镧系元素锕系元素

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1、第23章镧系元素与锕系元素23.1镧系元素23.2锕系元素简介23.1镧系元素23.1.1基本性质概述23.1.2重要化合物23.1.3镧系元素的相互分离23.1.4存在、提取和应用23.1镧系元素23.1镧系元素23.1.1基本性质概述1.镧系元素的分组轻稀土组重稀土组轻稀土组中稀土组重稀土组57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥23.1镧系元素2.镧系元素的电子构型和性质Eθ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/

2、V57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu4f05d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f145d16s24f145d16s24f04f14f24f34f44f54f64f74f84f94f104f114f124f134f14(3)(3),4(3),4(3),2(3)(3),2(3),2(3)(3),4(3),2(3)(3)(3),2(3),2(3)

3、187.7182.4182.8182.1181.0180.2204.2180.2178.2177.3176.6175.7174.6194.0173.4106.1103.4101.399.597.996.495.093.892.390.889.488.186.985.884.8-2.38-2.34-2.35-2.32-2.29-2.30-1.99-2.28-2.31-2.29-2.33-2.32-2.32-2.22-2.3023.1镧系元素3.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

4、氧化态与它们的电子组态稳定性有关。+4+3+2Ba2+Hf4+DyHoErTmLaCePrNdPmSmEuGdTbYbLuLa3+(4f0),Gd3+(4f7)和Lu3+(4f14)已处于稳定结构，获得+2和+4氧化态是相当困难的；Ce3+(4f1)和Tb3+(4f8)失去一个电子即达稳定结构，因而出现+4氧化态；Eu3+(4f6)和Yb3+(4f13)接受一个电子即达稳定结构，因而易出现+2氧化态。23.1镧系元素4.镧系收缩定义指镧系元素的离子半径随原子序数的增加而依次减小的现象。有人也把这叫做“单向变化”。产生原因随原子序数增大，电子填入4f层，f电子云较分

5、散，对5d和6s电子屏蔽不完全，Z*增大，对外层电子吸引力增大，使电子云更靠近核，造成了半径逐渐减小而产生了所谓“镧系收缩效应”。23.1镧系元素镧系元素的原子半径23.1镧系元素●使Y的原子半径处于Ho和Er之间，使其化学性质与镧系元素非常相似，在矿物中共生，分离困难故在稀土元素分离中将其归于重稀土一组。产生影响●收缩缓慢是指相邻两个元素而言，两两之间的减小幅度不如其他过渡元素两两之间的减小幅度大，使镧系元素内部性质太相似，增加了分离困难；●使镧系元素后的第三过渡系的离子半径接近于第二过渡系同族，如Zr4+(80pm)和Hf4+(81pm),Nb5+(70pm)

6、和Ta5+(73pm)，Mo6+(62pm)和W6+(65pm),使其化学性质相似，在矿物中共生，分离困难；23.1镧系元素Question1为什么在镧系中离子半径会出现单向变化呢？为什么在Gd处出现一种不连续性呢？由于镧系元素三价离子的外围电子很有规律，由La至Lu其离子结构为f0至f14，因此离子半径会出现“单向变化”。镧系元素三价离子半径的变化中，在Gd处出现了微小的可以察觉的不连续性，原因是Gd3+离子具有半充满的4f7电子结构，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减小，所以Gd3+离子半径的减小要略微小些，这叫“钆断效应”。正是由于镧系离子的电子结构，凡是与

7、Ln3+离子密切联系的性质，也常呈现单向变化的规律。而且，在镧系元素化合物的有些性质中，也常常会出现“钆断效应”，即所谓的“两分组现象”。23.1镧系元素镧系原子4f电子受核束缚，只有5d和6s电子才能成为自由电子，RE(g)有3个电子(5d16s2)参与形成金属键，而Eu(g)和Yb(g)只有2个电子(6s2)参与，自然金属键弱些,显得半径大些。有人也把这叫做“双峰效应”。Question2为什么原子半径图中Eu和Yb出现峰值？5759616365676971210200190180170160原子半径/pm原子序数23.1镧系元素5.离子的颜色●周期性十分明显

8、Ln3+离