《f区金属镧系》PPT课件

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1、第25章f区金属镧系与锕系金属25-1镧系元素25-2稀土元素25-3锕系元素习题25-1镧系元素25-1-1镧系元素的通性25-1-2镧系金属25-1-3镧系元素的重要化合物25-2稀土元素25-2-1稀土元素的分布、矿源及分组25-2-2稀土元素的分离25-2-3稀土金属配合物25-2-4稀土元素及其化合物的应用25-3锕系元素25-3-1锕系元素的通性25-3-2锕系金属25-3-3钍及其化合物25-3-4铀及其化合物镧系元素的通性一、通性镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的14种元素性质很相似，所以把它作为镧系元素。由于镧系收缩的影

2、响，使得Y的原子半径(0.181nm)、与元素Nd、Sm(0.182、0.18nm)及离子半径Y3+(0.089nm)与Ho3+、Er3+(0.0894、0.0881nm)接近。Y的化学性质与镧系元素相似，钇在矿物中与镧系共生。通常把钇和镧系元素合称为稀土元素(用RE表示)。镧系元素的通性二、电子构型原子序数元素符号价电子层结构57镧La4f05d16s258铈Ce4f15d16s259镨Pr4f36s260钕Nd4f46s261钷Pm4f56s262钐Sm4f66s263铕Eu4f76s264钆Gd4f75d16s265铽Tb4f96s26

3、6镝Dy4f106s267钬Ho4f116s268铒Er4f126s269铥Tm4f136s270镱Yb4f146s271镥Lu4f145d16s2注：Eu,Yb的4f电子能量低,不参与成键,只有2个电子成键，而其余有三个电子成键。因此它们的金属键弱、原子半径显得较大、熔沸点较低。镧系元素的通性三、氧化态+III氧化态是所有Ln元素的特征氧化态。它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成稳定的+III氧化态。有些虽然也有+II或+IV氧化态，但都不稳定。Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s

4、2)能形成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8)。Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14)。从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满及全满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素)。镧系元素的通性四、原子半径和离子半径从表中的数据可以看出，从La到Lu原子半径和三价离子半径逐渐减小。这种镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。由于镧

5、系收缩的影响，使得钇的原子半径接近Tb和Dy，因而钇与Ln共生，并把钇归为稀土元素。镧系收缩使IVB族中的锆与铪、VB族中的铌与钽、VIB族的钼与钨在原子半径和离子半径较接近，化学性质相似，造成分离上的困难。镧系元素的通性五、离子的颜色Ln3+离子的颜色离子未成对电子数颜色未成对电子数离子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)淡紫3(4f11)Er3+Pm3+4(4f4)粉红、黄4(4f10)Ho3+Sm3+5(4f5)黄5(

6、4f9)Dy3+Eu3+6(4f6)无色6(4f8)Tb3+Gd3+7(4f7)无色7(4f7)Gd3+镧系元素的通性六、镧系元素离子和化合物的磁性镧系元素的磁性较复杂，镧系元素由于4f电子能被5s和5p电子很好的屏蔽掉，受外电场的作用较小，轨道运动对磁矩的贡献并没有对周围配位原子的电场作用所抑制，所以在计算其磁矩时必须同时考虑电子自旋和轨道运动两方面对磁矩的影响。镧系元素及化合物中未成对电子数多，加上电子轨道运动对磁矩所作的贡献，使得它们具有很好的磁性，可做良好的磁性材料，稀土合金还可做永磁材料。镧系金属镧系金属为银白色，较软，有延展性。活

7、泼性仅次于碱金属和碱土金属，应隔绝空气保存。金属活泼性顺序由Sc、Y、La递增；由La到Lu递减，既La最活泼。镧系金属密度随原子序数增加，从La到Lu逐渐增加。但Eu和Yb的密度较小。镧系金属是强还原剂，其还原能力仅次于Mg，其反应性可与铝比。而且随着原子序数的增加，还原能力呈逐渐减弱的趋势。在酸性溶液中Ln2+离子为强还原剂，Ln4+离子为强氧化剂。镧系元素的重要化合物一、氧化态为+III的化合物氧化物和氢氧化物：Ln2O3与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的CO2形成碳酸盐，易溶于水生成Ln(OH)3。Ln(OH)3中除Yb(OH)3

8、和Lu(OH)3外都不溶于过量的强碱。Ln(OH)3在水中微溶，碱性随原子序数增加而减弱，随温度的升高溶解度降低。镧系元素的重要化合物卤化物：镧系元素的氟化物不溶于