第二十一章 镧系元素

《第二十一章 镧系元素》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、镧系和锕系元素第二十一章无机化学电子教案镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬饵铥镱镥pǒnǚgátèdí锕钍镤铀镎钚镅锔锫锎锿镄钔锘铹镧系元素镧系元素的性质镧系元素的重要化合物镧系元素的应用镧系元素(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，用RE表示。稀土的英文是RareEarths，18世纪得名，“稀”原指稀贵，“土”是指其氧化物难溶于水的“土”性.其实稀土元素在地壳中的含量并不稀少，性质也不象土，而是一组活泼金属，“稀土”之称只是一种历

2、史的习惯。一、镧系元素的性质1.引言内过渡元素：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

3、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。三大产地：包头、攀枝花和江西.2.镧系元素的性质及镧系收缩Eq元素Ln电子组态Ln3+电子组态常见氧化态原子半径/pmLn3+半径/pm/V57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu4f05d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f7

4、5d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f146s24f145d16s24f04f14f24f34f44f54f64f74f84f94f104f114f124f134f14(3)(3),4(3),4(3),2(3)(3),2(3),2(3)(3),4(3),2(3)(3)(3),2(3),2(3)187.7182.4182.8182.1181.0180.2204.2180.2178.2177.3176.6175.7174.6194.0173.4106.1103.4101.399.597.996.495.093.

5、892.390.889.488.186.985.884.8-2.38-2.34-2.35-2.32-2.29-2.30-1.99-2.28-2.31-2.29-2.33-2.32-2.32-2.22-2.30镧系元素的电子构型和性质由上表可以看出，镧系元素电子层结构很接近，且最外两个电子层将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(18

6、7.7pm)到Lu(173.4pm)共缩小~15pm,平均1pm/核电荷.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。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？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。b)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

7、原子半径大很多，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。使钇Y3+(88pm)在离子半径的序列中落在铒Er3+(88.1pm)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

8、子半径极为接近：例：IVB族的Zr4+(80pm)和Hf4+(79pm);VB族的Nb5+(7