锦系元素的性质 及其 性质变化规律性 镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 ©镧系元素的价电子层结构 ©原子半径和离子半径 ©L3+离子的碱度 ●氧化态 ©镧系元素化合物的一些热力学性质 ●镧系元素的光学性质 ©镧系元素的磁学性质 镧系元素的放射性
镧系元素的性质 及其 性质变化规律性 镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 镧系元素的价电子层结构 原子半径和离子半径 Ln3＋离子的碱度 氧化态 镧系元素化合物的一些热力学性质 镧系元素的光学性质 镧系元素的磁学性质 镧系元素的放射性
1镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 左图显示出镧系元素在地壳中的丰 奇偶变化 度随原子序数的增加而出现奇偶变化的 规律：原子序数为偶数的元素，其丰度 20 总是比紧靠它的原子序数为奇数的大。 除丰度之外，镧系元素的热中子吸 收截面也呈现类似的奇偶变化规律性。 616365676977 原子序数 原子序数是原子核内质子数的代表 系元素地尧丰度随原子序数增如而示出奇偶变化，偶原子序数的元素意味着核内质子数 为偶数。已经知道，核内无论是质子还 是中子，在基态时总以自旋相反配对存在，由于原子序数为偶数 的元素能满足这种自旋相反配对的要求，因而能量较低，所以就 特别稳定，既然该核特别稳定，那么它在地壳中的丰度就大。 稳定的原子核，吸收热中子后仍然很稳定，反之，奇原子序 数的核本身不稳定，吸收热中子后变得更不稳定，所以吸收热中 子的数目有限
1 镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 是中子，在基态时总以自旋相反配对存在，由于原子序数为偶数 的元素能满足这种自旋相反配对的要求，因而能量较低，所以就 特别稳定，既然该核特别稳定，那么它在地壳中的丰度就大。 稳定的原子核，吸收热中子后仍然很稳定，反之，奇原子序 数的核本身不稳定，吸收热中子后变得更不稳定，所以吸收热中 子的数目有限。 原子序数是原子核内质子数的代表 ，偶原子序数的元素意味着核内质子数 为偶数。已经知道，核内无论是质子还 左图显示出镧系元素在地壳中的丰 度随原子序数的增加而出现奇偶变化的 规律：原子序数为偶数的元素，其丰度 总是比紧靠它的原子序数为奇数的大。 除丰度之外, 镧系元素的热中子吸 收截面也呈现类似的奇偶变化规律性。 奇偶变化
2镧系元素的价电子层结构 下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。 稀土元素原子和离子的电子排布 原子 电 子 排 布 元家 元系 高子的电子排布 序数 名称 符号 实 原子的价电子排布 气态原子 固态原子 RE RE RE [Xe] 5d'6s2 5d'6s sd [Xe] [Xe] 4f15d'6s32 4f 5d'6s 4 4∫ [Xe] [Xe] 4f 632 4f25d'6s 4f2 789066666667860129 [Xe] 4 s2 4f35d6s2 4 [Xe] 4f 6 4f45d'6s2 [Xel 4f6 4f35d6s2 4 [Xe] 4f 6s2 4f76s2 1一二二 [Xe] 4'5d'6s? 4f75d'6s2 4f'5d [Xe] 4 6s2 4f5d63 4∫ [Xe] 652 4f"5d'62 4f0 [Xe] 632 4fsd6s [Xe] 412 6s32 4f5d6s [Xe] 4 6s2 4∫5d6s [Xe] 4∫“ 65 4f“63 4“ [Xe] 4f“5d6s2 4f“5d6s 4f“5d 4∫“ [Ar] 3d'4s2 3d'4s2 3d [Ar] [Kr] 4d5s2 4d'5s2 4d [Kr]
下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。 2 镧系元素的价电子层结构
镧系元素气态原子的 4f轨道的充填呈现两种构 4f-'5d'6s2 型，即4fm-15d6s2和4fm6s2 n2345678/910123本r6s ,这两种电子构型的相对 能量如图1所示： 其中La、Ce、Gd、Lu 图1镧系系元素气态原子基态4-5d6 的基态处于4fm-15d6s2时 与46c2构型的近似相对能量 能量较低，而其余元素皆 为4fm6s2。 La、Gd、Lu的构型可以用P、fP、f4(全空、半满 和全满)的洪特规则来解释，但Ce的结构尚不能得到满 意的解释，有人认为是接近全空的缓故
镧系元素气态原子的 4f轨道的充填呈现两种构 型,即4f n－ 15d 16s 2和4f n6s 2 ，这两种电子构型的相对 能量如图1所示: La、Gd、Lu的构型可以用f 0 、f 7 、f 14(全空、半满 和全满)的洪特规则来解释，但Ce的结构尚不能得到满 意的解释，有人认为是接近全空的缓故。 其中 La、Ce、Gd、Lu 的基态处于4fn－15d16s2时 能量较低，而其余元素皆 为4fn6s2
这两种电子结构可以用来说明镧系元素化学性质的差异。 这些元素在参加化学反应时需要失去价电子，由于4f轨道被 外层电子有效地屏蔽着，且由于E4<E5,因而在结构为46s2 的情况下，f电子要参与反应，必须先得由4f轨道跃迁到5d 轨道。这样，由于电子构型不同，所需激发能不同，元素的 化学活泼性就有了差异。 另一方面，激发的结果增加了一个成键电子，成键时可 以多释放出一份成键能。对大多数镧系的原子，其成键能大 于激发能，从而导致4f电子向5d电子跃迁，但少数原子，如 Eu和Yb,由于4f轨道处于半满和全满的稳定状态，要使4f 电子激发必须破坏这种稳定结构，因而所需激发能较大，激发 能高于成键能，电子不容易跃迁，使得Eu、Yb两元素在化学 反应中往往只以6s电子参与反应
这两种电子结构可以用来说明镧系元素化学性质的差异。 这些元素在参加化学反应时需要失去价电子，由于4f 轨道被 外层电子有效地屏蔽着, 且由于E4fE5d , 因而在结构为 4f n6s 2 的情况下, f 电子要参与反应，必须先得由4f 轨道跃迁到5d 轨道。这样，由于电子构型不同，所需激发能不同，元素的 化学活泼性就有了差异。 另一方面，激发的结果增加了一个成键电子，成键时可 以多释放出一份成键能。对大多数镧系的原子,其成键能大 于激发能，从而导致4f 电子向5d 电子跃迁, 但少数原子，如 Eu和Yb，由于4f 轨道处于半满和全满的稳定状态，要使4f 电子激发必须破坏这种稳定结构, 因而所需激发能较大, 激发 能高于成键能, 电子不容易跃迁, 使得Eu、Yb两元素在化学 反应中往往只以6s 2电子参与反应