内蒙古民族大学无机化学吉大武大版-第24章节镧系和锕系元素课件

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1、第二十四章镧系和锕系元素f区元素f-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；2．了解镧系元素的存在，制备及用途；3．重点掌握镧系元素氧化物，氢氧化物的性质；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；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。本章教学要求24.1镧系元素Lanthanides24.1.1基本性质概述Generalityofbasicproperties24.1.2重要化合物Impor

2、tantcompounds24.1.3镧系元素的相互分离Interseparationlanthanides24.1.4存在、提取和应用Occurrence,abstractionandapplications一种意见将镧系和锕系分别界定为La之后的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。有关f区元素定义的争论仍在继续稀土的英文是RareEarth，18世纪得名，“稀”原指稀贵，“土”是指其氧化物

3、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。另有四分组：57La58Ce59Pr60Nd镧铈镨钕61Pm62Sm63Eu64Gd钷钐铕钆69Tm70Yb71Lu铥镱镥24.1.1基本性质概述1.镧系元素的分组轻稀土组重稀土组57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67H

4、o68Er69Tm70Yb71Lu镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥轻稀土组中稀土组重稀土组65Tb66Dy67Ho68Er铽镝钬铒2.镧系元素的电子构型和性质元素Ln电子组态Ln3+电子组态常见氧化态原子半径/pmLn3+半径/pmEӨ/V57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu4f05d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f

5、126s24f136s24f145d16s24f145d16s24f04f14f24f34f44f54f64f74f84f94f104f114f124f134f14(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.

6、390.889.488.186.985.884.8-2.38-2.34-2.35-2.32-2.29-2.30-1.99-2.28-2.31-2.29-2.33-2.32-2.32-2.22-2.30氧化态特征镧系元素全部都能形成稳定的+3氧化态。La3+(4f0)、Gd3+(4f7)和Lu3+(4f14)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

7、+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，造成半径逐渐减小而产生了所谓的“镧系收缩效应”。●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；●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+(

8、81pm),Nb5+(70pm)和Ta5+(73pm)，Mo6+(62pm)和W6+(65pm),化学性质相似，矿物中共生，分离困难；●使Y的原子半径处于Ho和Er之间，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。类似的现象还出现在镧系元素的配位化合物的稳定常数中。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