第16章 f区元素
第16章 f区元素
f区元素 在周期表 中的位置
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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； 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。 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； 3．重点掌握镧系元素氧化物，氢氧化物的性质； 2．了解镧系元素的存在，制备及用途； 本章教学要求
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； 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。 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； 3．重点掌握镧系元素氧化物，氢氧化物的性质； 2．了解镧系元素的存在，制备及用途； 本章教学要求
16.1 镧系元素 Lanthanides 16.2 锕系元素简介 Introduction of actinides
16.1 镧系元素 Lanthanides 16.2 锕系元素简介 Introduction of actinides
16.1 镧系元素 Lanthanides 16.1.1 基本性质概述 Generality of basic properties 16.1.2 重要化合物 Important compounds 16.1.3 镧系元素的相互分离 Interseparation lanthanides 16.1.4 存在、提取和应用Occurrence, abstraction and applications
16.1 镧系元素 Lanthanides 16.1.1 基本性质概述 Generality of basic properties 16.1.2 重要化合物 Important compounds 16.1.3 镧系元素的相互分离 Interseparation lanthanides 16.1.4 存在、提取和应用Occurrence, abstraction and applications
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
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
稀土的英文是 Rare Earth，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 。 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 。 “稀土”— 别致有趣的名字 Rare Earth Rare Earth “
稀土的英文是 Rare Earth，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 。 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 。 “稀土”— 别致有趣的名字 Rare Earth Rare Earth “
1. 镧系元素的分组 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 另有四分组： 57La58Ce 59Pr 60Nd 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho68Er 69Tm70Yb71Lu 16.1.1 基本性质概述 轻稀土组 重稀土组 57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm70Yb 71Lu 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
1. 镧系元素的分组 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥 另有四分组： 57La58Ce 59Pr 60Nd 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho68Er 69Tm70Yb71Lu 16.1.1 基本性质概述 轻稀土组 重稀土组 57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm70Yb 71Lu 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
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/pm Ln3+半径 /pm EӨ/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 145d 16s 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
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/pm Ln3+半径 /pm EӨ/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 145d 16s 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
3. 氧化态特征 镧系元素全部都能形成稳定的 + 3 氧化态。 La3+(4f 0), Gd3+(4f 7) 和 Lu3+(4f 14) 处于稳定结构， 获得 +2 和 +4 氧化态是相当困难的； Ce 3+ (4f 1 ) 和 Tb3+(4f 8) 失去一个电子即达稳定结构，因而出现 +4 氧 化态；Eu3+(4f 6) 和 Yb3+(4f 13) 接受一个电子即达稳定结 构，因而易出现 +2 氧化态
3. 氧化态特征 镧系元素全部都能形成稳定的 + 3 氧化态。 La3+(4f 0), Gd3+(4f 7) 和 Lu3+(4f 14) 处于稳定结构， 获得 +2 和 +4 氧化态是相当困难的； Ce 3+ (4f 1 ) 和 Tb3+(4f 8) 失去一个电子即达稳定结构，因而出现 +4 氧 化态；Eu3+(4f 6) 和 Yb3+(4f 13) 接受一个电子即达稳定结 构，因而易出现 +2 氧化态