第22章 镧系元素（课件）- 《无机化学》同步教学（吉林大学版）

第 22 章 镧系元素和锕系元素 主 要 内 容 4 镧系元素的性质 1 2 3 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。 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 称为铈组稀土或轻稀土 Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 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 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕 钍 镤 铀 镎 钚 镅 锔 Bk Cf Es Fm Md No Lr 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。 22―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 22―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 f 0 和 f 14 电子构型的 La 3+ 和 Lu3+离子无 f — f 跃迁，故无色。 具有 f 1 电子构型的 Ce 3+ 和 f 13 电子构 型的 Yb3+ 离子吸收峰在红外区，故无色。 具有 f 2 电子构型的 Pr 3+ 和 f 12 电子构型的 Tm3+ 离子主要显绿色。 具有 f 3 − 5 和 f 9 − 11 电子构型的离子呈现浅红色和黄色。 具有 f 6 − 8 和 f 9 − 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 x 和 f 14 – 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。 离子(4fn) 4f中成单 电子数 颜色 4f中成单 电子数 离子(4fn) La3+(4f0) 0 无 0 Lu 3＋(4f 14) Ce 3＋(4f 1) 1 无 1 Yb 3＋(4f 13) Pr 3＋(4f 2) 2 绿 2 Tm 3＋(4f 12) Nd 3＋(4f 3) 3 淡红 3 Er 3＋(4f 11) Pm 3＋(4f 4) 4 粉红/淡黄 4 Ho 3＋(4f 10) Sm 3＋(4f 5) 5 黄 5 Dy 3＋(4f 9) Eu 3＋(4f 6) 6 无 6 Tb 3＋(4f 8) Gd 3＋(4f 7) 7 无 7 Gd 3＋(4f 7) 3 镧系化合物的发光