f 区元素.ppt

Chapter17f-BlockElements,f区元素,f区元素在周期表中的位置,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；,3了解镧系元素氧化物，氢氧化物的性质；,2了解镧系元素的存在，制备及用途；,16.1镧系元素Lanthanides,16.1.1基本性质概述,16.1.2重要化合物,16.1.4存在、提取和应用,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RareEarth，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。,1.镧系元素的分组,16.1.1基本性质概述,2.镧系元素的电子构型和性质,3.氧化态特征,镧系元素全部都能形成稳定的+3氧化态。,La3+(4f0),Gd3+(4f7)和Lu3+(4f14)处于稳定结构，获得+2和+4氧化态是相当困难的；Ce3+(4f1)和Tb3+(4f8)失去一个电子即达稳定结构，因而出现+4氧化态；Eu3+(4f6)和Yb3+(4f13)接受一个电子即达稳定结构，因而易出现+2氧化态。,4.镧系收缩,定义指镧系元素的离子半径随原子序数的增加而依次减小的现象。,产生原因随原子序数增大，电子填入4f层，f电子云较分散，对5d和6s电子屏蔽不完全，Z*增大，对外层电子吸引力增大，使电子云更靠近核，造成了半径逐渐减小,而产生了所谓“镧系收缩效应”。,为什么原子半径图中Eu和Yb出现峰值？,Question,Solution,在Eu和Yb的电子层结构中,分别有半充满的4f7和4f14的缘故。这种结构比起4f电子层未充满的其他状态对原子核有较大的屏蔽作用，半径较大。又称“双峰效应”.,为什么在镧系中离子半径会出现单向变化呢？为什么在Gd处出现一种不连续性呢？,由于镧系元素三价离子的外围电子很有规律（离子结构为f0至f14），因此离子半径会出现“单向变化”。镧系元素三价离子半径的变化中，在Gd处出现了微小的可以察觉的不连续性，原因是Gd3+离子具有半充满的4f7电子结构，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减小，所以Gd3+离子半径的减小要略微小些，这叫“钆断效应”。,Question,Solution,使Y的原子半径处于Ho和Er之间，其化学性质与镧系元素非常相似，在矿物中共生，分离困难，故在稀土元素分离中将其归于重稀土一组。,收缩缓慢是指相邻两个元素而言，两两之间的减小幅度不如其他过渡元素两两之间的减小幅度大，使镧系元素内部性质太相似，增加了分离困难；,使镧系元素后的第三过渡系的离子半径接近于第二过渡系同族，如Zr4+(80pm)和Hf4+(81pm),Nb5+(70pm)和Ta5+(73pm)，Mo6+(62pm)和W6+(65pm),化学性质相似，矿物中共生，分离困难；,5.离子的颜色（周期性十分明显）,Ln3+离子在晶体或水溶液中的颜色,La3+(4f0)和Lu3+(4f14)离子为无色，不可能发生f-f跃迁；另一稳定组态的离子Gd3+(4f7)和接近稳定组态的离子Ce3+(4f1),Eu3+(4f6),Tb3+(4f7)和Yb3+(4f13)的吸收峰在紫外区或红外区，因而显示无色或浅色。,1.氢氧化物和氧化物,16.1.2重要化合物,氧化物是碱性氧化物，不溶于碱而溶于酸；高温灼烧过的CeO2也难溶于强酸，需要加入还原剂如以助溶；氧化物盐转化的重要中间体；Ln2O3用于制造光学玻璃，CeO2是制造高级光学仪器的抛光粉，Eu2O3用于制造彩色荧光粉等,白白浅绿紫红黄白白白黄黄浅红绿白白白,Ln(OH)3的溶度积和开始沉淀的pH,La(OH)3Ce(OH)3Pr(OH)3Nd(OH)3Sm(OH)3Eu(OH)3Gd(OH)3Tb(OH)3Dy(OH)3Ho(OH)3Er(OH)3Tm(OH)3Yb(OH)3Lu(OH)3Y(OH)3,开始沉淀的pH硝酸盐氯化物硫酸盐,Ln(OH)3颜色,7.827.607.357.316.926.916.846.766.406.306.306.95,8.037.417.057.026.836.78,7.417.357.176.956.706.686.756.506.216.186.186.83,1.010-191.510-202.710-221.910-216.810-223.410-222.110-222.010-221.410-225.010-231.310-233.310-242.910-242.510-24,依次降低,2.Ln()的重要盐类化合物,可溶盐：LnCl3nH2O,Ln(NO3)H2O,Ln2(SO4)3,难溶盐：Ln2(C2O4)3，Ln2(CO3)3，LnF3,LnPO4,Ln2O3(或Pr6O11,Tb4O7)+相应的酸(体积比1:1),镧系盐的水合数是不同的：硫酸盐可达8，硝酸盐为6，卤化物则不同,1.存在,Ln在地壳中的丰度E呈奇偶变化(服从Oddo-Harkins规则),16.1.4存在、提取和应用,据中国稀土协会估计，我国稀土资源丰富，占世界储量80%，总含量高达1亿吨。白云鄂博矿床距包头150公里，是世界上最大的稀土资源，目前的稀土产量占全国的60%。,三大产地：包头、攀枝花和江西.,五大特点：储量大品种全品位高多种金属矿物伴生综合利用价值大,3.应用,磁性材料,永磁材料：在某一特定空间产生一恒定磁场，维持此磁场并不需要任何外部能源。图中的磁体能吸起自重的800倍。,磁光材料：指在紫外到红外波段，具有磁光效应的光信息功能.如磁光光盘等。,超磁致伸缩材料：指稀土-铁汞化合物