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第十四章镧系和锕系元素教学文稿

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第14章 镧系与锕系元素

第14章 镧系与锕系元素

89--------------------103 (15种） Ac---------------------Lr
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§14-2 镧系元素的电子层结构和通性
一、电子层结构 La:5d16s2;余皆有4f电子。
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二、镧系收缩
1.定义：镧系元素的原子半径和离子半径，其总的 趋势是随原子序数的增大而减小。
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三、氧化态
+3为镧系元素常见和特征氧化态，少量 +2，+4不稳定。
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镧系Ln(15种） 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Lu 轻稀土（铈组） 重稀土(包括Sc、Y)(钇组)
Ln、Sc、Y—稀土元素（17种）用RE表示 锕系元素（An)
2.特点：⑴ 镧系内原子半径呈缓慢减小趋势；
⑵ 结果造成Hf和Ta的原子半径与同族的Zr 和Nb的原子半径极为相近。
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8
⑶ 离子半径收缩效果比原子半径明显 ⑷ Eu(63) 、Yb(70)原子半径反常 ⑸ 收缩后果…………
如何从理论上解释?
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第十四章 镧系和锕系元素
天津大学无机化学课件第十四章镧系与锕系元素

天津大学无机化学课件第十四章镧系与锕系元素


课件
8
1750
Lu
1550
熔点/℃
1350
1150
950
750
Eu
Yb
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——熔点在Eu、Yb处出现
骤降的现象
2019/11/5
课件
9
∑(I1+I2+I3)/(kJ·mol-1)
4200
Yb
Eu
4000
Image Nd3+(4f3) 3
淡红
3 Er3+(4f11)
Pm3+(4f4) 4 粉红淡黄 4 Ho3+(4f10)
Sm3+(4f5) 5
黄
5 Dy3+(4f9)
Eu3+(4f6) 6
淡红
6 Tb3+(4f8)
Gd3+(4f7) 7
无
7 Gd3+(4f7)
2019/11/5
课件
14
无机化学多媒体电子教案
Lu
3800
3600
3400
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
原子序数
双峰效应——第一、二、三电离能在
2019/11/5
Eu、Yb处出现骤升的现象
课件
10
Ln3+半径/pm
105
离子半径100Fra bibliotek9590
85
80
75
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
镧系和锕系元素

镧系和锕系元素

.
核反应和超铀元素的合成
三、核反应和超铀元素的合成 核反应分为四种类型：放射性衰变、粒子轰
出原子核、核裂变及核聚变。 1、放射性衰变
天然放射性是指不稳定原子核自发放出α、 β、γ射线的现象。大量的同种原子核因放射 性而陆续发生转变，使处于原状态的核数目不 断以下三种： （1）α衰变 （2）β衰变 （3） γ衰变 。
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
铷 锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
.
概述
一、概述 ： f区元素包括周期系中的La系元素（57La～70Yb）
和Ac系元素（89Ac～102No）共28种元素，La系元素中只 有61Pm是人工合成的，具有放射性，Ac系元素均有放射 性。 超铀元素——Ac系元素中92U以后的元素多数为人工合成， 称超铀元素，镎（Np）、钚（Pu））自然界中有微量存 在。
人工放射性核素还有其它衰变方式，如正 电子β衰变、电子俘获等。
.
核反应和超铀元素的合成
2、放射性的应用 放射性核素的射线具有高能量，当射线与
物质相互作用时，物质受到激发，可以引发本 来不发生的化学或生物过程，促进或抑制化学 或生物过程的变化。在工农业、医学卫生、科 学技术以及人类日常生活中利用放射性的实例 很多。
第十四章 镧系和锕系元素
概述 稀土元素 核反应和超铀元素的合成 本章要求
.
元素周期表
IA
1
1H
氢
镧系元素和锕系元素[知识研究]

镧系元素和锕系元素[知识研究]


颜色浅，有金属光泽，软，延展性好 。
化学性质活泼，次于 IA 和 IIA 族元素，比金属铝活 泼。
2 La + 6 HCl
2 LaCl3 + 3 H2
2 La + 6 H2O
2 La (OH)3 + 3 H2
专业知识
5
2Ce + 3Cl2 Ce + O2
△
2CeCl3 CeO2 (IV)
Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er ••• 活泼
13
纯无水盐可采用氧化物 Ln2O3 氯化的方法，并加入 些碳粉制备。
△
Ln2O3 + 3C + 3Cl2
2 LnCl3 + 3CO
(2) 草酸盐
难溶于水、稀酸，可将镧系金属离子与其它金属分 离。
向硝酸盐或氯化物的溶液中加 6 mol ·dm3 硝酸和草
酸，可得到草酸盐沉淀。
专业知识
14
3 配位化合物
“磷光”：若激发停止发光继续存留。
专业知识
8
含稀土元素的发光材料已得到应用。
如荧光灯：基质是磷灰石，掺Sb3＋发蓝光，掺Eu2＋ 发桔黄色光，两者均掺得近似于日光的白光。
如彩电：高级三基色灯中的三基色荧光粉是含有稀土 金属离子的物质。
上转换材料：稀土磷光材料中 ，发射光频率高于激
发光的频率。如：YF3NaLa(WO4)2 和 -NaYF4 做基质， 掺 Eu3＋ 和 Yb3＋ 分别做激活剂和敏化剂。
稀土元素中，金属活性最强的是 La。
专业知识
6
2 镧系化合物的颜色
f－f 跃迁引起。
f x 和 f 14-x 电子构型的离子具有相同或相近的颜色。
镧系-锕系元素-2011.4

镧系-锕系元素-2011.4

Pm3＋ Sm3＋ Eu3＋ Gd3＋ Tb3＋ Dy3＋
rM 3+
K稳
r/pm 97.9 △/pm 1.5
96.4 1.4
95.0
93.8 1.2
92.3 1.5
90.8 1.5
类似的现象还出现在镧系元素的配位
64Gd
化合物的稳定常数中。 这种现象被称之为Gd断效应。
原子序数
64Gd位于15个镧系元素所构成的序列的正中央，其＋3价离 子有半充满的 f7 稳定结构，这种结构的电子屏蔽效应大，有效
镧系元素除以上原子半径的“双峰”变化外，还有一些规律 性
1、镧系元素存在的奇偶变化
镧系元素在地壳中的丰度随原子 序数的增加而出现奇偶变化的规律： 原子序数为偶数的元素，其丰度总 是比紧靠它的原子序数为奇数的大。
除丰度之外, 镧系元素的热中子
吸收截面也呈现类似的奇偶变化规 律性。
2、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：
第二十二章
Chapter 22
镧系-锕系元素
The Lanthanide Series and
Actinide Elements (2010级使用)
本章教学要求
1. 掌握镧系元素的电子层结构及其与性质的关系； 2. 通过与镧系元素对比了解锕系元素的特性；
3. 掌握镧系收缩的实质及其影响；
4. 熟悉镧系元素的主要化合物； 5. 了解稀土元素的分布及其应用。
特点
原子半径缩小缓慢，相邻元素 递减1pm，总的缩小 约14pm。
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素
1镧系元素
镧系元素是一类常见元素，其化学性质极为稳定，主要分布在周期表中第六、七及第八族之间，例如氧化物等化合物项的稳定性是非常高的，其核心电子结构主要归属于[Xe]4f1-14，5d1-10选项之下。

在镧系元素里，一共有15种元素，自氦（He）开始，到钆（Gd）结束，氦（He）和钆（Gd）也是镧系元素中的一部分，只不过它们是极重元素，所以分别位于第二、七组之外。

2锕系元素
锕系元素是一类极其精细及复杂的元素，主体核心电子结构主要归属于[Rn]5f0，6d1，7s2，选项之下，元素分布在周期表的第十族的末尾。

化学性质上，此族的元素具有非常强的氧化价，可以反映出其在有机物质中，对金属化学及有机合成物的重要性。

其中，镏（Re）及大同（Ds）是极重的元素，由于元素量极为稀少，分布于第十族之外，不属于锕系元素。

总之，镧系和锕系元素是一类常见元素，其核心电子结构及相关元素都分布在各自一定的组及周期表中，对金属化学及有机合成物的发展非常重要。

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镥（Lu）这15个元素。

它们都是顺磁性的，具有相似的电子配置和化学性质。

镧系元素中最常见的元素是镧（La）和铈（Ce），它们在地壳中广泛存在。

镧系元素通常以氧化物的形式存在，因此它们在化合物中具有高的离子化倾向。

镧系元素在很多领域都有广泛的应用。

首先，它们在催化剂领域有重要作用。

镧系元素催化剂常用于汽车尾气净化系统中，可以有效去除有害气体。

此外，它们还可以用于石油化工、化学工业和环境保护等领域的催化反应。

镧系元素也被广泛应用于光学领域。

由于它们具有宽的能带隙，可使光通过的波长范围更宽，因此可用于制造高透过率的光学玻璃。

镧系元素还可以被用作荧光剂和发光材料，用于制造荧光灯、LED和电视等。

镧系元素还有很多其他的应用。

它们被用于制造磁性材料，如硬磁体和软磁体。

镧系元素还可以改善铝合金的力学性能，提高其抗腐蚀性能。

此外，它们还可以用于核工业、电池技术和生物医学等领域。

锕系元素是指周期表中锕（Ac）至锕（Lr）这15个元素。

与镧系元素相似，锕系元素也具有相似的电子配置和化学性质。

锕系元素中最常见的元素是钍（Th）和铀（U），它们在自然界中广泛存在。

锕系元素在核工业中有重要应用。

钍和铀是两种常用的核燃料，被用于核电站和核武器中。

此外，锕系元素还可以用于放射性医学，如放射性同位素治疗癌症。

与镧系元素类似，锕系元素也具有许多其他的应用。

锕系元素可以用于放射性示踪剂、放射性污染监测和放射性探测器的制造。

它们还可以用于照相术和放射性碳测年等应用。

总结起来，镧系元素和锕系元素是元素周期表中重要的内过渡金属系列。

它们具有相似的电子配置和化学性质，广泛应用于催化剂、光学材料、磁性材料、核工业和医学等领域。

对于进一步发掘这些元素的特性和应用，以及其在环境和健康方面的影响，还有很多需要深入研究的领域。

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素

超导体 1987，YBa2Cu3O7-x(x≤0.1 ) Tc：95 K
It is one of the most widely studied ceramic superconductors
5. 稀土元素的应用
玻璃陶瓷
加色例： Nd紫色 CeO2光学玻璃抛光剂（极细粉末磨料）
吸收光例：Pr、Nd吸收黄光，用于护目镜玻璃 相机镜头玻璃加Ln2O3 （高折射率，低散射率） 激光材料 储氢材料 微肥 医药 ……
吸附程度：La强 Lu弱
EDTA溶液
LnR3 + EDTA LnEDTA 络合物稳定性：La弱 Lu强
柱足够长时， 单一离子可达99.9%
④ 溶剂萃取法
应用最广泛
利用稀土离子配合物在水相和有机相中分配系数的差异
常用萃取剂 磷类萃取剂
中性正磷酸衍生物 (RO)3PO、R3PO、 (RO)R ́2PO等
La和La3+无f电子 La、Ce、Gd、Lu 填有5d电子
电子结构特点：
Ln最外层：6s2 →性质类似于碱土金属
Ln次外层：5d0-15s25p6 Ln3+：
最外层：5s25p6 稀有气体构型
4f0-14：深埋，对化学性质影 响很小 → Ln3+稳定，且性质相近
f – f 跃迁：线状光谱
F orbitals
序、名称、 元素符号，清楚它们在周期表中的位置， 能正确描述其电子结构特点。
知道什么是镧系收缩，能解释其产生的原因并指出 其后果。
能说出常见氧化态。知道非常见氧化态物种，并能 解释其存在的原因。清楚离子的电子结构特点。
能说出由矿物提取元素的方法，知道主要的分离提 纯方法。能描述重要化合物的性质。
了解镧系元素的光谱性质和磁性。
镧系元素

镧系元素


均为活泼金属，仅次于碱金属，
与镁接近。
在不太高的温度下, 可与氧、硫、氯、
氮反应，可作脱硫剂、脱氧剂等。
可与水、酸反应，应将其保存在 煤油里。
22-1-4 离子的颜色——呈周期性变化
颜色 未成对 未成对 离子 离子 4f 电子数 (4fn) 4f 电子数 (4fn) La3+(4f0) 0 0 Lu3+(4f14) 无 Ce3+(4f1) 1 1 Yb3+(4f13) 无 22-1-4 离子的颜色 3+ 12 3+ 2 Pr (4f ) 2 2 Tm (4f ) 绿 Nd3+(4f3) 3 3 Er3+(4f11) 淡红 Pm3+(4f4) 4 4 Ho3+(4f10) 粉红淡黄 Sm3+(4f5) 5 5 Dy3+(4f9) 黄 Eu3+(4f6) 6 6 Tb3+(4f8) 淡红 Gd3+(4f7) 7 7 Gd3+(4f7) 无
2、离子交换法（离子交换色层分离法）：
稀土元素
（三）稀土元素的应用：
据统计，目前世界稀土有 70% 左右消耗于材 料方面。稀土材料应用之广遍及国民经济各个 领域和行业：冶金、石油化工、轻工、光学、 磁学、电子、生物医疗和原子能工业等。稀土 金属在电子材料、原子能材料、药物合成及超 导技术等高新技术领域的应用也日益广泛，稀 土储氢材料（如LaNi5，La2Mg17等）用于H2的 储运、能源的检验、制冷及提纯氢等方面。
稀土元素
（一）稀土元素的资源 我国稀土资源有五大特点：储量大、分布广、 类型多、矿种多、品位高。 根据硫酸复盐溶解度不同，可将稀土元素分为铈 组和钇组： 铈组（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、）硫酸复 盐较难溶 钇组（ Eu 、 Gd 、 Tb 、 Dy 、 Y 、 Ho 、 Er 、 Tm 、 Yb、Ln）硫酸复盐较易溶
第十四章 镧系和锕系元素

第十四章 镧系和锕系元素

第十四章 镧系和锕系元素思考题解析2．核裂变有如下规律NN t t 021ln693.0=21t ：某放射性核素的半衰期。

N 0：衰变前某放射性核素的数目（或质量）。

t ：衰变时间。

N ：放射性核素t 时间衰变后剩余的数目（或质量）。

放射性Co-60的半衰期为5.3年，1mg 的Co-60经15.9年后还剩多少毫克?40K 衰变为40Ar 半衰期为1.28×109年。

一块取自月球的岩石经分析含92% 40K 、8%40Ar 。

试估算该岩石的年龄。

解：（1）NN t t 021ln693.0=90.03.5303.29.15693.0303.2693.0lg210=⨯⨯==t t NN9.70=NN 或%1313.00==N N即1mg 的Co-60经15.9年后还剩： 1mg ×13%=0.13mg (2) 40K 与40Ar 的物质的量之比为,1:5.11408:4092=假定所有的40Ar 都是由40K 衰变得到,则月球的那块岩石诞生时40K 与40Ar 的物质的量之比为12.5:0。

已知40K 衰变为40Ar 的半衰期为1.28×109年，则：t =8940401054.15.115.12lg693.01028.1303.2lg303.2693.021⨯=⨯⨯=⨯yK K t 的现有量的原始质量y即该岩石的年龄为1.54亿年。

习题解答写出并配平下列核反应方程式：（1）115B 衰变放出α粒子； （2）10747Ag 吸收中子；用高速α粒子轰击氮-14得到氧-17；10447Ag 衰变放出β粒子。

解：（1）115B42He +73Li （2） 10447Ag +10n10847Ag (3) 147N +10n178O + 11H(4) 10447Ag 01-e +10847Pd平衡下列核反应： 解：（1）8736Kr 01-e + 8737Rb(2) 5324Cr + 42He10n + 5626Fe(3) 126C +10n 210n +116C(4)23592U 42He +23199Th写出下列核反应方程式： （1） 2311Na(n,γ)2411Na(2) 157N (p,α) 126C （3）3517Cl (n,p)3516S解：（1）2311Na + 10n2411Na + γ（2） 156N + 11p 126C +42He(3) 3517Cl +10n3516S + 11p完成下列核反应方程式，并说明核反应的类型。

镧系元素和锕系元素

镧系元素和锕系元素

用途
镧系元素和锕系元素在工业、科研、医疗等领域有着广泛的应用，如用于制造催化剂、荧光材料、核反应堆等。
在自然界中的分布与稳定性
分布
镧系元素和锕系元素主要分布在地球的岩石圈中，其中一些元素也可以在海洋、大气中检测到。
稳定性
在自然界中，镧系元素和锕系元素通常以稳定或较稳定的同位素形式存在，但也有一些放射性同位素 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
镧系元素和锕系元素
目录
CONTENTS
• 镧系元素的概述 • 锕系元素的概述 • 镧系元素与锕系元素的相似性 • 镧系元素与锕系元素的区别 • 镧系元素与锕系元素的未来发展
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
电子排布与性质
电子排布
镧系元素和锕系元素的电子排布具有 相似性，它们的最外层电子数均为8 个，次外层电子数均为18个。
性质
由于电子排布相似，镧系元素和锕系 元素在化学性质上也有很多相似之处， 如氧化态、配位数等。
化学性质与用途
化学性质
镧系元素和锕系元素具有多种氧化态，可以形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物等。
非金属元素反应。
在工业与科学研究中的应用差异
镧系元素在工业 中的应用
镧系元素在工业中广泛应用 于制造合金、催化剂、荧光 粉等。例如，镧可以用于制 造高温超导材料，铈可以用 于制造汽车尾气净化催化剂 等。
锕系元素在工业 中的应用
锕系元素在工业中主要用于 核能领域，如制造核燃料和 核反应堆等。例如，铀和钚 是核反应堆中的重要燃料， 镅和锔可用于制造放射性示 踪剂等。

镧系锕系元素-内容要点

内容提要、重点难点、本章要求1.内容提要(1)镧系、锕系元素的名称、符号、电子层构型、氧化态及变化规律；(2)镧系收缩及后果；(3)镧系元素化合物；(4)稀土元素；(5)习题与测试；2.重点难点(1)镧系元素原子半径及离子半径变化规律；(2)镧系收缩及后果；3.本章要求(1)掌握镧系元素名称、符号、价电子构型及半径变化规律；(2)掌握镧系收缩及后果；(3)了解镧系元素性质；(4)了解稀土元素的用途；4.建议学时－－－－2学时15.1 镧系、锕系元素的名称、符号、电子层构型、氧化态及变化规律1.名称和符号周期表中有两个系列的内过渡元素，即第六周期的镧系和第七周期的锕系。

镧系包括从镧（原子序数57）到镥（原子序数为71）的15种元素；锕系包括从锕（原子序数89）到铹（原子序数103）的15种元素。

2.电子层构型镧系、锕系电子层构型比较复杂，第三层4f、5f轨道上。

表15-1 镧系元素原子的电子层结构57镧La58铈Ce59镨Pr60钕Nb61钷Pm62钐Sm63铕Eu64钆Gd65铽Tb66镝Dy67钬Ho68铒Er69铥Tm70镱Yb71镥Lu从表15－1可知，除镧原子外，其余镧系元素原子的基态电子层结构中都有f电子。

镧虽然没有f电子，但它与其余镧系元素在化学性质上十分相似。

镧系元素最外两个电子层对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，所以它们的化学性质很相似。

【问题】为什么La最外层电子构型不是4f16s2，而是4f05d16s2; Gd最外层电子构型不是4f86s2，而是4f75d16s2？根据洪特规则，电子处于半满、全空时较为稳定。

表15-2 锕系元素原子的电子层结构原子序数元素名称元素电子层结构89锕Ac90钍Th91镤Pa92铀U93镎Np94钚Pu95镅Am96锯Cm97锫Bk98锎Cf99锿Es100镄Fm101钔Md102锘No103铹Lr3.氧化态镧系元素前三级电离势之和是比较低的，比某些过渡元素要低。

镧系和锕系

第十四章镧系和锕系元素
本章要求了解镧系和锕系元素的通性，我国稀土元素的概况以及核反应的类型。

f 区元素包括周期系中的镧系元素（原子序数57～71共15种元素）和锕系元素(原子序数89～103共15种元素)。

镧系元素中只有钷是人工合成的，具有放射性。

锕系元素均有放射性，铀后元素为人工合成元素，称超铀元素。

锕系元素中的钍(Th)和铀(U)在地壳内储量较多，而锕(Ac)、镤(Pa)、镎(Np)、钚(Pu)则极微。

周期系第ⅢB组中的钪、钇和镧以及其它镧系元素（共17种元素）性质都非常相似，并在矿物中共生在一起，总称为稀土元素，常用RE(Rare Earth)表示
f 区元素的价层电子构型为(n-2)f0～14(n-1)d0～2n s2, 其特征是随着核电荷的
增加，电子依次填入外数第三层(n-2)f 轨道，因而又统称内过渡元素。

14-1 镧系和锕系元素概述
镧系元素(Lanthanides, 简写为Ln)和锕系元素(Actinides, 简写为An)的基本性质列表于14-1和14-2。

表14-1 镧系元素的一些性质
锕系元素概述
锕系元素(Actinides, 简写为An, 原子序数89～103, 共15种元素)。

锕系元素均有放射性，铀后元素为人工合成元素，称超铀元素。

锕系元素中的钍(Th)和铀(U)在地壳内储量较多，而锕(Ac)、镤(Pa)、镎(Np)、钚(Pu)则极微。

表14-2 锕系元素的基本性质。

[理学]镧系和锕系元素

55 57 59 61 63 65 67 69 71
原子序数
铕和镱出现反常现象，这是因 为它们的电子构型分别是半充 满4f7和全充满4f14，这两种结 构比4f电子层未充满的其他状 态对核电荷有更大的屏蔽作用 。
镧系元素的原子半径除Eu和Yb反常外，从La到Lu略有缩小的趋势，但缩小 程度不如离子半径。这是由于镧系元素原子的电子层比相应的离子多一层， 它们的最外层是6s2，4f居于倒数第三层，它对原子核的屏蔽作用很强，接近 100 %，因而镧系元素原子半径收缩的效果就不明显了。
镧系元素第一个f电子在铈原子出现，随着原子序数增加，4f轨道中电子的 填 充 出 现 两 种 类 型 ： [Xe]4f n6s2和 [Xe]4fn-15d16s2。 La 的 价 电 子 构 型 为 4f05d16s2，Ce为4f15d16s2，Gd为4f75d16s2，Lu为4f145d16s2，其余镧系元 素原子为4fn 6s2。镧系元素原子的电子构型按照哪一类型排列，符合洪特 规则的特例。一般情况下，等价轨道全充满、半满或全空的状态是比较稳 定的。
镧系元素和阿系元素
(f-Block Elements)
重点掌握
1. 镧系元素无论是在水溶液或固体化合物中正常 氧化态都是+3
2. 镧系收缩及其产生的影响 3. 镧系元素离子的颜色通常与未成对电子数有关。
4f亚层未充满的镧系元素离子，颜色主要是由 于4f亚层中的电子跃迁所引起的
周期表中第57号元素镧（La）到第71号元素镥（Lu）共15种元素统称为 镧系元素（lanthanide elements，缩写为Ln）；
电极电势数据可以看出，镧系金属是较强的还原剂，其还原能力仅次 于碱金属和碱土金属，而且随着原子序数的增加，其还原能力逐渐减弱。

镧系元素和锕系元素

镧系元素（Lanthanides）和锕系元素（Actinides）镧系元素和锕系元素是元素周期表中两组特殊的元素系列，分别位于元素周期表的第6和第7周期。

这两个系列的元素在化学性质和电子结构方面都具有独特的特点。

镧系元素镧系元素是指周期表中镧（La）到镱（Yb）的15个元素，它们的原子序数依次递增。

这些元素的外层电子结构为5d16s2，其中的4f电子层是它们的主要特征之一。

镧系元素是稀土金属，具有类似的化学性质。

镧系元素具有较小的原子半径、高电离能和特殊的磁性质。

它们在化学反应中往往呈现+3价态，因为去除一个外层5d电子更容易。

镧系元素在合金制备、催化剂和光学材料等方面有广泛的应用。

镧系元素的用途镧系元素在许多领域都有重要的应用。

其中一些应用包括：1.稀土磁体：镧系元素的磁性性质使其在制造强大的磁体方面具有独特的优势。

例如，镧系元素钕（Nd）可以用于制造永磁体，用于电动汽车和计算机硬盘驱动器等设备中。

2.光学材料：镧系元素的荧光性质使其成为荧光屏和荧光粉的重要组成部分。

它们还用于制造高效的LED照明和激光器等光源。

3.催化剂：镧系元素的化学催化性能使其在制造化学品和炼油工业中得到广泛应用。

例如，镧系元素铈（Ce）和镨（Pr）可以用作汽车尾气净化催化剂。

4.合金制备：镧系元素可以与其他金属元素形成稳定的合金，这些合金在航空航天、汽车和船舶制造等领域有重要的应用。

尽管镧系元素在许多领域有广泛的应用，但由于其产量相对较小且分散，其价格相对较高。

锕系元素锕系元素是指周期表中锕（Ac）到镆（Md）的15个元素，它们的原子序数依次递增。

锕系元素的电子结构为5f n6d17s^2，其中的5f电子层是它们的主要特征之一。

锕系元素是放射性元素，有较长的半衰期。

锕系元素的化学性质和镧系元素相似，但由于其放射性属性，其应用受到限制。

锕系元素有丰富的同位素，其中一些同位素可以用于核能和放射治疗。

锕系元素的用途尽管锕系元素的使用受到限制，但它们在某些领域仍然有重要的应用。

镧系及锕系元素(2021精选文档)

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除了La为5d16s2、Ce为4f15d16s2、
Gd为4f75d16s2、Lu为4f145d16s2外，其余均为4fx6s2(x＝3～7、
9～14)构型
❖
镧系元素的电子层结构最外层和次外层基本相同，只是4f轨道
到Lu3＋的84.8 pm，共缩小了21.3 pm，平均每两个相邻元素间 缩小了21.3/14≈1.5 pm。这是镧系元素性质的单向变化规律。
另一方面，离子半径的变化，在具有f7的中点Gd3＋钆处， 微有不连续性，这是由于Gd3＋具有f7半满稳定结构, 屏蔽稍大, 半径略有增大之故。这是镧系元素性质的Gd断效应规律。
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。
有达到La3+，Gd3+和Lu3+稳定结构的趋向，也就是说，比这些稳
定结构的电子数稍多的电子容易失去。总之，从La到Gd，从Gd到
Lu，氧化 的变化是先升向+4，然后降到+2，再回到+3，这样镧系
元素氧化数的变化形成了两个周期。
镧系元素的价电子层结构
下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。
由于金属的原子半径与相邻原子之间的de电 子云相互重叠(成键作用)程度有关。而Eu和Yb只 用少量 d 电子参与成键，成键电子总数为2，其他 原子(如Gd、Lu)能使用较多的 d 电子参与成键， 成键电子总数为3 (Ce为3.1)，成键作用的差别造 成了原子半径的差别 。
●Eu和Yb的碱土性：Eu和Yb在电子结构上 与碱土金属十分相似，这种相似性使得Eu和Yb的 物理和化学性能更接近于碱土金属。其原子半径也 接近于碱土金属。
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概述
210 Ln原子半径
205
Eu
Ln
200
195
Yb
190
La
185
180
Ce Pr Nd Pm Sm
Gd
175
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Lu
170 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
概述
La系元素原子半径在Eu、Yb两处出现骤升 的峰值现象与它们的第一、二、三电离能总和 随着原子序数增加而增加，但在Eu、Yb出现骤 升的峰值和La系元素的熔点随着原子序数的增 加在逐渐升高过程中Eu、Yb处出现陡降的谷值 的现象合在一起，称LaAl 系元素性质递变的“双 峰效应”。
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
钫 镭 Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun Uuu Uub
114
116
118
镧 锕 镧锕系系系 系 8 5镧 锕 9 A 7 L85镧锕97c a A5 L9铈 钍 ca8 0T C59铈钍80 h e TC59 he镨 镤 91P 5P 99镨镤1 PPa r 6 a9 r钕 0 2 N 69U 0钕2铀铀 NUd d6 9钷 镎 1 6P 3 9N钷镎13PNmpm p6 9钚 钐 692 4钚P S 24钐PSumu m6 9铕 镅 69A 铕镅353 5E AEmumu6 9锔 69钆 锔4钆64 6 C GCGmd m d6 9 6957铽 锫 铽锫5 7BB TTkb k b 696 9 镝锎68镝 锎 D6 8 CD C yf 6y 9f 钬76 锿99钬 锿 HE7 H 9 oE s 16o 0镄s 8铒106镄 铒 FE08 mrF E0160铥钔9m 1r 1MT6铥 钔 dm0M T 91 170镱锘02m d1NY7镱 锘 ob00 N Y12 701镥铹3o b 1 L7 Lu镥 铹 r01L L3u r
概述
一、概述 ： f区元素包括周期系中的La系元素（57La～70Yb）
和Ac系元素（89Ac～102No）共28种元素，La系元素中只 有61Pm是人工合成的，具有放射性，Ac系元素均有放射 性。 超铀元素——Ac系元素中92U以后的元素多数为人工合成， 称超铀元素，镎（Np）、钚（Pu））自然界中有微量存 在。
稀土元素——ⅢB中的钇（Y）、镥（Lu）和La系元 素，共16种元素性质相似。在矿物中常共生在一起。故 总称为稀土元素，常用RE（Rare Earth）表示。
内过渡元素——f区元素在价层电子填充上的特征 是基本上新增电子填在(n-2)f亚层（即倒数第三层的f
概述
（一）价层电子构型和氧化数： La系元素价层电子构型一般为4f1-145d0～16S2，其
中La（4f05d16S2，4f为全空），Gd（4f75d16S2，4f半 充满）及Ce(4f15d16S2)，5d轨道上有1个电子，其余 La系元素新增电子均在4f轨道上。
在氧化数上，表现属ⅢB的特征+3氧化数，此外还 有+4及+2氧化数的表现，即部分4f电子也参与成键。 不同La系元素它们在氧化数的稳定性上不同，从La～ Gd和从Gd～Lu氧化数变化出现两个周期。 La系元素中还有其他的一些氧化数（+4、+2）表现。
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
铷 锶 钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
6 55 Cs 56 Ba 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
铯 钡 La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
第十四章 镧系和锕系元素
概述 稀土元素 核反应和超铀元素的合成 本章要求
元素周期表
IA
1
1H
氢
IIA
2 He
IIIA IVA VA VIA VIIA 氦
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
影响：由于Ln3+所带电荷相同，且Ln3+的构型及半径相差 不大，所以Ln3+性质极为相似：离子化合物的溶解度、 氢氧化物的酸碱性、配合物的稳定常数、离子晶体的晶 格能等彼此都很接近，从而造成10 105 100
95 90 85 80
Sm
Eu
Ln(+II)
2、离子半径
特点：①La3+离子半径在86.8～103.2Pm间，比相
同氧化数的其它金属离子较大（
r Cr 3
=61.5Pm，r Fe
3 =64.5Pm，r Co
3
r=Al 633P=m5）3.。5Pm，
概述
②La3+半径变化十分规律，如图所示，逐渐减小， 不同于原子半径有峰值出现，这是因为La3+已无6s和5d 电子最外层皆为5s25p6结构，随La→Yb有效核电荷增加， 离子半径逐渐减小。同时，有效核电荷的增加比原子中 显著，（因无6s5d电子核受屏蔽减弱，使有效核电荷增 加）。总共收缩了16.4Pm，（原子半径只收缩10.3Pm）。
La Ce
Ln(+III) Ln(+IV)
Pr
Nd
Ce Pr
Pm
Sm
Eu Gd
Tb
Tm Yb
Dy
Gd Tb
Ho Er Tm Yb Lu
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu