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。
但是，根据洪特规则的特例，等价轨道在全充满、半充满或全空的状态下是比较稳定的，所以第57号元素镧的价电子层结构是4f05d16s2 (全空)，不是4f16s2；第58号元素铈的价电子层结构不是4f26s2，而是4f15d16s2；第64号元素钆不是4f86s2，而是4f75d16s2 (半充满)；第71号镥是4f145d16s2，4f轨道已经填满，余下的一个电子填充在5d轨道上。
由于镧系元素原子最外面两层电子结构相似，而不同在4f内层上，最外两个电子层对4f轨道有较强的屏蔽作用，尽管4f能级中电子数不同，它们的化学性质受4f电子数的影响很小，所以镧系元素表现出化学性质非常相似。
例如它们常见的氧化态都是+3。
4f电子在化学反应中基本不参加成键，这一点与d区过渡元素是完全不同的(过渡元素中的d电子是参加成键的)。
4f轨道不论是充满的还是未充满的，对其元素的化学性质虽没什么影响，但对它们化合物的光谱和磁性是有影响的。
氧化态镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化态，+3是镧系元素的常见氧化态、特征氧化态。
+3氧化态是所有镧系元素在固体化合物中、水溶液中或其它溶剂中的特殊性质。
从表Ln-2所列电离能数据可以看出，镧系元素第一、第二和第三电离势之和I1+I2+I3是比较低的，比某些d区过渡元素还低，例如Cr→Cr3++3e-的前三级电离能之和是5136kJ*mol-1，Co→Co3++3e-是5636kJ*mol-1。
而且镧系元素前三级电离能之和随原子序数的增加变化比较平稳。
所以镧系元素都能形成稳定的+3氧化态。
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-2所列镧系元素第四电离能I4的数据看，镧系元素由Ln →Ln 主要由第四电离能决定，I4的数值以Ce最小，其次是Pr和Tb，所以这些元素的+4价相对比较稳定。
另外从Ln-3也可以看出，Ce4+（4f0）的稳定性还与它的离子的电子层结构是全空的构型有关。
虽然f0、f7和f14的构型是氧化态特别稳定的一个因素，但不是唯一的因素。
大多数+3氧化态的镧系元素虽然不是这三种构型，但+3氧化态却都是镧系元素的最稳定氧化态。
氧化态的问题不能只是从电子层的结构来考虑，实际上还应该包含着其它热力学和动力学因素，如我们前面已提到的电离势，还有升华能、水合能等等，在某些情况下，后者甚至是更重要的因素。
原子半径和离子半径从表Ln-4中的数据可以看出，第ⅢB族自上而下，从Sc经Y到La，原子半径和三价离子半径逐渐增大。
这是符合各族元素自上而下原子半径和离子半径逐渐增大的一般规律的。
但是从La到Lu则逐渐减小，这种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。
(Lanthanides Con-traction)镧系收缩有两个特点：(1)它们的原子半径虽然随着原子序数的增加而缩小，但相邻元素原子半径之差只有1pm左右，即镧系内原子半径呈缓慢减少的趋势。
原因是随着核电荷的增加，相应增加的电子是填入到倒数第三层的4f轨道（倒数第一层为6s，倒数第二层为5s、5p轨道）上，它比6s和5s、5p轨道对核电荷有较大的屏蔽作用，因此随着原子序数的增加，最外层电子受核的引力只是缓慢地增加，从而导致了原子半径呈缓慢缩小的趋势。
(2)随着原子序数的增加，相邻元素原子半径虽然只缩小约1pm，但是经过从La到Lu14种元素的原子半径递减的积累却减小了约14pm之多。
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。
以镧系元素的原子序数为横坐标，原子半径值为纵坐标画图，可以得到一张Ln系原子半径与原子序数的关系图。
由图可以清楚看出，在原子半径总的收缩趋势中，铕和镱反常，它们的原子半径比相邻的元素的原子半径大很多，而铈的原子半径又比较小。
这是因为在铕和镱的电子层结构中，分别有半充满的4f7和全充满的4f14的缘故。
这种结构比起4f电子层未充满的其它状态对原子核有较大的屏蔽作用。
这种半充满或全充满的电子层结构对原子核有较大的屏蔽作用，也表现在由Ln3+离子半径随原子序数减小的曲线变化中。
由图Ln-2看，在图中Gd离子处出现了微小的但可以觉察的不连续性。
这是因为Gd3+的电子层构型为4f7，由于它对原子核有较大的屏蔽作用，使得有效核电荷略有减小，所以使得Gd3+的离子半径减小的程度较小。
这种效应叫做钆断效应。
镧系收缩是无机化学中的一个特殊而又重要的现象。
镧系收缩的结果是什么呢？①由于镧系收缩，使得第ⅢB族Y3+离子的半径(89.3pm)接近Tb3+和Dy3+的离子半径，因此钆在矿物中与镧系元素共生，成为稀土元素的成员。
Sc离子半径较小(73.2pm)，接近Lu，其化学性质介于铝和镧系元素之间，有的书上不把它列入稀土元素。
我们把Sc和Y都列为稀土元素的成员。
②镧系收缩使它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的一个元素的原子半径和离子半径极为接近，化学性质相似，造成了各对元素在分离上的困难。
如下表所示。
离子的颜色一些镧系金属三价离子具有很漂亮的不同颜色，这些颜色出现在它们的结晶盐中或水溶液中。
从表Ln-5可以看出，若以Gd3+离子为中心，从La3+到Gd3+的颜色变化规律又在从Lu3+到的Gd3+的过程中重演，这就是Ln3+离子颜色的周期性变化。
离子的颜色通常与未成对电子数有关，由表Ln-5可见，当Ln3+具有4fn和4f14-n个电子时，它们的颜色是相同或相近的。
颜色的产是由于电子吸收了特定波长的光，相当于一定的电子跃迁。
Ln3+1的颜色主要是由4f亚层中f-f的电子跃迁引起的。
Ln3+可以吸收从紫外、可见到红外光区的各种波长的电磁辐射。
表Ln-5.Ln3+离子在晶体或水溶液中的颜色根据吸收光谱的研究指出：可见光的波长范围在400~760nm，具有f0和f14结构的La和Lu 在200~1000nm区域没有吸收光谱，所以它们的离子是无色的。
这可能由于f0和f14构型比较稳定没有成单电子的缘故。
具有f7、f1、f6、f8结构的Gd3+、Ce3+、Eu3+和Tb3+，其吸收峰全部或大部分在紫外区，所以离子是无色或略带淡粉红色。
具有f13构型的Yb3+，其吸收峰在红外区，所以Yb3+也是无色的。
剩下的Ln(具有f2、f3、f4、f5、f9、f10、f11、f12构型)在可见光区内有明显的吸收，所以它们的离子有颜色。
由此可见，颜色的观念一般是以光谱中的可见区为限。
有些离子是顺磁性的，有成单电子，应该有颜色，但实际上为无色，原因就是离子的吸收作用发生在可见区以外。
离子的磁性镧系元素的磁性与d区过渡元素的磁性有根本的不同：d区过渡元素的磁矩主要是由未成对电子的自旋运动产生的，因为d轨道受晶体场的影响较大，轨道运动对磁矩的贡献被周围配位原子的电场抑制，几乎完全消失。
而镧系元素，内层4f电子受晶体场的影响较小，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。
镧系元素原子中核外不成对电子数多，加上电子轨道磁矩对顺磁性的贡献，镧系元素可以作良好的磁性材料。
稀土的合金可以作永磁材料。
第一代永磁材料是AlNiCo，PtCo5；第二代是SmCo5、Sm2CO7，第三代是钕铁硼，性能越来越好。
标准电极电势从表Ln-7中的标准电极电势数据可以看出：不管是在酸性介质还是碱性介质中的值都比较小，镧系金属在水溶液中容易形成+3价离子，是较强的还原剂。
其还原能力仅次于碱金属和碱土金属。
镧系金属是较活泼的金属。
从表中数据还可以看出，随着原子序数的增加，镧系金属的还原能力逐渐减弱。
即金属的活泼性递减，镧系金属中镧最活泼。
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。
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 发光特点
镧系元素发光特点镧系元素是指在周期表中镧元素（Z = 57）到镓元素（Z = 71）之间的一组元素。
这些元素都具有类似的电子构型，因此它们的化学和物理性质有许多相似之处。
镧系元素主要存在于稀土矿物中，因此得名为稀土元素。
这些元素在我们的生活中起着重要的作用，例如在电子产品、照明、能源、催化剂等方面都有广泛应用。
镧系元素是一组非常重要的发光材料。
它们的主要发光特点是：发光颜色鲜艳、发光强度高、发光时间长、发光效率高等。
镧系元素的发光颜色鲜艳、丰富，是其最重要的发光特点之一。
镧系元素在不同的晶体中所占的位置不同，其能级结构也不同，因而表现出不同的发光特性。
例如，镧系元素在荧光体中被激发后，可以发出蓝光、绿光、黄光、红光等多种颜色的发光。
这些不同颜色的发光使得镧系元素成为了一种重要的颜料和染料材料。
镧系元素的发光强度高也是其重要的发光特点。
镧系元素的电子构型中存在不同的电子壳层，这些电子壳层之间的跃迁可以产生强烈的发光。
此外，镧系元素的能级结构是非常复杂的，因此在其电子跃迁过程中会产生很多的发光能级，这些发光能级之间的交叉和转移也会导致镧系元素的发光强度明显提高。
镧系元素的发光时间长也是其重要的发光特点之一。
镧系元素的内部结构非常稳定，因此其发光寿命比较长，可以持续发光数小时甚至数天。
这种长时间的发光特性使得镧系元素成为一种理想的发光材料。
镧系元素的发光效率高也是其重要的发光特点之一。
镧系元素的电子跃迁过程中，能量不会被丢失，因此其发光效率比较高。
此外，镧系元素的化学稳定性也比较好，不容易发生氧化、水解和光敏化等问题，因此在长期使用中不会出现发光效率降低的问题。
总之，镧系元素是一种非常重要的发光材料，其在颜色、强度、时间和效率等方面表现出优异的发光特点。
因此，在各种领域中广泛应用，例如在LED照明、荧光显示、荧光材料、激光材料、能源转换等方面都具有非常广阔的应用前景。
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。
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。
镧系元素
+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) 。
镧
镧目录1基本信息2性质3发现4历史简介5性质与稳定性6贮存方法7合成方法8简介9来源10作用11其他12氧化镧13氢化镧14碳酸镧15镧系元素16镧石元素名称：镧（lán）CAS号：7439-91-0[1]元素符号：La元素英文名称：Lanthanum[2] 核内质子数：57核外电子数：57核电荷数：57质子质量：9.5361E-26质子相对质量：57.399所属周期：6所属族数：IIIB元素原子量：138.9元素类型：金属原子体积:(立方厘米/摩尔) 20.73元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面0.0000026地壳中含量：（ppm）32原子序数：57氧化态：Main La+32性质编辑摩尔质量：139密度：6.7镧熔点：920.0沸点：3469.0外围电子排布：5d1 6s2核外电子排布：2,8,18,18,9,2电子层：K-L-M-N-O-P外围电子层排布：5d1 6s2晶体结构：晶胞为六方晶胞。
晶胞参数：a = 377.2 pmb = 377.2 pmc = 1214.4 pmα = 90°β = 90°γ = 120°莫氏硬度：2.5声音在其中的传播速率：（m/S）2475电离能(kJ /mol)M - M+ 538.1M+ - M2+ 1067M2+ - M3+ 1850M3+ - M4+ 4819M4+ - M5+ 6400M5+ - M6+ 7600M6+ - M7+ 9600M7+ - M8+ 11000M8+ - M9+ 12400M9+ - M10+ 15900颜色和状态：银白色金属原子半径：2.74常见化合价：+3镧3发现发现人：莫桑德尔发现时间和地点：1839 瑞典发现人：卡尔·古斯塔法·莫桑德尔（Carl·Gustaf·Mosander）发现年代：1839年4历史简介镧于1839年1月，由在斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所的Carl Gustav Mosander发现。
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.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