第13章f区元素

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1、第13章f区元素Chapter13f-BlockElementsf区元素在周期表中的位置1．熟悉镧系元素的电子结构、名称，镧系收缩概念及其产生的原因和影响；本章教学要求5.简单了解锕系元素电子结构、名称及与镧系元素的相似性.4．了解镧系元素的分离方法，特别注意溶剂萃取法及离子交换法的原理；3．重点掌握镧系元素氧化物，氢氧化物的性质；2．了解镧系元素的存在，制备及用途；13.1镧系元素Lanthanides13.1.1基本性质概述13.1.2重要化合物13.1.3镧系元素的相互分离13.1.4存在、提取和应用13

2、.2锕系元素简介Introductionofactinides本章内容13.1镧系元素“稀土”—别致有趣的名字：稀土的英文是RareEarths，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.根据IUPAC推荐，把57至71的15个元素称为镧系元素，用Ln表示，它们再加上21号的Sc和39号的Y称为稀土元素，用RE表示.有关f区元素定义的争论仍在继续：一种意见将镧系和锕系分别界定为La之后的

3、14种元素和Ac之后的14种元素，结果是镧系不包括La而锕系不包括Ac；另一种意见是镧系应包括La而锕系应包括Ac,各有15个元素.这都与f电子的填充有关.13.1.1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钆铽镝钬铒铥镱镥另有四分组：57La58Ce59Pr60Nd镧铈镨钕钷钐铕钆61Pm62Sm63Eu64Gd64Gd65Tb66

4、Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu2.镧系元素的电子构型和性质Eq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/V57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu4f05d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f145d16s24f145d16s24f04f14f24

5、f34f44f54f64f74f84f94f104f114f124f134f14(3)(3),4(3),4(3),2(3)(3),2(3),2(3)(3),4(3),2(3)(3)(3),2(3),2(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

6、.32-2.29-2.30-1.99-2.28-2.31-2.29-2.33-2.32-2.32-2.22-2.303.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

7、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.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”.原子序数离子半径/pm575961636567697110510095908580●使Y的原子半径处于H

8、o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；●也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)和Ta5+(73p