第二十章镧系元素和锕系元素 Chapter 20 The lanthanides and actinides 镧系元素 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu (镧)(铈)(镨)(钕)(钷)(钐)(铕)(钆)(铽)(镝)(钬)(铒)(铥)镱)(镥) 锕系元素 Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr (锕)(钍)(镤)(铀)(镎)(钚)(镅)(锔)(锫)(锎)(锿)(镄)(钔)(锘)(铹) §20-1镧系元素(Ln) The lanthanides General Properties: 1.镧系元素从57号元素镧到第71号元素镥,共十五种元素,称为镧系元素,用Ln 表示。 2.稀土元素周期表ⅢB族中的钪(Sc)、钇(Y)和镧系元素在性质上都非常相似并 在矿物中共生,由于镧系收缩,Y3离子的半径落在Er3附近,Sc3+离子的半径接近于 Lu3+,所以Sc、Y可以看作镧系元素的成员。在化学上把Sc、Y和镧系元素统称为 稀土元素( rare earth' s elements),用RE表示 3. Oxidation states(以+3为特征氧化态,其他还有+2或+4氧化态) f0、4fl、4f2、4f3、4f-、4f5、4f6、4f7、4f8、4r”、4fl0、41 La”、Ce”、Pr、Nd、Pm3”、Sm3”、Eur3、Gd、Tb”、Dy3、Ho3、Er”、Tm2”、Yb3、Lu 溶液中能稳定存在的氧化态有:Ln3、Eu2(4f)、Yb2(4f4)、ce"Y(4f°) 4.原子半径和离子半径 1)镧系收缩镧系元素的原子半径和离子半径在总的趋势上都是随着原子序数的增 加而逐渐地缩小,这种原子半径依次缩小的积累,称为镧系收缩 (2)镧系收缩的影响 (a)Sc、Y与镧系元素共生 (b)Zr、Hf,Nb、Ta,Mo、W,Te、Re在原子半径上非常接近,造成分离极其困 难 5.离子的颜色 1)电子构型全空,半满和全满,或接近全空,半满和全满的4电子的离子是稳定的 或比较稳定,难以实现4f电子激发,故是无色的 La3+(4f°)、Gd+(4f7)、Lu3+(4fl4)、Ce3+(4fl)、Eu3+(4f6)、Tb(4f8)、 Yb3+(4f13)都是无色 (2)具有4fx和4f14的+3价离子显示的颜色相同或相近278 第二十章 镧系元素和锕系元素 Chapter 20 The Lanthanides and Actinides 镧系元素 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu (镧) (铈) (镨) (钕) (钷) (钐) (铕) (钆) (铽) (镝) (钬) (铒) (铥 )(镱) (镥) 锕系元素 Ac、 Th、 Pa、 U、 Np、 Pu、 Am、 Cm、 Bk、 Cf、 Es、 Fm、 Md、 No、 Lr (锕) (钍) (镤) (铀) (镎) (钚) (镅) (锔) (锫) (锎) (锿) (镄) (钔) (锘) (铹) §20-1 镧系元素（Ln） The Lanthanides 一、General Properties： 1．镧系元素 从 57 号元素镧到第 71 号元素镥，共十五种元素，称为镧系元素，用 Ln 表示。 2．稀土元素 周期表 ⅢB 族中的钪（Sc）、钇（Y）和镧系元素在性质上都非常相似并 在矿物中共生，由于镧系收缩，Y3+离子的半径落在 Er3+附近，Sc3+离子的半径接近于 Lu3+，所以 Sc、Y 可以看作镧系元素的成员。在化学上把 Sc、Y 和镧系元素统称为 稀土元素（rare earth’s elements），用 RE 表示。 3．Oxidation states （以+3 为特征氧化态，其他还有+2 或+4 氧化态） 4f 6、4f 7 4f 13、4f 14 Sm2+、Eu2+ Tm2+、Yb 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 La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb 3+、Lu3+ 4f 0、4f 1 4f 7、4f 8 Ce4+、Pr4+ Tb3+、Dy3+ 溶液中能稳定存在的氧化态有：Ln3+、Eu 2+(4f 7 )、Yb2+(4f 14)、Ce(IV)(4f 0 ) 4．原子半径和离子半径 (1) 镧系收缩 镧系元素的原子半径和离子半径在总的趋势上都是随着原子序数的增 加而逐渐地缩小，这种原子半径依次缩小的积累，称为镧系收缩。 (2) 镧系收缩的影响 (a) Sc、Y 与镧系元素共生； (b) Zr、Hf，Nb、Ta，Mo、W，Tc、Re 在原子半径上非常接近，造成分离极其困 难。 5．离子的颜色 (1) 电子构型全空，半满和全满，或接近全空，半满和全满的 4f 电子的离子是稳定的 或比较稳定，难以实现 4f 电子激发，故是无色的。 ∴ La3+ (4f 0 )、Gd3+ (4f 7 )、Lu3+ (4f 14 )、Ce3+ (4f 1 )、Eu3+ (4f 6 )、Tb3+ (4f 8 )、 Yb3+ (4f 13 )都是无色 (2) 具有 4f x和 4f 14−x的+3 价离子显示的颜色相同或相近