鑭系元素錒系元素

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1、第23章鑭系元素與錒系元素23.1鑭系元素23.2錒系元素簡(jiǎn)介23.1鑭系元素23.1.1基本性質(zhì)概述23.1.2重要化合物23.1.3鑭系元素的相互分離23.1.4存在、提取和應(yīng)用23.1鑭系元素23.1鑭系元素23.1.1基本性質(zhì)概述1.鑭系元素的分組輕稀土組重稀土組輕稀土組中稀土組重稀土組57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu鑭鈰鐠釹钷釤銪釓鋱鏑鈥鉺銩鐿镥23.1鑭系元素2.鑭系元素的電子構(gòu)型和性質(zhì)Eθ元素Ln電子組態(tài)Ln3+電子組態(tài)常見氧化態(tài)原子半徑/pmLn3+半徑/pm/

2、V57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu4f05d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f145d16s24f145d16s24f04f14f24f34f44f54f64f74f84f94f104f114f124f134f14(3)(3),4(3),4(3),2(3)(3),2(3),2(3)(3),4(3),2(3)(3)(3),2(3),2(3)

3、187.7182.4182.8182.1181.0180.2204.2180.2178.2177.3176.6175.7174.6194.0173.4106.1103.4101.399.597.996.495.093.892.390.889.488.186.985.884.8-2.38-2.34-2.35-2.32-2.29-2.30-1.99-2.28-2.31-2.29-2.33-2.32-2.32-2.22-2.3023.1鑭系元素3.氧化態(tài)特征鑭系元素全部都形成穩(wěn)定的+3氧化態(tài)，同一周期連續(xù)15個(gè)元素形成同一種特征氧化態(tài)的現(xiàn)象在周期表中是絕無僅有的。非特征

4、氧化態(tài)與它們的電子組態(tài)穩(wěn)定性有關(guān)。+4+3+2Ba2+Hf4+DyHoErTmLaCePrNdPmSmEuGdTbYbLuLa3+(4f0),Gd3+(4f7)和Lu3+(4f14)已處于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，獲得+2和+4氧化態(tài)是相當(dāng)困難的；Ce3+(4f1)和Tb3+(4f8)失去一個(gè)電子即達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因而出現(xiàn)+4氧化態(tài)；Eu3+(4f6)和Yb3+(4f13)接受一個(gè)電子即達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因而易出現(xiàn)+2氧化態(tài)。23.1鑭系元素4.鑭系收縮定義指鑭系元素的離子半徑隨原子序數(shù)的增加而依次減小的現(xiàn)象。有人也把這叫做“單向變化”。產(chǎn)生原因隨原子序數(shù)增大，電子填入4f層，f電子云較分

5、散，對(duì)5d和6s電子屏蔽不完全，Z*增大，對(duì)外層電子吸引力增大，使電子云更靠近核，造成了半徑逐漸減小而產(chǎn)生了所謂“鑭系收縮效應(yīng)”。23.1鑭系元素鑭系元素的原子半徑23.1鑭系元素●使Y的原子半徑處于Ho和Er之間，使其化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素非常相似，在礦物中共生，分離困難故在稀土元素分離中將其歸于重稀土一組。產(chǎn)生影響●收縮緩慢是指相鄰兩個(gè)元素而言，兩兩之間的減小幅度不如其他過渡元素兩兩之間的減小幅度大，使鑭系元素內(nèi)部性質(zhì)太相似，增加了分離困難；●使鑭系元素后的第三過渡系的離子半徑接近于第二過渡系同族，如Zr4+(80pm)和Hf4+(81pm),Nb5+(70pm)

6、和Ta5+(73pm)，Mo6+(62pm)和W6+(65pm),使其化學(xué)性質(zhì)相似，在礦物中共生，分離困難；23.1鑭系元素Question1為什么在鑭系中離子半徑會(huì)出現(xiàn)單向變化呢？為什么在Gd處出現(xiàn)一種不連續(xù)性呢？由于鑭系元素三價(jià)離子的外圍電子很有規(guī)律，由La至Lu其離子結(jié)構(gòu)為f0至f14，因此離子半徑會(huì)出現(xiàn)“單向變化”。鑭系元素三價(jià)離子半徑的變化中，在Gd處出現(xiàn)了微小的可以察覺的不連續(xù)性，原因是Gd3+離子具有半充滿的4f7電子結(jié)構(gòu)，屏蔽能力略有增加，有效核電荷略有減小，所以Gd3+離子半徑的減小要略微小些，這叫“釓斷效應(yīng)”。正是由于鑭系離子的電子結(jié)構(gòu)，凡是與

7、Ln3+離子密切聯(lián)系的性質(zhì)，也常呈現(xiàn)單向變化的規(guī)律。而且，在鑭系元素化合物的有些性質(zhì)中，也常常會(huì)出現(xiàn)“釓斷效應(yīng)”，即所謂的“兩分組現(xiàn)象”。23.1鑭系元素鑭系原子4f電子受核束縛，只有5d和6s電子才能成為自由電子，RE(g)有3個(gè)電子(5d16s2)參與形成金屬鍵，而Eu(g)和Yb(g)只有2個(gè)電子(6s2)參與，自然金屬鍵弱些,顯得半徑大些。有人也把這叫做“雙峰效應(yīng)”。Question2為什么原子半徑圖中Eu和Yb出現(xiàn)峰值？5759616365676971210200190180170160原子半徑/pm原子序數(shù)23.1鑭系元素5.離子的顏色●周期性十分明顯

8、Ln3+離