第24章-镧系和锕系元素

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1、第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素24.2锕系元素第24章镧系元素和锕系元素124.1镧系元素元素从镧（原子序数51）到镥（原子序数71）共15种元素，统称为镧系元素（用Ln表示），它们的化学性质十分相似，位于周期表的第ⅢB族，但它们不是同位素。镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素2根据洪特规律的特例，等价轨道在全充满、半充满或全空的状态下较稳定，所以，镧的价电子层结构是4f05d16s2（全空），而不是4f16s2。镥是4f145d16s2，4f轨道已填满，余下的一

2、个电子填充在5d轨道上。价电子层结构第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素3镧没有f电子，但它与其它镧系元素的化学性质非常相似，这主要是因为镧系元素随电子数的增加而新增的电子进入了内层的4f轨道，最外两个电子层对4f轨道有较强的屏蔽作用，它们的化学性质受4f轨道的影响很小，所以化学性质十分相似。提示第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素4原子序数元素名称元素符号价电子层结构+3价氧化态Ln3+电子层结构电离势/(kJ·mol-1)Ln(g)Ln3+(g)+3e-57镧La4f05d16s24f0345558铈Ce4f15d16s24f1352459镨Pr4f3

3、6s24f2362760钕Nd4f46s24f3369461钷Pm4f56s24f4——62钐Sm4f66s24f53871氧化态镧系元素的+3氧化态与电离势的关系第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素5原子序数元素名称元素符号价电子层结构+3价氧化态Ln3+电子层结构电离势/(kJ·mol-1)Ln(g)Ln3+(g)+3e-63铕Eu4f76s24f6——64钆Gd4f75d16s24f7375265铽Tb4f96s24f8378666镝Dy4f106s24f9389867钬Ho4f116s24f10392068铒Er4f126s24f11393069铥Tm4

4、f136s24f12404470镱Yb4f146s24f13419371镥Lu4f145d16s24f143886（续前表）第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素6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。结论一第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素7原子序数元素名称元素符号价电子层结构+3Ln3++4+257镧La4f05d16s24f058铈Ce4f15d16s24f14f0(Ce4+)59镨Pr4f36s24f24f1(PrO2)60钕Nd4f46s24f361钷Pm4f56s24f462钐Sm4f66s24f54f6

5、(Sm2+)63铕Eu4f76s24f64f7(Eu2+)64钆Gd4f75d16s24f765铽Tb4f96s24f84f7(TbO2)66镝Dy4f106s24f94f8(Cs3DyF7)67钬Ho4f116s24f1068铒Er4f126s24f1169铥Tm4f136s24f124f13(TmI2)70镱Yb4f146s24f134f14(Yb2+)71镥Lu4f145d16s24f14镧系元素的氧化态与4f电子层结构的关系第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素8稳定性与离子的电子层结构是全充满、半充满和全空构型有关。如：Eu2+和Yb2+比Sm2+和Tm

6、2+稳定的原因是离子的电子层结构具有半充满和全充满构型，Ce4+的稳定性与电子层全空构型有关。结论二第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素9虽然f0、f7或f14构型是氧化态稳定的因素，但不是唯一的因素，还应该包括其他热力学因素和动力学因素。综合考虑，+3氧化态是镧系元素最稳定的氧化态。总结论第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素10原子半径和离子半径（1）镧系收缩的定义镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数增加而减少的现象称为镧系收缩。（2）镧系收缩的特点镧系内原子半径成缓慢减少的趋势。从La到Lu原子半径递减的积累减少了约14pm之多。第24章镧系元素和锕

7、系元素24.1镧系元素11（3）结果镧系收缩使得钇和钪成为稀土元素的成员；镧系收缩使它后面的各过渡元素性质相似，分离困难，如下表：ⅢBⅣBⅤBⅥBY3+Zr4+Nb5+Mo6+89.3807062La3+Hf4+Ta5+W6+106796962第24章镧系元素和锕系元素24.1镧系元素12离子的颜色（1）现象Ln3+离子在晶体或水溶液中的颜色离子成单f电子数颜色成双f电子数离子La3+0(4f0)无色0(4f14)Lu3+Ce3+1(4f1)无色1(4f13)Yb3+Pr3+2(4f2)绿2(4f12)Tm3+Nd3+3(4f3)淡红3(4f11)E