镧系元素的通性
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
15
2L11n10原5 子Ln半原离径子和半离径子半径
Eu
200
210150
128000
105
La Ce
La
Pr
Nd
Pm
Sm Eu
Eu
Sm
Gd Tb
Dy
Ho
Yb
Ln(+II) Ln Er LnTm(+III) Lu
Ce
Ln(+IV)
116905
100
Pr Nd
Yb
190
14905
185
11289000 11078055
1 、氧化物
19
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
钾钙 钪钛 钒 铬锰铁钴镍 铜 锌镓锗砷硒 溴氪
5 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 54 Xe
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
8
84.8
-2.30
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
镧系元素和锕系元素性质
◆ 离子半径缩小的快
离
子
Ln3+
◆ 镧系收缩是无机化学的重要现象之一 半
径
● 钇成为稀土元素的成员 Y常与重稀土元素共生
原子序数
● Zr Nb Mo Hf Ta W
半径相近 化学性质相似
分离困难
离子颜色
● 一些氧化数为+Ⅲ的镧系离子有很漂亮的颜色
离子 La3+ Ce3+ Pr3+ Nd3+ Pm3+ Sm3+ Eu3+ Gd3+
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第21章 镧系元素 锕系元素
第21章 镧系元素 錒系元素 本章主要内容
● (一) 镧系元素的电子构型与性质的关系 ● (二) 镧系收缩的实质及对其他元素的影响 ● (三) 镧系元素重要的单质和化合物
f 区元素 内过渡元素
IIIB 族
◆ 镧系元素：La(57) ------Lu(71)，共15种元素(Ln) 钇(Y) + 镧系元素 稀土元素(RE) (性质相似，自然界共生)
①从空气中吸收二氧化碳形成碳酸盐 性 质 ② Ln2O3与水剧烈化合，生成氢氧化物
③ Ln2O3易溶于酸
● 氢氧化物 Ln3 3OH Ln(OH )3
① 水中的溶解度很小
② 氢氧化物显碱性 La(OH )3 Lu(OH )3 碱性减弱 ● 碱性与碱土金属氢氧化物相近 溶于酸而形成盐
盐类
+IV (Ce，Pr，Tb，Dy) Ce(4f0)，Pr(4f1)，Tb(4f7)，Dy(4f8)
原子和离子半径
半 Sc
径
增Y 大 La ----- Lu
原
子
镧系收缩
半 径
镧系元素
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产生结果： 1、Y成为稀土元素的成员 2、Zr和Hf，Nb和Ta，Mo和W原子半径和离子半 径也较接近，化学性质也相似。 3、ⅧB族中两排铂系元素在性质上极为相似， 也是镧系收缩所带来的影响。
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无 机 化 学 22.2.3 镧系元素的氧化态
为4fn6s2。
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但在固态下主要为 4fn－15d16s2， 例外：Eu 4f76s2
Yb 4f146s2
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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。
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无 机 化 学 22.3.2 镧系元素离子和化合物的磁性
双峰形状是由于镧系离 子的总角动量呈现周期 性变化所致。除Sm3+和 Eu3+外，其他离子的计 算值和实验值都很一致， Sm3+和Eu3+的不一致被 认为是在测定时包含了 较低激发态的贡献。
良好磁性材料，把它们制成稀土合金后可作为
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22.2.2 镧系收缩
镧系元素原子半径和离子半径： • 原子半径：
大于相应的第五周期元素； 总趋势是逐渐减小，在Eu 和Yb处有两个峰值 • 离子半径： 半径递减，没有峰值 递减程度比原子半径递减 程度大
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第25章 f区金属 镧系元素和锕系元素 镧系元素符号：Ln(Lanthanides)
25-1-1 镧系元素的通性
一、电子层结构
见书815页表25-1。
两类：4fn6s2、4fn-15d16s2。
洪特规则：元素原子的价电子构型趋于形成 或接近全空、半满、全满的较为稳定状态 。 二、氧化态 见书901页表23-2。 特征氧化态：+Ⅲ。 第1-3电离势之和较低。
2
其它氧化态一般可由洪特规则解释。
“锕系收缩”。
22
四、离子的颜色 多数的Ann+有成单的f电子，若吸收可见光电 子则显示出一定的颜色；若吸收的不是可见光区 的光则无色。 见书835页表25-12。 25-3-2 锕系金属 一、存在与分布
二、锕系金属的制备与用途
三、锕系金属的性质
见书836。
23
25-3-3 钍及其化合物 氧化物及其水合物、硝酸钍。
25-2-4 稀土元素及其化合物的应用(自学)
25-3 锕系元素
An：Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、 Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr。
U铀之后的元素称为超铀元素(人工合成)。 25-3-1 锕系元素的通性 一、价电子结构 见书834页表25-9。
21
两类：5fn7s2、5fn-16d17s2。 相比于镧系元素，锕系元素的后一种价电子结 构更多(锕系的5f、6d轨道能量更相近)。 二、氧化态 见书834页表25-9。 Th→Am存在多种氧化态。 原因：Th→Am的5f电子未达半满， 5f、6d轨 道能量相对镧系更相近，相对易于参与成键。 三、原子半径和离子半径
制备： Ln3+ + 3OH- → Ln(OH)3↓ 性质： 难溶于水(Ksp见书822页表25-7)。
10
碱性：与碱土金属氢氧化物碱性相近，从 La(OH)3 到Lu(OH)3 碱性减弱(半径减小，离子势增 大)。 Yb(OH)3 和Lu(OH)3 显出微弱两性，在高压釜 中与浓碱反应生成Na3Ln(OH)6。
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。
镧系和锕系——精选推荐
第二十三章镧系元素和锕系元素周期表中，ⅢB 族有32 种元素，包括钪、钇、镧、锕，其中镧这一格代表15 种镧系元素（ 71 ~ 57 = Z ），锕这一格代表15 种锕系元素（ 103 ~ 89 = Z ），下面分别讨论镧系和锕系元素。
23-1 镧系元素1、通性：（1）概念：镧系包括从Lu La ~ 的15 种元素，用Ln 表示，又由于Y 在矿物中的与镧系共生，其原子半径和离子半径与镧系元素接近，所以又把Y 和镧系元素合称希土元素，用RE 表示。
（2）电子层结构镧系内，自La 以后，增加的电子填充在f 4 亚层上， f 有t 个轨道，共可容纳14个电子，所以La 后出现14 种元素，称为第一内过渡系。
锕系后14 种元素称第二内过渡元素，92 号U 以后的元素又叫超铀元素。
镧系元素原子的最外面两层的电子结构相似，不同在于f 4 内层，因此化学性质非常相似，在周期表中占一格。
（3）氧化态：主要价态为+Ⅲ，+Ⅳ，但不及+Ⅱ稳定，+Ⅱ价态为很强的还原剂+ 2 Sm （钐），+Ⅳ为很强的氧化剂如： + 4 Ce （铈）（能存在于溶液中）， + 2 Eu （铕）， + 2 Yb （镱）能存在于溶液中。
它们的氧化态与电子层的构型有关，如14 7 0 , , f f f 特别稳定，另外还与其热力学和动力学因素有关。
（4）原子半径和离子半径：镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。
随着原子序数的增加，电子填入f 4 层，而f 4 电子对核的屏蔽不如内层电子，因而随着原子序数的增加，对外层电子吸引力增加，原子半径、离子半径逐渐减小。
其中铕（Eu ）和镱（Yb ）的原子半径变化趋势反常，是因为它们分别具有7 4 f 和14 4 f 的稳定结构，对原子核有较大的屏蔽作用。
另外，在它们的金属晶体中它们仅能给出2 个s 电子形成金属键，原子之间的结合力不像其他镧系元素那样强，所以金属铕和镱的密度较低，熔点也较低，升华能也比相邻的元素低。
稀土元素 镧系
稀土元素镧系稀土元素是指元素周期表中镧系（57La以上）和钪系（21Sc到31Ga）元素，共17个元素，它们的化学和物理性质非常相似，而且在很多方面都是不可或缺的。
稀土元素的应用领域非常广泛，涉及到能源、信息、材料、环保、医疗等诸多领域，特别是高新技术领域，稀土元素的应用显得尤为重要。
镧系共有15个元素，是稀土元素中最重要的一组元素。
其中，Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu分别为镧系元素的第1到13个元素，而La和Y则分别为镧系元素的第1和15个元素。
下面就让我们来了解一下镧系元素的特点及应用。
一、镧系元素的特点1. 化学性质稳定：镧系元素的化学性质非常稳定，能在大气中长期保存而不被氧化。
除极少数特殊条件下会出现自然发射外，镧系元素通常不会与空气中氧气、水气等发生反应，因此在包装和保存方面可用性好。
2. 电子构型特殊：镧系元素最外层的f轨道在原子中排布特殊，因此它们的复合物具有较强的吸附能力和独特的分子构象效应。
在分析化学、生化学等方面有广泛的应用。
3. 金属活性强：镧系元素具有良好的还原性和氧化性，因此可用于催化和电化学反应中，如电池，金属合金，强磁体等。
4. 放射性：镧系元素中有一些元素具有放射性，如钷、铕、镤、钐等，分别用于医疗、放射性示踪、核反应堆等领域。
二、镧系元素的应用1. 催化剂：镧系元素具有良好的催化性能，广泛应用于化学反应、石化工业、制药工业、涂料工业等领域。
如在催化裂化技术中，用于汽油和柴油的裂解；在制造聚合物、涂料、塑料、化妆品等领域，镧系元素作为催化剂可提高生产效率和产品质量。
2. 稀土磁体：镧系元素中的铽、钕等元素具有很高的磁性，可用于制造各种强磁体，如永磁材料、电机、发电机等。
3. 电池：镧系元素可用于生产Ni-MH电池，这种电池比普通镉镍电池的容量高，使用寿命长。
4. 光学材料：镧系元素可用于制造激光、荧光材料、高压钠灯等。
22镧系和锕系元素
22镧系和锕系元素镧系和锕系元素是位于周期表的f块的元素，它们包括锗、铥、镧、铂、钚、镅、钔、镭等15种元素。
它们是两个相邻的元素系列，都属于内过渡元素，具有类似的化学性质。
1.镧系元素：镧系元素是指周期表中第57-71号元素，包括镧、铈、镨、钕、钷、镝、钐、铕、钆、铽、镏、钬、铒和铒。
镧系元素的化学性质随着原子序数的增加而逐渐增加。
这些元素的共同特点是具有相似的外层电子排布，全部都有4f轨道上的电子填充。
镧系元素是金属元素，具有良好的导电性、热传导性和延展性。
它们在自然界中广泛存在于矿物和矿石中。
最常见的镧系元素是镧、铈和钕，它们以氧化物的形式存在于矿石中。
镧系元素具有良好的催化性能，可以用于合成、石油加工等领域的催化反应。
镧系元素还用于制备特种钢材、稀土磁体材料和光学玻璃等。
镧系元素的化合物还具有较强的荧光性能，广泛应用于荧光显示器、LED等光电子器件。
2.锕系元素：锕系元素是指周期表中第89-103号元素，包括锕、钍、镭、铀、镤、钚、镅、锔和锫。
锕系元素的化学性质也随着原子序数的增加而逐渐增加。
锕系元素的电子结构具有一定的特殊性，它们的外层电子结构为s2d1f1、锕系元素是金属元素，具有较高的密度和熔点。
铀是最常见的锕系元素，广泛应用于核能领域。
锕系元素的核凝聚反应具有很高的释能，可以用于核燃料和核武器的制备。
锕系元素的同位素也常常用于放射性示踪、放射性医学、放射性测量等领域。
然而，由于锕系元素的放射性和毒性较强，对人体和环境产生较大的危害，因此在应用中需要严格控制和管理。
总之，镧系和锕系元素是具有相似化学性质的一组元素，具有重要的应用价值。
镧系元素广泛应用于催化、钢铁、光电子等领域，而锕系元素主要应用于核能和放射性技术。
这些元素在科技发展和工业生产中都发挥着重要的作用，但也需要注意其放射性和毒性所带来的风险。
2020年高中化学·强化讲义 第58节 稀土元素简介
第58节 稀土元素简介1.镧系元素的通性f 区元素包括镧系元素和锕系元素，钪、钇和镧系元素合称为稀土元素。
我国稀土资源丰富，稀土产量在世界上遥遥领先。
镧系元素的金属活泼性彼此很相似，仅次于ⅠA ，ⅠA ；镧系元素的氢氧化物大多是难溶性碱。
镧系元素的特征氧化数为+3；镧系元素的离子()3M +一般是有颜色的，并且发现4f n 和144n f -的每对元素的3M +离子颜色是相同的或者是相近的；几乎所有镧系元素的原子或离子都有顺磁性。
镧系元素随着原子序数的增加，它们的原子半径和离子半径总的变化趋向是逐渐缩小，但由于4f 电子的屏蔽作用，使这种缩小程度变得不明显.这就是元素周期表中所谓的镧系收缩.由于镧系收缩，使Lu 以后的Hf 在原子半径或离子半径方面与同族的Zr 相近.Zr 、Hf 的原子半径均为160pm ；44Zr ,Hf ++的离子半径依次为80pm 、81pm ，第VB 族的44Zr ,Hf ++，Nb 、Ta 及以后各副族元素都受到这一影响.总之，使第六周期元素的性质与第五周期元素差别很小.在第Ⅰ族元素中情况也是如此，Ru 、Rh 、Pd 和Os 、Ir 、Pt 很相似，通常把它们合称为铂族元素。
由于镧系元素离子的电子构型、离子电荷和离子半径很相近，其3M +离子化合物的性质非常相似，所以它们在自然界中总是共生在一起.因此，人们对镧系元素的分离方法进行了大量的研究。
2.锕系元素的通性锕系元素中大多数较重的元素是以人工核反应合成的.锕系元素彼此之间也有些相似的性质，但不如镧系元素表现得那么显著.例如，锕系元素都具有特征的氧化数+3，但前半部分锕系元素有高于+3的氧化数如+4、+5和+6氧化数也能稳定存在；大多数锕系元素的离子在水溶液中具有颜色.锕系元素和镧系元素一样都是活泼金属；其氢氧化物也是碱性较强的难溶性碱。
锕系元素最突出的特点是具有放射性.钍和铀是锕系元素，铀的主要用途是作原子反应堆的核燃料，钍本身虽不是核燃料，但受慢中子轰击后会变成核燃料铀—233，我国富产的独居石矿中就含有钍，是很有开发前途的核燃料源3.稀土元素的应用稀土元素大量用于冶金工业和石油工业，把它们加入钢中用来除去氧、硫及其他非金属，以减少有害元素，提高钢的性能；含有稀土元素的沸石可作石油裂化的催化剂，以提高裂化时汽油产率.稀土氧化物可作为光学玻璃的添加剂、玻璃和陶瓷的着色剂，又可制成抛光粉，用于镜面抛光.稀土元素可作为发光材料的有效成分以改善其发光性能，稀土元素作为电光源材料，如制造Na -Sc 灯、Dy -Ho的用途。
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？
在镧系收缩中，为什么原子半径的收缩比离子半径的收缩小得多呢？
想想看？这是因为离子比金属原子少一电子层，电子失去最外层6s电子之后，4f轨道则处于倒数第二层(倒数第一层为5s、5p轨道)，这种状态的4f轨道比原子中的4f轨道(倒数第三层)对核电荷的屏蔽作用小，从而使得离子半径的收缩效果比原子半径明显。
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：
从表Ln-2所列镧系元素第三电离能I3的数据看，它们随原子序数的增加起伏较大，镧系元素由Ln2+
→Ln3+主要是由第三电离能I3决定的。I3的数值以Eu和Yb最大，其次为Tm和Sm，所以这些元素的+2价相对比较稳定。
另外从Ln-3可以看出，Eu2+和Yb2+的稳定性还与它们离子的电子层结构是半充满（Eu2+为4f7）和全充满（Yb2+为4f14）构型有关。Eu14和Yb2+就比Sm2+（4f6）和Tm2+（4f13）稳定。
从表Ln-8中的数据可见，镧系金属的密度、熔点除Eu和Yb以外，基本上随着原子序数的增加而增加。Eu和Yb的密度、熔点比它们各自左右相邻的两种金属都小。这是由于它们具有4f半充满和4f全充满的电子构型，使屏蔽效应增大，有效核电苛降低，导致原子核对外层6s电子的吸引力减小，而使它们的原子半径突然增大，以致它们的原子半径与碱土金属的原子半径相近，例如：
镧系元素.ppt
6铕36铕3EEuu 9镅59镅5AAmm
664钆4钆GGdd 9锔9锔66CCmm
6655铽铽TTbb 9977锫锫BBkk
6969镝锎68镝锎68DCDCyfyf69钬7锿969钬7H锿9EHoEsos160镄8铒1060镄8铒FE0mrFEm1r60铥钔911MT60铥钔9dm1MT1dm70镱锘021NY70镱 锘ob02NY170ob1镥铹3 L1L701u镥铹r3 LLur
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
三、氧化态
+III氧化态是所有Ln元素的特征氧化态。
Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2) 能形成+IV氧化态即
Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。
Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2) 能形成+II氧化态即
钫 镭 Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun Uuu Uub
114 116 118
镧 锕系 系镧锕系系85镧 锕97ALca85镧锕97A5L9铈 钍80caTC59he铈钍80 TC59he9镨镤1 P5P99镨镤1arPP69ar0钕2铀N690U钕2d铀NUd69钷 镎136P9N钷镎13mpPNmp69钚24钐69钚24PS钐PSumum
f区金属镧系与锕系金属
因此，通常要在氯化氢气流中或氯化铵存在下或真空脱水的方法
制备. 氯化铵存在下会抑制 LnOCl 的生成： LnOCl + NH4Cl
∆
LnCl3 + H2O + 2 NH3
LnCl3•nH2O
HCl,H2O
HCl
白色 棕黑
Pr2O3
深蓝 浅蓝
Nb2O3
粉红
Er2O3
淡黄
CeO2
Pr6O11(4 PrO2• Pr2O3 ), Tb4O7(2TbO7 •Tb2O3)
暗棕
性质 ● 氧化物属碱性氧化物，不溶于碱而溶于酸；高温灼烧过的 CeO2难溶于强酸，需要加入还原剂如以助溶； ● 氧化物是一种盐转化为另一种盐的重要中间体； ● 许多氧化物有重要的用途： Ln2O3 用于制造光学玻璃， CeO2 是抛光粉， Eu2O3 用于制造彩色荧光粉等.
慢慢加入到酸中至生成
相应盐的水合物 ● 镧系盐的水合数是不同的，硝酸盐最高为 6，硫酸盐为 8，卤化
物则是不同的：
LnX3 LnCl3 7 LnBr3 7 LnI3 9 8 6 La Ce Pr Nd Pm Sa Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 6
● 无水盐的制备
镧系无水盐的制备是比较麻烦的，因为直接加热会发生部分水解： LnCl3· nH2O LnOCl↓+2HCl + (n-1) H2O
25.1.2 镧系金属 25.1.3 镧系元素的重要化合物
25.2 稀土元素
Rare Earth Elements
25.3 锕系元素 Actinides
25.1 镧系元素
镧系元素(Ln)是周期表中57号镧(La)到71号镥(Lu)共15种元素 的统称. 锕系元素(An)是周期表中89号锕(Ac)到103号铹(Lr)工15种元素的统称.
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。
镧系及锕系元素
Gd断效应
在镧系元素的离子半径的变化中，在具有f7的中点64Gd3+处微有不 连续性, 由其相邻离子半径的差值的大小可以看出：
Pm3＋ Sm3＋ Eu3＋ Gd3＋ Tb3＋ Dy3＋
rM 3+
r/pm 97.9 96.4 95.0 93.8 92.3 90.8
K稳△/pm 1.5 1.4 1.2 1.5 1.5
59 Pr 182.8
101.3 90
研 究 表 明 ： 镧 系 收 缩 90% 归
60 Nd 182.1
99.5
因于依次填充的(n－2)f电子其屏
61 Pm 181.0
97.9
蔽常数可能略小于1.00(有文献报
62 Sm 180.2 111 96.4
告为0.98)，对核电荷的屏蔽不够
63 Eu 204.2 109 95.0
除原子半径外，原子体积、密度、原子的热膨胀系数、第三 电离子能、前三个电离能的总和、原子的电负性、一些化合物的熔 点、沸点等也出现这种峰谷效应。
峰谷效应 (双峰效应)
Eu Ce
对峰谷效应的解释如下： ●电子精细结构: 据计算，Eu、 Yb Gd、Yb、Lu 的电子精细结构分别为: Eu 4f75d0.52626s1.21476p0.2591 Gd 4f75d26s1 Yb 4f145d0.26356s1.22516p0.5114 Lu 4f145d1.82356s16p0.1765
镧系元素的氧化态
下图示出镧系元素氧化态的周期性变化的规律。
镧系及锕系元素
1- 1 镧系元素的电子层结构和通性
1- 2 镧系元素在周期表中的位置及其电子层结构
❖
镧系元素的电子层结构除了La为5d16s2、Ce为4f15d16s2、
第二十五章f区金属镧系
第4页，共30页。
镧系元素的通性
二、电子构型
原子序数
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
元素
镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬
符号
La 4f0
Ce 4f1
Pr
4f3
2.在冶金工业上的应用 3.在玻璃、陶瓷工业中的应用 4.稀土发光材料
5.稀土磁材料 6.在其它领域中的应用
第19页，共30页。
锕系元素的通性
一、电子构型
原子序数
元素 符号 价电子层结构
89
锕
Ac 5f0
6d1
7s2பைடு நூலகம்
90
钍
Th 5f0
6d2
7s2
91
镤
Pa 5f2
6d1
7s2
92
铀
U 5f3
6d1
25-3 锕系元素
25-3-1 锕系元素的通性 25-3-2 锕系金属 25-3-3 钍及其化合物 25-3-4 铀及其化合物
第3页，共30页。
镧系元素的通性
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。
LLaa CCee PPrr NNdd PPmm SSmm EEuu GGdd TTbb DDyy HHoo Er Tm Yb Lu 第7页，共30页。
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