文档介绍：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
pǒ
nǚ
gá
tè
dí
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 Rare Earths,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”之称只是一种历史的习惯。
一、镧系元素的性质
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
%,其中丰度最大的是铈,%,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
E q
元素 Ln电子组态 Ln3+电子组态常见氧化态原子半径/pm Ln3+半径/pm /V
57La
58Ce
59Pr
60Nd
61Pm
62Sm
63Eu
64Gd
65Tb
66Dy
67Ho
68Er
69Tm
70Yb
71Lu
4f05d16s2
4f15d16s2
4f3 6s2
4f4 6s2
4f5 6s2
4f6 6s2
4f7 6s2
4f75d16s2
4f9 6s2
4f10 6s2
4f11 6s2
4f12 6s2
4f13 6s2 4f14 6s2
4f145d16s2
4f0
4f1
4f2
4f3
4f4
4f5
4f6
4f7
4f8
4f9
4f10
4f11
4f12
4f13
4f14
(3)
(3),4
(3),4
(3),2
(3)
(3),2
(3),2
(3)
(3),4
(3),2
(3)
(3)
(3),2
(3),2
(3)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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 ( pm) 到Lu ( pm)共缩小~15 pm, 平均1 pm/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。