北理无机化学：第十八章 F区元素

1、本章小结,本章目录,自检习题,本章习题,第十八章 f区元素(f-Block Element,18.1 镧系元素,本章目录,18.2 锕系元素,0,IIA,IA,元素周期表,18.1 镧系元素,1. 元素,从镧（原子序数51）到镥（原子序数71）共15种元素，统称为镧系元素（用Ln表示），它们的化学性质十分相似，位于周期表的第B族，但它们不是同位素,根据洪特规律的特例，等价轨道在全充满、半充满或全空的状态下较稳定，所以，镧的价电子层结构是4f05d16s2（全空），而不是4f16s2,镥是4f145d16s2，4f轨道已填满，余下的一个电子填充在5d轨道上,2. 价电子层结构,3. 氧化态,镧系

2、元素的+3氧化态与电离势的关系,续前表,镧系元素的氧化态与4f电子层结构的关系,4. 原子半径和离子半径,1）镧系收缩的定义,镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数增加而减少的现象称为镧系收缩,2）镧系收缩的特点,镧系内原子半径成缓慢减少的趋势,从La到Lu原子半径递减的积累减少了约14pm之多,3）结果,镧系收缩使得钇和钪成为稀土元素的成员； 镧系收缩使它后面的各过渡元素性质相似，分离困难，如下表,5. 离子的颜色,1）现象,2）原则,离子的颜色常与未成对电子数有关,Ln3+具有4fn和4f14-n个电子时它们的颜色相同或相似,离子的颜色与f-f电子跃迁有关,6. 离子的磁性,镧系元素的磁性

3、与d区过渡元素的磁性有根本的不同,d区过渡元素的磁矩主要是由未成对电子的自旋运动产生的,而镧系元素既要考虑自旋运动的贡献，又要考虑轨道运动的贡献,镧系元素原子中不成对电子数多，加上电子轨道磁矩对顺磁性的贡献，镧系元素可以做良好的顺磁材料,稀土的合金可以做永磁材料,第一代永磁材料是AlNiCo，PtCo5； 第二代是SmCo5，Sm2Co7； 第三代是钕铁硼，性能越来越好,知识介绍,镧系元素的标准电极电势,7. 标准电极电势,8. 化学性质,性质一：与水作用,性质二：与氧作用,性质三：与氢反应,性质四：易溶于稀酸，不溶于碱,性质一：与水作用,镧系元素与水都能直接作用，冷时缓慢，加热时反应迅速并放

4、出氢气。它们在空气中慢慢被氧化并失去金属的光泽,为了避免与潮湿空气接触时被氧化，镧系元素要保存在煤油中,性质二：与氧作用,镧系元素都容易在空气中燃烧生成三氧化二物，只有铈生成CeO2,性质三：与氢反应,它们与氢气的反应是放热反应，它们是非化学计量的，例如：LaH2.87,性质四：易溶于稀酸，不溶于碱,镧系金属易溶于稀酸，不溶于碱,9. 用途,2) 稀土氧化物可用于玻璃的脱色与着色,稀土元素的用途极为广泛,1) 冶金工业中，加入稀土添加剂，可以清除钢液中的有害杂质，改善钢的性能,3) 在农业上，镧系元素化合物可以作为一种微量元素肥料，提高粮食和蔬菜的产量,4) 稀土金属能吸收大量气体，因此在电子

5、工业可用作产生高真空的吸气材料和储氢原料,5) 稀土合金是很好的永磁材料,6) 稀土金属还是理想的彩色电视的发光材料,18.2 锕系元素,1. 价电子结构,锕系元素的5f轨道相对于6s和6p轨道比镧系元素的4f轨道相对于5s和5p轨道在空间伸长的较多，因而在配合化合物中锕系元素显示出某种比镧系元素较大的共价性,2. 氧化态,锕系元素与镧系元素的主要差别是具有多种氧化态，除第一个元素锕和最后一个元素铑只有3价氧化态外，其余的元素都可以以几种氧化态形式存在,注：( )表示只存在固体中。有下划线者表示最稳定的氧化态,3. 离子半径,由于5f电子对原子核的屏蔽作用比较弱，随着原子序数的递增，有效核电荷

6、增加，锕系元素的离子半径也有与镧系元素收缩类似的“锕系收缩”现象,4. 离子的颜色,f电子对光吸收的影响，对镧系和锕系元素表现得十分相似,本章小结,镧系元素一般都能形成稳定的+3氧化态，+3是镧系元素的特征氧化态,二、镧系收缩,镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数增加而减少的现象称为镧系收缩。 镧系收缩使它后面的各过渡元素性质相似,一、镧系元素的化学性质十分相似,三、镧系元素可以与水、氢气、氧气反应，易溶于稀酸，不溶于碱,本章小结,锕系元素的电子层结构及性质与镧系元素基本相似，与镧系元素的主要差别是具有多种氧化态，锕系元素的离子半径也有与镧系元素收缩类似的“锕系收缩”现象,本章小结,四、 锕系元素的电子层结构及性质与镧系元素基