镧系元素
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。
稀土元素 镧系
稀土元素镧系
稀土元素是指在自然界中含量极少的一类元素，其中镧系元素是稀土元素中最为重要的一类。
镧系元素包括镧、铈、镨、钕、钷、铕、钐、铽、镝、钬、铒、铥和镱等15种元素，它们的化学性质相似，但物理性质却有很大的差异。
镧系元素在现代工业中有着广泛的应用，其中最为重要的是钕铁硼磁体。
钕铁硼磁体是一种高性能永磁材料，具有高磁能积、高矫顽力、高磁导率等优良性能，被广泛应用于电机、发电机、电动汽车、航空航天等领域。
而钕铁硼磁体中的主要元素就是钕和铁，而钕的含量占比最高，因此钕是镧系元素中最为重要的元素之一。
除了钕铁硼磁体，镧系元素还广泛应用于石油化工、电子、冶金、光学等领域。
例如，镧系元素可以用于制备催化剂、光学玻璃、荧光粉、电子材料等。
此外，镧系元素还可以用于医学领域，例如用于制备核医学诊断剂和治疗剂等。
然而，由于镧系元素的产量极少，且分布不均，因此其价格较高。
此外，镧系元素的开采和加工也存在环境污染等问题。
因此，如何合理利用镧系元素，保护环境，成为了一个重要的课题。
镧系元素是稀土元素中最为重要的一类元素，具有广泛的应用前景。
在利用镧系元素的过程中，需要注意环境保护和资源合理利用的问题，以实现可持续发展。
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
原子半径/pm
187.7 182.4 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4
Ln3+半径 /pm E q /V
106.1 -2.38
103.4 -2.34
101.3 -2.35
99.5 -2.32
97.9
-2.29
96.4
-2.30
95.0
-1.99
93.8 -2.28
92.3
-2.31
90.8
-2.29
89.4
-2.33
88.1
-2.32
86.9
-2.32
85.8
-2.22
84.8
-2.30
7Hale Waihona Puke 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
缩小的幅度很小，这叫做
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
4 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 36 Kr
整个电子壳层依次收缩的积累造成总的镧系收缩
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。
镧系元素差别
镧系元素差别全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：镧系元素是指周期表中镧系元素组成的一组元素，其包括镧、铈、镨、钕、钷、镝、钐、铕、钷、钬、铥、镱和镨等共十五个元素。
镧系元素通常被放在元素周期表中的f区，其中的元素性质和化学特性有着一些共性，但也存在着一些差别。
镧系元素的原子序数逐渐增加，由镧元素的原子序数为57一直到镨元素的原子序数为71，随后又从镱元素的原子序数为89一直到镨元素的原子序数为103，这段包含15个元素的区域在元素周期表的下部，有时也被称为镧系锶内区。
这些元素的原子序数从最小的额镧元素依次增加到最大的镨元素，所以它们的电子结构和化学性质也会随之有所变化。
镧系元素在化学性质上有着一些共性。
它们的物理性质相似，都是银白色的金属，常温下多为固态，有较高的熔点和沸点，同时也具有良好的导电性能。
在化学性质上，镧系元素通常表现出较强的还原性和活泼性，容易与氧等其他元素形成化合物，形成二价和三价态的化合物，同时它们的离子半径比较接近，容易发生磁性相互作用。
镧系元素还具有较强的放射性，这也是它们在科学研究和技术应用中被广泛关注的原因之一。
虽然镧系元素之间有着一些共性，但也存在着一些差别。
镧系元素的原子序数逐渐增加，其电子结构也会发生变化，因此在化学性质上也会有所不同。
镨元素和镧元素的化学性质在一些方面会有明显的差别，比如在氧化状态、溶解性以及与其他元素的反应性等方面。
镧系元素的离子半径和电子亲和性也会不同，这也会影响其在化学反应中的表现。
在镧系元素中，由于镱和钔等元素的放射性较强，这些元素的性质和应用也有着一些特殊之处。
钔元素的放射性比较强，因此在核工程和医学诊断中有着特殊的用途，但同时也会带来一定的辐射危害。
镱元素也具有较强的放射性，因此在科学研究和高科技应用中有着重要的角色，比如在医学影像学中的核素扫描等方面。
镧系元素是元素周期表中重要的一组元素，其具有一些共性和差别。
通过了解这些元素之间的相似性和差异性，我们可以更好地理解它们在化学和物理上的性质，同时也可以更好地应用和探索这些元素在科学和工程领域的潜力。
镧系元素PPT课件
原子半径/pm
187.7 182.4 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4
Ln3+半径 /pm E q /V
106.1
-2.38
103.4
-2.34101.3-2.3599.5-2.32
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。白云 鄂博矿床距包头 150 公里，它是世界上最大的稀土资源， 目前的稀土产量占全国的 60%。
具有重要工业意义的稀土矿物有磷钇矿(YPO4)､氟碳铈 (Ce(CO3)F)矿､褐钇铌矿(YNbO4)等等。
a) 镧系收缩的原因
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。
水溶液中，又能存在于固体中； ✓ 正 4 价的 Ce(IV) 具有氧化性:
✓ CeO2：不溶于酸或碱；强氧化剂(被H2O2还原) ✓ 常见的+4价铈盐有硫酸铈Ce(SO4)2·2H2O和硝酸
铈 Ce(NO3)4·3H2O。能溶于水，还能形成复盐。
如何快速分离铈？
Ce4+与其它Ln3+的差别： • CeO2·H2O在pH为时沉淀，其它Ln3+要在pH为
c) 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. ➢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： 例： 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，化学性质相似。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.
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。
稀土17种元素
稀土17种元素15个镧系元素，即镧（57）、铈（58）、镨（59）、钕（60）、钷（61）、钐（62）、铕（63）、钆（64）、铽（65）、镝（66）、钬（67）、铒（68）、铥（69）、镱（70）、镥（71），再加上与其电子结构和化学性质相近的钪（21）和钇（39），共计17个元素。
除钪与钷外，其余15个元素往往共生。
镧（57）镧【拼音】：[lán]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，可制合金，亦可做催化剂。
铈（58）铈【拼音】：[shì]【字义】：1.一种金属元素，是优良的还原剂，可用来制合金。
镨（59）镨【拼音】：[pǔ]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，用于做特种合金和特种玻璃，亦可做陶器的颜料。
钕（60）钕【拼音】：[nǚ]【字义】：1.一种金属元素，色微黄，稀土金属。
【常用词组】：1.钕玻璃[nǚbōli]钷（61）、钷【拼音】：[pǒ]【字义】：1.一种人造的放射性元素。
钷的乙种射线能使磷光体发光，用来制造荧光粉、航标灯，亦用来制造小而轻的原子电池。
钐（62）钐【拼音】：[shān] [shàn]【字义】：[shān] 1.一种金属元素，灰白色，有放射性，稀土金属。
铕（63）铕【拼音】：[yǒu]【字义】：1.一种金属元素，银白色。
用作彩色电视机的荧光粉，在激光材料及原子能工业中有重要的应用。
钆（64）钆【拼音】：[gá]【字义】：1.一种金属元素，稀土金属。
它的氟化物和硫化物都带淡红色。
用于微波技术、彩色电视机的荧光粉、原子能工业及配制特种合金。
铽（65）铽【拼音】：[tè]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，无色结晶的粉末，有毒。
它的化合物可做杀虫剂，亦用来治疗皮肤病。
镝（66）镝【拼音】：[dí] [dī]【字义】：稀土族的三价金属元素,它形成的化合物属于已知的具有最大磁性的物质之列。
其氧化物呈白色,而盐呈微黄色[dysprosium]——元素符号Dy 钬（67）钬【拼音】：[huǒ]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属。
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。
镧系元素的性质及其性质变化规律性
氧化还原性
氧化还原规律
镧系元素具有从+2到+3的氧化态，随着原子序数的增加 ，其还原性逐渐减弱，而氧化性逐渐增强。
原因分析
由于镧系元素的外层电子排布相似，随着原子序数的增 加，电子填充到次外层，使得最外层电子更易获得，增 强了氧化性。
配位反应
配位反应规律
镧系元素具有多种配位方式，随着原子序数的增加， 其配位数也相应增加。
电荷分布
由于电子构型相似，镧系元素的电荷分布也 呈现出明显的规律性。
晶体结构
晶格常数
随着原子序数的增加，晶格常数呈现规 律性变化。
VS
晶体类型
镧系元素在自然界中主要以氧化物、氟化 物和硅酸盐等形式存在。
磁性
磁化率
镧系元素的磁化率随着原子序数的增加而减 小，表现出明显的负磁化率特征。
磁有序结构
在某些镧系元素中，原子自旋排列呈现铁磁 性或反铁磁性。
对称性和守恒规律
对称性
镧系元素具有较高的对称性，这使得它们的晶体结构和分子结构较为稳定。
守恒规律
在镧系元素中，一些物理和化学性质的变化遵循守恒规律，如原子半径、电负性和第一电离能等。这 些守恒规律有助于预测元素性质和指导实验研究。
05
镧系元素的应用
在材料科学中的应用
高温超导材料
镧系元素在高温超导材料中具有重要作用，如La-BaCu-O系超导材料。
电子排布
镧系元素具有相同的电子排布顺序，即4f、5d和6s电子的排布顺序，但由于电子间的相互作用和屏蔽 效应，使得不同元素的电子构型略有差异。
氧化态
氧化态
镧系元素具有多种氧化态，从+2到 +3，其中最常见的氧化态是+3。随 着原子序数的增加，元素的氧化态逐 渐升高，但变化规律并不明显。
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。
镧系元素的化合价
镧系元素的化合价镧系元素是周期表中的一组元素，它们拥有独特的化学性质和化合价。
镧系元素包括镧（La）、铈（Ce）、铽（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）和镱（Yb）。
这些元素在自然界中并不常见，但在许多工业和科学应用中具有重要作用。
镧系元素的化合价对于理解它们的化学性质和用途至关重要。
在镧系元素中，镧（La）的化合价通常为+3，而铯（Ce）具有两种主要的化合价状态，分别为+3和+4。
其他镧系元素的化合价也各不相同，例如钷（Pm）通常以+3的化合价状态存在，而镱（Yb）则可以表现出+2和+3的化合价。
镧系元素在工业上广泛应用于制备催化剂、光学玻璃、磁性材料等领域。
其中，铈（Ce）是一种重要的催化剂，可以用于汽车尾气净化等环保技术中。
铽（Tb）和镝（Dy）则常用于制备永磁材料，具有优异的磁性能。
在研究镧系元素的化合价时，科学家们经常通过实验和理论计算相结合的方法来探索元素的化学性质。
他们发现，镧系元素的化合价与其电子排布有着密切的关系。
通过深入研究元素的电子结构，可以更好地理解其化学反应和物理性质。
除了工业和科学应用外，镧系元素在生物学中也具有重要作用。
钆（Gd）是一种常用的对比剂，用于磁共振成像（MRI）检查中。
镧系元素的特殊性质使其成为医学领域不可或缺的元素之一。
总的来说，镧系元素的化合价及其在各个领域中的应用具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，我们对这些元素的了解也将不断深入，为人类的发展和进步提供更多可能性。
希望未来能有更多人投入到镧系元素的研究中，探索更多的新领域和应用。
【据此发表此论文，非我原创】。
元素周期表镧系和锕系
元素周期表镧系和锕系
1、锕系包括：锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹。
2、镧系包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。
镧系和锕系各包含了十五种元素，二者总量超过了目前元素周期表中元素种类的四分之一。
在目前流行的元素周期表排布方式中，镧系和锕系往往单独排列。
这是因为元素周期表的周期是按照电子层数来区分，在周期内进一步通过电子亚层区分。
对于镧系或锕系元素系列，原子序数增加时，电子在相应的4f 或5f轨道填充，而外层轨道电子排布基本相同，导致每个系列内的元素化学性质相似，将镧系或锕系归于一类不仅方便元素周期表的排版，更反映了其系列内元素化学性质相似的本质。
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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+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) 。
Ln原子半径和离子半径
Eu
200
Yb
La
180
Ce Pr Nd Pm Sm
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Lu
160
140
Ln
Ln(+II)
Ln(+III)
120
Ln(+IV)
100 80
La
Ce Ce
Pr Pr
Nd
Pm
Sm Sm
Eu Eu
Gd Gd
Tb Tb
Dy
Ho
Er
Tm Tm
Yb Yb
Lu
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
6 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 86 Rn
铯 钡 La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106Sg 107Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
6s2
63
铕 Eu 4f7
6s2
64
钆 Gd 4f7 5d1 6s2
65
铽 Tb 4f9
6s2
66
镝 Dy 4f10
6s2
67
钬 Ho 4f11
6s2
68
铒 Er 4f12
6s2
69
铥 Tm 4f13
6s2
70
镱 Yb 4f14
6s2
71
镥 Lu 4f14 5d1 6s2
镧系元素概述
1. 电子构型
Eu,Yb的4f电子 能量低,不参与 成键,只有2个电 子成键，而其 余有三个电子 成键。
（2）分级沉淀法 利用某些镧系盐类溶解度的 差异，通过添加一种化学试剂，生成一种 新的难溶物，使其从溶液中沉淀出来，然 后再溶解、再沉淀多次重复操作，使不同 稀土元素分离的方法。
（3）选择性氧化法 用适当的氧化剂或还原剂 改变镧系离子的价态，使其形成有别于+3 价离子性质的化合物，从而达到分离目的 的方法。
③ f－f(u→u)跃迁 光谱选律所禁阻的跃迁。由 于中心离子与配体的电子振动偶合、晶格振 动和旋－轨偶合使禁阻产生松动，从而使f－f 跃迁得以实现。
5. 镧系元素的分组 （1）峰谷效应（双峰效应）
镧系元素的原子半径在Eu和 Yb处出现峰和在Ce处出现 谷的现象
铈组（轻稀土）La Ce Pr Nd (Pm) Sm 钇组（重稀土）Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu
Tb4+(4f7) ＞ Dy4+(4f8) Tm2+(4f13) ＜ Yb2+(4f14)
当然洪特规则是其问题的一方面,而热力学和动力学可 能是更重要的因素（如没有Sm+ (f7)、Tm+ (f14) 、有 Ce2+(f2) 、Nd2+(f4)、Nd4+(f2)、没有Pr5+(fo)、N6+(fo)） 但是：+2、+4氧化态没有+3氧化态稳定。
（4）离子交换法 利用Ln3+离子在阳离子交换 树脂上吸附能力的不同使其分离的方法。
（5）液-液溶剂萃取法 利用不同镧系离子的 配合物在有机相和水相中分配比的不同 使其分离的方法。
镧系元素的重要化合物
1. Ln(Ⅲ)的化合物 （1）氧化物及氢氧化物
La
r3+
106.1
Z/r3+ ×102 2.83
③其它离子在400-760nm可见光区内有吸收峰,故离子显色。
④ fx 和 f14-X (X=0,1,2……7) 离子显态的颜色是相同或相 近的。
镧系离子的颜色来源:
① 荷移跃迁 电荷从配体的分子轨道向金属离 子空轨道跃迁。
② f－d(u→g)跃迁 光谱选律所允许的跃迁。因 而谱线强度大,一般出现在紫外区。
La (187.9pm) Lu (173.5pm) (187.9-173.5)/14 = 1pm 平均每个相邻原子之间缩小 14.4/14 = 1 pm La3+(106.1pm) Lu3+(85pm) (106.1-85)/ 14= 1.5pm 平均每个相邻中元素之间缩小,比原子半径更大一些
因为在原子中4f属于第二内层(6s为最外层)，4f 对6s还产生一定的屏蔽作用，而离子中4f是最外 层，对本身的屏蔽作用要小得多。
4. 离子的颜色(color of ions) 一些镧系元素的三价水合阳离子中，有很
漂亮的不同颜色，而且有一定的变化规律。
① Ln3+、Lu3+为4f0和4f14无成单电子，故离子无色；
② Ce3+(f1)、Eu3+(f6)、Gd3+(f7)、Tb3+(f8)、Yb3+(f13)吸收 带基本上在紫外区，放出的光在红外区，故这些离 子是无色的。
contraction)
①使钇Y3+(88pm)在离子半径的序列上落在Er3+(88.1pm) 的附近, 因而在自然界中，钇常同镧系元素共生，成 为稀土元素之一；
②使镧系后面的各族过渡元素的原子半径和离子半径 分别与对应同族上面的一个元素的原子半径和离子半 径极为接近。
如果不插进14个镧系元素，La3+的半径比Y约大18pm。 Hf4+的半径要比Zr4+约大20pm,然而镧系收缩总共达 21pm,完全抵消了预期的增长数,结果Hf4+的半径 (78pm)反而比Zr4+的半径(79pm)略小一点，又如 Nb5+(69pm)与Ta5+(68pm)、Mo6+(62pm)与 W6+(62pm)→化学性质接近→分离困难，矿物共生。
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
4 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 36 Kr
3. 氧化态
+III氧化态是所有Ln元素的特征氧化态。 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。有些虽然也有+II或+IV氧化态,但都不稳定。
+IV Ce(4f15d16s2) Pr(4f36s2) Tb(4f96s2) Dy(4f106s2)
Ce(4f0)
Pr(4f1) Tb(4f7) Dy(4f8)
阳离子亲电性逐渐增大
氢氧化物的碱性减弱
1.0×10-19 7.8×10-6
KSP↓ 溶解度↓
2.5×10-25 0.5×10-6
7.82 开始沉淀所需的pH 6.30
(2) 盐类
将轻稀土57-63号称为铈组,将重稀土64-71号为钇组。
相同点：它们的LnF3、Ln(OH)3、LnPO4、Ln2(C2O4)3、 Ln2(CO3)3都难溶于水。 它们的卤化物(Cl,Br,I)、氰化物都溶于水。
锕系元素 (actinide An) 铹 (Lr lawrencium)
15个元素 第二内过渡系
镧系元素的读音与命名
IA
1
1H
氢
IIA
元素周期表 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