镧系元素和锕系元素ppt课件.ppt

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1、第23章镧系元素和锕系元素主要内容4镧系元素的性质123镧系元素的重要化合物稀土元素的分离锕系元素镧系元素共15种，用Ln表示；15种镧系元素加上与之性质相似的钪Sc和钇Y，共17种元素，称为稀土元素，用RE表示。LaCePrNdPmSmEu镧铈镨钕钷钐铕称为铈组稀土或轻稀土GdTbDyHoErTmYbLu钆铽镝钬铒铥镱镥外加Y钇和Sc钪，称为钇组稀土或重稀土稀土元素总量在地壳中的丰度为1.53×10–2%。其中最多的是Ce，丰度为6.8×10–3%，比Cu含量多，其次是Y，Nd，La等，Pm在地壳中仅以痕量存在。由于稀土元素半径相近，性质相似，往往以混合矿物形式存在。独居石、磷钇矿、氟

2、碳铈镧矿等是重要的稀土磷酸盐矿物。我国的稀土储量占世界第一位。锕系元素都具有放射性AcThPaUNpPuAmCm锕钍镤铀镎钚镅锔BkCfEsFmMdNoLr锫锎锿镄钔锘铹钍和铀发现最早，地壳中储量较多。超铀元素均由人工核反应合成。23―1―1镧系元素的性质镧系金属银白色，质地软，延展性好，但抗拉强度低。1金属单质23―1镧系元素除Eu和Yb外，密度、熔点基本上随着原子序数的增加而增加。镧系金属活泼性由镧到镥递减，镧最活泼，在空气中可被缓慢氧化。与冷水缓慢作用，与热水作用较快，可置换出氢。易溶于稀酸，但不溶于碱。镧系元素的主要氧化数为+3，也有+2和+4。由于稀土金属还原性强，一般采用熔盐

3、电解法制备稀土金属单质。由于稀土合吸收和释放氢气的反应可逆且速度快，所以可作为氢气储存器。轻稀土金属的燃点很低。所有镧系金属都具有较强的顺磁性。2镧系化合物的颜色镧系金属离子的颜色是由未充满电子的4f电子的f—f跃迁引起的。具有f0和f14电子构型的La3+和Lu3+离子无f—f跃迁，故无色。具有f1电子构型的Ce3+和f13电子构型的Yb3+离子吸收峰在红外区，故无色。具有f2电子构型的Pr3+和f12电子构型的Tm3+离子主要显绿色。具有f3−5和f9−11电子构型的离子呈现浅红色和黄色。具有f6−8和f9−11电子构型的离子吸收峰全部或大部分在紫外区，所以无色或略带粉红色。因此，f

4、x和f14–x电子构型的离子具有相同或相近的颜色。金属处于高氧化态而配体又有还原性，则能产生配体到金属的电荷迁移。如Ce4+（4f0）离子的橙红色就是由电荷迁移引起的。3镧系化合物的发光物质受到外界能量的激发，其电子从基态跃迁到激发态，当电子由激发态返回较低能级时，发射出不同波长的光。在激发和发射之间时间间隔小于10–8s时，称为荧光，去掉激发源后荧光停止。如果去掉激发源后扔持续一段时间则称磷光。以氧化钇或硫氧化钇为基质的掺有铕的荧光粉，具有耐压性好，寿命长，发光效率高的特点，是理想的彩色电视发光材料。稀土元素X射线发光材料也广泛用于医疗中，其具有透射高、散射性低的光学性能。稀土磷光材料

5、的上转换功能可以将红外线热能转换成可见光，从而大幅度提高发光效率。利用稀土上转换材料，在夜间将红外线热能转换成可见光，从而可完成军事上的观察和拍摄。4镧系元素离子和化合物的磁性f1−13构型的原子或离子都呈顺磁性。镧系元素的磁性与过渡元素的磁性有着本质的差异。d区过渡元素的磁矩主要是由未成对电子的自旋运动产生的。镧系元素内层4f电子受晶体场影响较小，因此，在计算磁矩时，既要考虑自旋运动的贡献，又要考虑轨道运动的贡献。镧系元素是良好的磁性材料。其中，稀土—钴永磁材料是目前广发应用的磁性材料。23―1―2镧系元素的重要化合物1氧化物和氢氧化物（1）+3价化合物+3价是镧系元素的主要价态。除C

6、e，Pr，Tb外，镧系金属在空气中加热均可得到+3价碱性氧化物Ln2O3。Ln2O3难溶于水，易溶于酸，经过灼烧仍溶于强酸，与Al2O3不同。LnIII盐类与NaOH反应，可以得到LnOH3，其碱性与碱金属和碱土金属的氢氧化物相近，且随着原子序数的递增而有规律减弱。（）（）（2）其它价态化合物4PrO2+6H2O——4PrOH3+O2↑（）+4价氧化物具有较强的氧化性，例如PrO2只能存在于固体中，与水作用将还原成+3价。除+3价外，有的镧系元素也有+2和+4价。+4价Ce可在溶液中存在。2CeO2+6H++H2O2——2Ce3++4H2O+O2↑无论在酸中还是碱中，+4价Ce都具有很强

7、的氧化性：（）2CeOH4+8HCl——2CeCl3+8H2O+Cl2↑2稀土盐类（1）卤化物向镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸盐中加盐酸均可得到氯化物。镧系金属卤化物中研究最多的是氯化物。由于Ln3+的电荷高，所以镧系元素的水合氯化物受热脱水时发生水解：LnCl3·nH2O——LnOCl+2HCl↑+（n－1）H2O△制备无水氯化物需要HCl气氛的保护。纯无水盐可采用氧化物Ln2O3氯化的方法，并加入些碳粉制备。△Ln2O3+3C+