镧系收缩在无机化学中是一个重要的化学现象.doc

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1、镧系收缩在无机化学中是一个重要的化学现象。其存在对元素周期表中某些元素的性质，有相当大的影响。以至于在需要解释这些相关性质的“反常”时，可以一言以蔽之是“镧系收缩”的影响。从而使得镧系收缩更有了一些“理论”的味道。但镧系收缩这个概念本身并不很严格，对其产生原因的分析也多有不妥，需通过讨论、加以厘清才好。一、镧系收缩的内涵原子半径是元素的最主要性质之一。由于元素周期表的核心是，随原子序数的增加，原子核外电子排布有周期性的变化，并导致元素性质有规律性变化。因而，从元素周期表的角度来看，原子半径变化也是有规律的。即

2、在同一周期中，原子半径有从前到后逐渐减小的趋势；在同一族中，有原子半径自上而下逐渐增大的趋势。在周期表的绝大部分区域都是如此。而单独就原子半径问题，提出“镧系收缩”的概念，显然是要强调镧系元素的某种、对元素周期表有较为显著影响或“干扰”的特殊性。镧系元素的原子半径的特殊性有两点：第一点是，随原子序数，原子半径极为缓慢的缩小。这一特点是很突出的。如，在同周期的主族元素（s区或p区内）间，原子序数增加1，原子半径平均会有10pm 的减小；在同周期的过渡元素（d区或ds区内）间，原子序数增加1，原子半径平均会有5p

3、m 的减小；而在同周期的内过渡元素（f 区内）间，原子序数增加1，原子半径平均只有1pm 的减小。镧系元素原子与离子半径的相近（加之离子所带电荷相等），是造成它们常共生、及彼此间难以分离的内在原因。第二点是，在镧系元素内部，随核电荷不断增加、原子半径减小的虽然不多，但14次半径减小的积累量还是十分可观的（从镧到镥原子半径共减小了14.3pm）。其对外部的直接影响就是，造成了钇（Y）的半径与镧系元素中的铕（Eu）相近，从而钇也归属于“希土”；使紧随其后的d区元素的原子半径明显偏小，出现第三过渡系的前几个元素的原

4、子半径，与第二过渡系的相应元素的原子半径几乎相等（大家熟知的锆与铪、铌与钽、钼与钨）的现象。这两个特点可以由“随原子序数增加，镧系元素原子半径减少慢，但降幅大”这句话来描述。镧系收缩也应该是以此为内涵才更为严谨和科学。但对镧系收缩的定义，即使是在比较权威的无机化学教材中，也有侧重点不同的多种定义。如“镧系收缩是指，镧系元素的原子和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象”（简称定义一） [1]；又如“镧系元素的原子半径（以及离子半径）的减少量不明显，这就是周期系中所谓的镧系收缩” （简称定义二）[2]。不难

5、看出，定义一实际是周期表通性的一次再重申。因为在任何周期都有，随原子序数递增、原子半径会递减的变化趋势。不能体现出“减少慢”和“降幅大”中的任何一点，实际上无任何新意，也无为此再设立新概念的必要。而定义二，只是强调了镧系元素原子半径变化的、上述两个特点中的前一个。突出了“减少慢”的现象。对“幅度大”则采取完全回避的态度。这些不同的说法，都有未能反映出问题本质之嫌，还给该概念的使用造成了一定程度的混乱。二、应该从“效用”来定义镧系收缩不难看出，镧系元素原子半径变化的这两个突出特点间，是很难调和的。因为，它们描述

6、的本来就不是同一类现象，是从不同角度观察不同现象而得到的不同结果。举个例子：甲地到乙地，举步之劳（离的很近），用一个5分米的台阶相连（1分米=10厘米，5分米代表5pm）就可以；而丙地到丁地（与甲到乙同样近），但相互间有一条弯曲的台阶路，每个台阶1分米，从丙要降14级才能到丁地。从路的坡度（即斜率）看，是甲到乙间的坡度更大（每个台阶0.5米），而丙丁间则较为平缓（每个台阶0.1米）。但从降落的高差来看，甲乙间才0.5米；而丙丁间是更为悬殊的1.4米。对坡度和高差这种性质完全不同的物理量。能用一个概念将后一条路

7、的特点完全概括出来吗？恐吧很难。但还是有些有心的教师，在教学中尽可能用“镧系收缩”来表述出镧系元素原子半径变化的全部内容。不怕繁琐地向学生解释道：镧系收缩有三个含义。一是，镧系内原子半径极为缓慢地变小；二是，使钇（Y）成为“希土”的一员；第三，使锆与铪、铌与钽、钼与钨、等的原子半径相近。但是，在实际使用这一概念时就会发现，涉及“减少慢”的化学现象被提及的情况相当少。只是在讨论镧系元素性质时才能用到，并且还要有离子所带电荷相等这个条件来补充。在根据元素周期表来讨论元素性质时，完全不会有要用镧系元素“减少慢”来解

8、释的情况。其实并不存在，把只用于镧系元素内部的、宏观看（从整个周期表的角度）意义不大的“减少慢”现象，硬塞进“镧系收缩”概念的必要。而“降幅大”则不然。它牵涉到周期表中多处原子半径变化规律的“反常”。这时，才需要有一个概念来概括和说明。所以，从使用的频度，和作用范围来看，“降幅大”才应该是“镧系收缩”的最核心内容。“镧系收缩”应该是指：镧系作为一个由15个元素所构成的序列，其原子半径逐渐减小的累积、