation states(以+3为特征氧化态,其他还有+2或+4氧化态)4f 6、4f 7 4f 13、4f 14Sm2+、Eu2+ Tm2+、Yb2+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 La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+4f 0、4f 1 4f 7、4f 8Ce4+、Pr4+ Tb3+、Dy3+溶液中能稳定存在的氧化态有:Ln3+、Eu2+(4f 7)、Yb2+(4f 14)、Ce(IV)(4f 0)4.原子半径和离子半径(1) 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是随着原子序数的增加而逐渐地缩小,这种原子半径依次缩小的积累,称为镧系收缩。

(2) 镧系收缩的影响(a) Sc、Y与镧系元素共生;(b) Zr、Hf,Nb、Ta,Mo、W,Tc、Re在原子半径上非常接近,造成分离极其困难。

5.离子的颜色(1) 电子构型全空,半满和全满,或接近全空,半满和全满的4f电子的离子是稳定的或比较稳定,难以实现4f电子激发,故是无色的。

∴La3+ (4f 0 )、Gd3+ (4f 7 )、Lu3+ (4f 14 )、Ce3+ (4f 1 )、Eu3+ (4f 6 )、Tb3+ (4f 8 )、Yb3+ (4f 13 )都是无色(2) 具有4f x和4f 14 x的+3价离子显示的颜色相同或相近。

(3) f 电子相同,离子电荷不同的离子,其颜色不同。

Ce 4+ (4f 0 ) 橙红 Sm 2+ (4f 6 ) 浅红 Eu 2+ (4f 7 ) 草黄 Yb 2+ (4f 14 ) 绿6.标准还原电位(1) /Ln Ln 3+ϕ很负,而且与pH 无关,所以不管在H +或OH -介质中,镧系元素都是较强的还原剂。

(2) (IV)343Ce /Ce 241.70 V (1M HClO ) 1.61 V (1M HNO ) 1.44 V (1M H SO ) 1.28 V ( 2M HCl )ϕ+++⎧=⎨++⎩在中,在中在中,在中 这说明Ce (IV)在HClO 4中不形成配离子,而在HNO 3、H 2SO 4、HCl 中都不同程度地形成配离子。

7.[+4] O.S.只有Ce (IV)在水溶液中是最稳定的,由于Ce 3+是铈的特征氧化态,所以Ce (IV)是强氧化剂。

Ce (IV)与NaOH 反应,生成Ce(OH)3↓(黄色)并放出O 24Ce(NO 3)4 + 16NaOH 4Ce(OH)3↓ + 16NaNO 3 + O 2 + 2H 2OCeO 2与H 2SO 4反应,同样放出氧气4CeO 2 + 6H 2SO 42Ce 2(SO 4)3 + O 2↑+ 6H 2OCeO 2与盐酸反应,放出氯气2CeO 2 + 8HCl 2CeCl 3 + Cl 2↑+ 4H 2O8.镧系元素氢氧化物Ln(OH)3的碱性接近碱土金属氢氧化物的碱性,但溶解度较碱土金属氢氧化物小。

Ln(OH)3的碱性随Ln 3+离子的半径的递减而有规律的减小。

∵ 由φ = Z / r 或知,从La 3+ → Lu 3+的离子半径减小,φ 增大,∴ M -O 键增强,因此,镧系元素氢氧化物的碱式电离从La(OH)3到Lu(OH)3是减小的。

§20-2 锕系元素The Actinides我们只介绍铀及其化合物的性质。

铀的重要化合物 UO 2(暗棕色) U 3O 8(墨绿色) UO 3(橙黄色)一、铀的氧化物1.UO 3(1) amphoteric oxide UO 3H +UO 2+2U 2O 27OH (2) decomposition 2UO 32UO 2 + O 2 (3) preparation 2UO 2(NO 3)22UO 3 + 4NO 2 + O 2 2.U 3O 8preparation :3U(C 2O 4)2U 3O 8 + 8CO + 4CO 2 或者:3U + 4O 2U 3O 8 U 3O 8不溶于水,但溶于酸,生成+22UO 。

二、硝酸铀酰[UO 2(NO 3)2]1. Preparation UO 3 + 2HNO 3UO 2(NO 3)2 + H 2O2. Properties 水解生成+++53222222(OH))(UO (OH))UO ( (OH)UO 、、 加碱生成Na 2U 2O 7·6H 2O (黄色),加热脱水,生成无水Na 2U 2O 7,俗称铀黄。

3. Structure UO 2(NO 3)2·2H 2O (六角双锥)三、UF 6(八面体)1. Preparation UO 3 + 3SF 4300℃UF 6 + 3SOF 2 2. Hydrolysis UF 6 + 2H 2OUO 2F 2 + 4HFSuperconductivityH. Kammerling Onnes (Nobel Prize for Physics, 1913) discovered superconductivity in Leiden in 1911 when he cooled mercury to the temperature of liquid helium; Many other materials, mostly metals and alloys, were subsequently found to display superconductivity at very low temperatures.Two properties characterize a superconductor:1. It is perfectly conducting, i.e. it has zero resistance.2. It is perfectly diamagnetic, i.e. it completely excludes applied magnetic fields. This is the Meissner effect and is the reason why a superconductor can levitate a magnet.Superconductivity exists within the boundaries of three limiting parameters which must not be exceeded :the critical temperature (T c), the critical magnetic field (H c) and the critical current density (J c).Until 1986 the highest recorded value of T c was ~23K for Nb 3Ge but in that year Bednorz and Muller, in pioneering work for which they received the 1987 Nobel Prize for Physics, reported T c=30K in an entirely new Ba-La-Cu-O ceramic system quickly identified as La 2-x Ba x CuO 4.This prompted an examination of other Cu-O systems and the technologically important breakthrough in 1987 by the Houston and Alabama teams of C.W. Chu and M. K. Wu, of superconductivity at temperatures attainable in liquid nitrogen, T c=95K in a material subsequently shown to be YBa 2Cu 3O 7, “YBCO". This , and other materials in which Y is replaced by a lanthanide, are referred to as "1,2,3" materials because of their stoichiometry. This produced a quite unprecedented explosion of activity amongst chemists, physicists and material scientists around the world. Though the highest T c has been pushed up to 135K (or 164 K under 350 kbar pressure) in HgBa 2Ca 2Cu 3O 8, YBCO is still the archetypal high temperature superconductor.In spite of its long history, it was not until 1957 that Bardeen, Cooper and Schrieffer provided a satisfactory explanation of superconductivity.This "BSC: theory" suggests that pairs of electrons (Cooper pairs) move together through. the lattice, the first electron polarizing the lattice in such a way that the second one can more easily follow it. The stronger the interaction of the two electrons the higher T c, but it turns out as a consequence of this model that T c should have an upper limit ~35K. The advent of high-temperature superconductors therefore necessitated a new, or at least modified, explanation for the pairing, mechanism. Various suggestions have been made but none has yet gained universal acceptance.。

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