第二十一章 铜系和锕系元素
镧系和锕系元素 第二十一章 电 子 教 案
18 IA 0 2 1314151617 A IIIA IVA VA VIAⅦAHe Li Be34567 BCNOFNe 89101112 Na Mg IIIB IVB VB VIBⅦB ⅧIBⅡBA1 Si P SC1ax K Ca Sc V Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se BrKr 5 Rb Sr Y zr Nb Mo Ic Ru Rh Pd ag ca In Sn Sb Te I 6 Cs Ba La Ha Ta W Re os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi PoAt 7 RaAc Rf Db Sg Bh HsMt n po ga te di 镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬饵铥镱镥 铜系 Ce Pr Nb Pm Sm EuGd a Tb Dy HoErTm Lu 铜系 Th Pa y No Pu 4△ Ca Bk e Es Ea nd No Lx 图铜钍镤铀镎钚镅铜锫铜锿镄钔锘铹
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镧系元 镧系元素的性质 ×镧系元素的重要化合物 镧系元素的应用
镧系元素的性质 镧系元素的重要化合物 镧系元素的应用
、镧系元素的性质 2?? 1.引言 镧系元素 Lanthanides)包括从镧(57)到镥(71)的15个第 六周期的内过渡元素,用Ln表示。镧系元素与化学性质相 近的钪c)和钇(Y),共17个元素总称为稀土元素,用RE 表示。稀土的英文是 Rare earths,18世纪得名,“稀” 原指稀贵,“土”是指其氧化物难溶于水的“土”性 ‖其实稀士元素在地壳中的含量并不稀少,性质也不象士, 色川而是一组活泼金属,“稀土”之称只是一种历史的习惯 内过渡元素:有电子填充在内层的(-2M能级。但对 零电子國图 于镧系和锕系来讲并不规则,电子也会填入5d或6d能 级:这是由于4和545和6能级的能量较为接近的原 因
(Lanthanides)包括从镧(57)到镥(71)的15个第 六周期的 用Ln 表示。镧系元素与化学性质相 近的钪(Sc)和钇(Y)，共17个元素总称为 ，用 RE 表示 。稀土的英文是 Rare Earths，18 世纪得名， “稀” 原指稀贵， “土” 是指其氧化物难溶于水的 “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 。 ：有电子填充在内层的(n-2)f 能级。但对 于镧系和锕系来讲并不规则，电子也会填入5d 或6d 能 级：这是由于4f 和 5d, 5f 和6d 能级的能量较为接近的原 因。 ???
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“稀土”元素并不稀少 17种稀土元素在地壳中占00153%,其中丰度最大的是 铈,在地壳中占0.0046%,含量高于锡;其次是钇、钕、 镧等。钇含量高于铅,铥也比我们所熟悉的银或汞多。所 以,“稀土”元素并不稀少。 世界上目前已发现的稀土矿物约有250多种,其中含量 较高的有60多种,实际上有开采价值的只有10多种。我国 川稀士矿藏遍及十多个省,是世界上储量最多的国家。白 色川鄂博矿床距包头150公里,它是世界上最大的稀土资源 目前的稀士产量占全国的60% 具有重要工业意义的稀土矿物有磷钇矿(YPO小、氟碳 液钟(Ce(CO)矿、褐钇铌矿(YNbO)等等。 三大产地:包头、攀枝花和江西
17种稀土元素在地壳中占0.0153%，其中丰度最大的是 铈，在地壳中占0.0046%，含量高于锡；其次是钇､ 钕､ 镧等。钇含量高于铅，铥也比我们所熟悉的银或汞多。所 以， “稀土”元素并不稀少。 世界上目前已发现的稀土矿物约有250多种，其中含量 较高的有60多种，实际上有开采价值的只有10多种。我国 稀土矿藏遍及十多个省，是世界上储量最多的国家。白云 鄂博矿床距包头 150 公里，它是世界上最大的稀土资源， 目前的稀土产量占全国的 60%。 具有重要工业意义的稀土矿物有磷钇矿(YPO4)､ 氟碳 铈(Ce(CO3)F)矿､ 褐钇铌矿(YNbO4)等等。 ：包头、攀枝花和江西
2.镧系元素的性质及镧系收缩 镧系元素的电子构型和性质 元素In电子组态Ln3电子组态常见氧化态原子半径/pmLn3半径/pm E 5La45n62 4f0 187.7 106.1-2.38 58Ce 4n5d16y2 4n1 (3),4 1824 103.4 2.34 5r4f3 (3),4 182.8 101.3 -2.35 60Nd4/62 4f3 (3),2 182.1 99.5 -2.3 61Pm 181.0 97.9 -2.29 S 4f5 (3),2 180.2 96.4 -2.30 63Eu4f62 4f6 (3),2 204.2 95.0 199 学电國 64Gd4f516y2 (3) 180.2 93.8 -2.28 65Tb 4f 652 4f8 (3),4 178.2 92.3 2.31 66D (3),2 1773 90.8 -2.29 67Ho 4f10 (3) 176.6 894 2.3. 68Er (3) 175.7 2.32 69Tm 2 (3),2 174.6 869 2.32 6s2 OYb 6s2 (3),2 194.0 858 2.22 ILu 4f45d 6s2 (3) 173.4 84.8 -2.30
元素 Ln电子组态 Ln E q 3+电子组态 常见氧化态 原子半径/pm Ln3+半径 /pm /V 57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu 4f 05d 16s 2 4f 15d 16s 2 4f 3 6s 2 4f 4 6s 2 4f 5 6s 2 4f 6 6s 2 4f 7 6s 2 4f 75d 16s 2 4f 9 6s 2 4f 10 6s 2 4f 11 6s 2 4f 12 6s 2 4f 13 6s 2 4f 14 6s 2 4f 145d 16s 2 4f 0 4f 1 4f 2 4f 3 4f 4 4f 5 4f 6 4f 7 4f 8 4f 9 4f 10 4f 11 4f 12 4f 13 4f 14 (3) (3),4 (3),4 (3),2 (3) (3),2 (3),2 (3) (3),4 (3),2 (3) (3) (3),2 (3),2 (3) 187.7 182.4 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4 106.1 103.4 101.3 99.5 97.9 96.4 95.0 93.8 92.3 90.8 89.4 88.1 86.9 85.8 84.8 -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
由上表可以看出,镧系元素电子层结构很接近,且最 外两个电子层将4f轨道很好地屏蔽了起来,尽管4f电子 结构不同,但镧系元素的化学性质受4f电子数的影响很 小,因而性质十分相似。 21 镧系收缩 Gd+ 外180 Ho?OLu 学电國 170 $d的d的h 6163 原子序数 原子序数 Ln3离子半径与原子序数 镧系原子半径与原子序数的关系 的关系
由上表可以看出，镧系元素电子层结构很接近，且最 外两个电子层将4f 轨道很好地屏蔽了起来，尽管4f 电子 结构不同，但镧系元素的化学性质受4f 电子数的影响很 小，因而性质十分相似
从上图中可以看出,镧系元素的原子半径和离子半径 在总的趋势上都随着原子序数的增加而缩小,这叫做镧系 收缩现象.镧系收缩的结果,使金属原子半径从La(1877 pm)到Lu(173.4pm)共缩小~15pm,平均1pm/核电荷 镧系元素相继填充处于内层的4厂能级,为什么还发生 系收缩的现象? a)镧系收缩的原因 1.是由于4f电子对原子核的屏蔽作用比较弱,随着原子序 数的递增,外层电子所经受的有效核电荷缓慢增加,外 免学电 电子壳层依次有所缩小。 2.由于f轨道的形状太分散,4∫电子互相之间的屏蔽也非常 不完全,在填充∫电子的同时,每个4电子所经受的有效 核电荷也在逐渐增加,结果使得4壳层也逐渐缩小 包M整个子壳层依收缩的积累造成总的澜系收缩
从上图中可以看出，镧系元素的原子半径和离子半径 在总的趋势上都随着原子序数的增加而缩小，这叫做镧系 收缩现象. 镧系收缩的结果，使金属原子半径从La (187.7 pm) 到Lu (173.4 pm)共缩小~15 pm, 平均1 pm/核电荷. 1. 是由于4f 电子对原子核的屏蔽作用比较弱，随着原子序 数的递增，外层电子所经受的有效核电荷缓慢增加，外 电子壳层依次有所缩小。 2. 由于f 轨道的形状太分散，4f 电子互相之间的屏蔽也非常 不完全，在填充 f 电子的同时，每个4f 电子所经受的有效 核电荷也在逐渐增加，结果使得4f 壳层也逐渐缩小