镧系元素和锕系元素

关于镧系元素和锕系元素15种镧系元素(用Ln表示)，加上钪(Sc)和钇(Y)，共17种元素，称为稀土元素，用RE表示。LaCePrNdPmSmEu鑭铈镨釹鉕钐铕称为铈组稀土或轻稀土。GdTbDyHoErTmYbLuScY钆铽镝钬铒铥镱镥钪钇称为钇组稀土或重稀土第2页,共23页，2024年2月25日，星期天

稀土元素：稀，稀少；土，IIIB族。

其实，有的稀土元素并不见得“稀少”，Ce比Sn多；Y、Nd、La比Pb多；极少的Tm尚比Ag多。

独居石是最重要的稀土磷酸盐矿物。

我国的稀土储量占世界第一位。

含量高的稀土矿物有数十种，其中磷酸盐矿物居多。

稀土元素的分布分散，性质相似，提取与分离困难，因此，系统研究较晚。第3页,共23页，2024年2月25日，星期天

锕系元素都具有放射性

超铀元素均由人工核反应合成。

钍和铀发现最早，地壳中储量较多。

AcThPaUNpPuAmCm

锕钍镤铀镎钚镅锔

BkCfEsFmMdNoLr

锫锎锿镄钔锘铹

第4页,共23页，2024年2月25日，星期天24－1

镧系元素24－1－1

镧系元素的性质1

金属单质

颜色浅，有金属光泽，软，延展性好。

化学性质活泼，次于IA和IIA族元素，比金属铝活泼。2La+6HCl

2LaCl3+3H22La+6H2O

2La(OH)3+3H2

第5页,共23页，2024年2月25日，星期天ScYLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoEr•••

活泼

稀土元素中，金属活性最强的是La。Ce+O2CeO2(IV)2Ce+3Cl22CeCl3△第6页,共23页，2024年2月25日，星期天2

镧系化合物的颜色f－f跃迁引起。fx和f14-x电子构型的离子具有相同或相近的颜色。

高氧化态的金属因电荷跃迁而显色，如Ce4+(4f0)的橙红色。

玻璃中掺有少许稀土离子，可具有特殊性能及颜色。如掺有Nd2O3显红色，掺有Pr2O3显绿色。

例如：Ce3+和Yb3+无色；Pr3+和Tm3+绿色。

第7页,共23页，2024年2月25日，星期天3

镧系化合物的发光

物质的发光：物质受到外界能量的激发，其电子从基态跃迁到激发态，当电子由激发态返回较低能级时，发射出不同波长的光；

根据外界的激发能量不同，有光致发光，阴极射线发光，电致发光，X射线发光；“荧光”：若激发停止发光也立刻停止，“磷光”：若激发停止发光继续存留。第8页,共23页，2024年2月25日，星期天

含稀土元素的发光材料已得到应用。

上转换材料：稀土磷光材料中，发射光频率高于激发光的频率。如：YF3NaLa(WO4)2和

-NaYF4做基质，掺Eu3＋和Yb3＋分别做激活剂和敏化剂。

稀土材料的“上转换”功能在日常生活与军事上得到应用。

如荧光灯：基质是磷灰石，掺Sb3＋发蓝光，掺Eu2＋发桔黄色光，两者均掺得近似于日光的白光。

如彩电：高级三基色灯中的三基色荧光粉是含有稀土金属离子的物质。第9页,共23页，2024年2月25日，星期天24－1－2镧系元素的重要化合物1

氧化物和氢氧化物（1）+3价氧化态

Ln2O3难溶于水，易溶于酸，经过灼烧仍溶于强酸，与Al2O3不同。Ln(OH)3的碱性介于Ca(OH)2

和Al(OH)3

之间，随着原子序数的递增而减弱。均难溶于水。2Ln+3O2Ln2O3(Ce、Pr、Tb除外)Ln3++OH

Ln(OH)3第10页,共23页，2024年2月25日，星期天+4价的Ce(IV)具有强氧化性

Ce4++e——Ce3+=1.61VCeO2+4H++e——Ce3++2H2O=1.26V（2）其它氧化态

稀土的主要氧化数为+3，也有+2和+4价。

空气中加热镧系金属，Ce生成CeO2，Pr生成Pr6O11，Tb生成Tb4O7。

Ce4++Fe2+

Ce3++Fe3+2CeO2+8HCl2CeCl3+4H2O+Cl2

第11页,共23页，2024年2月25日，星期天Ln2+

与IIA的M2+

性质相似，尤其和Sr2+

性质相似。Sm2+，Yb2+

在碱性溶液中易被氧化；但Eu(II)较稳定，以EuCl2·2H2O形式稳定存在。

若溶液中有Ln2+

和Sr2+，加入SO42－，在形成SrSO4

沉淀的同时，会得到Ln和Sr的共同沉淀，得到的晶体为异质同晶。第12页,共23页，2024年2月25日，星期天2

稀土盐类(1)

卤化物

镧系金属氢氧化物、氧化物、碳酸盐中加盐酸均可得到氯化物。

镧系元素的水合氯化物受热脱水时发生水解。

制备无水氯化物需要HCl气氛的保护。

LnCl3·nH2OLnOCl+2HCl+(n－1)H2OLnCl3·nH2OLnCl3+6H2OHCl△第13页,共23页，2024年2月25日，星期天(2)

草酸盐

难溶于水、稀酸，可将镧系金属离子与其它金属分离。

向硝酸盐或氯化物的溶液中加6mol·dm

3硝酸和草酸，可得到草酸盐沉淀。

纯无水盐可采用氧化物Ln2O3

氯化的方法，并加入些碳粉制备。△Ln2O3+3C+3Cl22LnCl3+3CO第14页,共23页，2024年2月25日，星期天3

配位化合物

镧系元素生成配合物的能力小于过渡元素，但大于碱土金属，

Ln3+

离子属于硬酸，易于同硬碱中的氟、氧等配位原子成键。

在适当极性的非水溶剂中，可合成含氮配位化合物。

Ln3+离子与配体之间的相互结合以静电作用为主，

配位数一般较大。第15页,共23页，2024年2月25日，星期天24－2－2锕系元素重要单质和化合物1

铀及其化合物

铀银灰色活泼金属。空气中易被氧化而变黑，密度大，与金相近。能溶于酸，能与许多非金属单质直接化合。空气中微微受热即燃烧，粉末状的铀在空气中甚至能自燃。

铀的氧化物

U3O8：存在于沥青铀矿中，暗绿色，难溶于水。

UO2：

棕黑色，难溶于水，酸；高温时可被氧化成U3O8

。第16页,共23页，2024年2月25日，星期天

铀的卤化物

UO3：

橙黄色；两性。

一般都有颜色，UF6特殊。

+6是铀最稳定的价态。

溶于NaOH可析出黄色的重铀酸钠Na2U2O7·6H2O。加热脱水后，无水盐称铀黄。

溶于HNO3

则生成硝酸铀酰。

UO3+2HNO3UO2(NO3)2+H2O

第17页,共23页，2024年2月25日，星期天UF6：无色晶体，八面体构型；干燥空气中稳定，遇水气立即水解UF6+2H2OUO2F2+4HF

基于238UF6和235UF6蒸气扩散速度的差别，可将235U从丰度为99％的238UF6中分离出来，用于原子能开发。

UCl6：八面体结构；其它卤化物为聚合物，且具有高配位数。

第18页,共23页，2024年2月25日，星期天2

钍及其化合物

钍银白色活泼金属。

ThO2

在浓硝酸中钝化。

Th+4HClThCl4+H2

Th+O2ThO2

矿物Th(OH)4ThO2ThCaThO2+2Ca2CaO+Th

第19页,共23页，2024年2月25日，星期天

Th(NO3)4重要的试剂

Th受中子照射后转化成核裂变材料，所以钍可用于原子能开发。

Th4+易水解；易形成配位数高的配合物，配位数可达1