镧系元素

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。

★★★★★第18章镧系元素习题1. 按顺序写出镧系元素的名称、元素符号和价层电子构型。

解：镧La，5d1 6s2；铈Ce，4f15d1 6s2；镨Pr，4f3 6s2；钕Nd，4f4 6s2；钷Pm，4f5 6s2；钐Sm，4f6 6s2；铕Eu，4f7 6s2；钆Gd，4f7 5d1 6s2；铽Tb，4f9 6s2；镝Dy，4f10 6s2；钬Ho，4f11 6s2; 铒Er，4f12 6s2; 铥Tm，4f13 6s2; 镱Yb，4f14 6s2; 镥Lu, 4f14 5d1 6s2。

2. 什么是“镧系收缩”，它的起因和后果如何？解：镧系元素随着原子序数的增加原子半径的减小称为镧系收缩（lanthanide contraction）。

从La到Lu，随着原子序数增大，4f轨道中的电子逐渐增多，因4f电子对6s电子屏蔽较完全（屏蔽常数 = 0.99），原子核对最外层6s电子吸引力的增强较慢，使原子半径缓慢减小。

但镧系元素原子半径收缩的趋势不十分明显，从La到Lu原子序数增大了15，半径收缩只有15 pm，平均1 pm/核电荷。

镧系收缩使第六周期镧系后面的副族元素的半径大致减小了11pm，从而与第五周期同族元素的原子半径几乎相等（详见表10-3），又因为同族元素的价层电子构型相同，因此，他们的性质十分接近，在自然界中常共生在一起而难以分离，如Zr与Hf，Nb与Ta，Mo 与W，Tc与Re等。

3. 镧系元素常见的氧化态为+3。

为什么铈、镨、铽、镝的氧化态常呈现+4，而钐、铕、铥、镱却能呈现+2氧化态？解：镧系元素在形成化合物时，失去最外层的2个s电子, 次外层的1个d电子, 或外数第3层的1个f电子，所需电离能较小，镧系元素的特征氧化数为+3。

众所周知，电子层有一种保持或接近全空、半充满与全充满的倾向。

由于这个原因，铈Ce与铽Tb常呈现+4氧化态: Ce+4 (4f0)、Tb+4 (4f7)。

Pr+4 (4f1)、Dy+4 (4f8) 也可呈现+4氧化态，但没有Ce4＋、Tb4＋稳定；同理，Eu2＋、Yb2＋的电子结构分别为半充满的4f7和全充满的4f14，稳定性显然比Sm2＋(4f6)、Tm2+(4f13)高。

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。

元素周期表中的镧系与锕系元素镧系元素和锕系元素是元素周期表中两个重要的连续元素系列。

它们在化学性质和应用中都具有独特的特点。

下面将对镧系元素和锕系元素进行详细介绍。

一、镧系元素镧系元素是指周期表中镧（La）至镤（Lr）这一系列的元素。

镧系元素具有相似的化学性质和电子结构，这是由于它们都有4f轨道的电子。

镧系元素主要包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和镥（Lu）。

镧系元素具有较强的还原性和催化活性，广泛应用于催化剂、照明材料和电子器件等方面。

以镧系元素为主的合金在航天、国防等领域也有重要应用。

二、锕系元素锕系元素是指周期表中锕（Ac）至铀（U）这一系列的元素。

锕系元素的特点是其核外电子排布在5f轨道上，这使得它们具有较复杂的电子结构和较高的电子自旋磁矩。

锕系元素主要包括锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）、铀（U）、镅（Np）、钚（Pu）、镎（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）和鿃（Lr）。

锕系元素具有重要的核物理性质和广泛的应用价值。

铀是锕系元素中应用最广泛的元素，被广泛应用于核能产业和核武器制造。

锕系元素还可以用于放射性同位素的制备、放射性示踪和医学诊断等领域。

总结：镧系元素和锕系元素在元素周期表中具有重要的位置和作用。

它们的电子结构和化学性质的独特性使得它们在催化、照明、电子器件、核能产业等方面具有广泛的应用价值。

对镧系和锕系元素的深入研究有助于我们更好地理解元素周期表和探索新的材料与技术。

通过对元素周期表中镧系和锕系元素的了解，我们可以更好地认识这些元素的特性和应用，并且在科学研究和工业生产中发挥其独特作用。

希望对您有所帮助！。

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。

镧系元素总结简介镧系元素是指周期表中镧(La)至镥(Lu)元素的集合。

这些元素也被称为稀土元素，由于其在地壳中含量较低且难以提取，因此被称为稀土。

镧系元素具有独特的化学和物理特性，广泛应用于科学研究、工业生产和医学领域。

特性1.原子结构：镧系元素的原子结构特点是外层电子结构为4f n5d16s^2，其中n代表原子序数。

这些元素的电子排布使得它们在化学性质上表现出相似的特点。

2.化学性质：镧系元素具有较强的金属性质，常为淡黄色的金属。

它们高度活泼，能与多种元素形成化合物。

镧系元素在化学反应中往往呈现多个化价态，表现出丰富的化学性质。

3.物理性质：镧系元素具有较高的熔点、沸点和密度。

它们具有良好的导电性和热导性。

镧系元素还具有磁性，在不同的温度下表现出不同的磁性行为。

4.放射性：镧系元素中的几个元素具有放射性。

其中，镧和钆具有稳定的同位素，而其他元素如镤、铕、铽等则具有放射性同位素。

应用领域1.制备材料：镧系元素广泛应用于材料科学领域。

它们在制备高温超导材料、储能材料和催化剂等方面发挥重要作用。

2.光学应用：镧系元素的化合物在光学领域具有广泛的应用。

它们的特殊发光性能使得它们成为荧光粉、荧光标记剂和激光材料的重要组成部分。

3.化学分析：镧系元素在化学分析中具有重要的作用。

它们的化学性质使得它们成为配位化合物和指示剂的理想选择。

4.核医学：镧系元素的放射性同位素被广泛应用于核医学领域。

镧系元素的放射性同位素可用于放射性示踪、放射治疗和核素扫描等。

5.环境保护：镧系元素在环境保护领域具有重要作用。

它们的催化性能使得镧系元素在废气净化和废水处理中起到重要的作用。

镧系元素列表•镧 (La)•铈 (Ce)•镨 (Pr)•钕 (Nd)•钷 (Pm)•铒 (Sm)•铽 (Eu)•镝 (Gd)•钬 (Ho)•铒 (Er)•铥 (Tm)•镱 (Yb)•镥 (Lu)结论镧系元素具有独特的化学和物理特性，广泛应用于科学研究、工业生产和医学领域。

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。