1、第十八章第十八章 f f区元素区元素18.3 核化学简介核化学简介 18.2 锕系元素锕系元素18.1 镧系元素镧系元素f 区元素在周期表中的位置 元素周期表中，f 区元素分成两个系列，即镧系和锕系。镧系包括从 57 号镧 La 到 71 号镥Lu，共 15 种元素。镧系元素常用 Ln 表示。Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 Bk Cf Es Fm Md No Lr 锫 锎 锿 镄 钔 锘 铹 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕 钍 镤 铀 镎 钚 镅 锔 锕系包括从
2、 89 号锕 Ac 到 103 号铹 Lr，共 15 种元素。锕系元素常用 An 表示。18.1.4 镧系元素的重要化合物镧系元素的重要化合物18.1.3 镧系元素的单质镧系元素的单质18.1.2 镧系元素概述镧系元素概述18.1.1 稀土元素简介稀土元素简介18.1 镧系元素镧系元素18.1.1 稀土元素简介稀土元素简介 15 种镧系元素加上与之性质相似的 IIIB 族的钇(Y)和镥(Lu)，共 16 种元素，称为稀土元素，常用 RE 表示。镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，称为铈组稀土或轻稀土。钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，外加钇Y，
3、称为钇组稀土或重稀土。区别轻稀土和重稀土的根据是金属的密度。但钇却是由于性质与其他重稀土相近，难于分离，才列为重稀土。稀土元素可认为属于IIIB 族。稀是指稀少。土是指不溶于水的性质。这里特指 IIIA 族铝的氧化物大量存在于土壤中且不溶于水。其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳中的质量分数为 6.8 103%。比 Cu 含量多。其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳中的质量分数为 6.8 103%。比 Cu 含量多。含量高的稀土矿物有数十种，其中磷酸盐矿物居多。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。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。18.1.2 镧系元素
4、概述镧系元素概述1.镧系元素的价电子构型和性质原子原子序数序数 元素元素 符号符号 元素元素 名称名称价层电子价层电子结构结构原子半径原子半径 /pm常见氧化值常见氧化值第三电离能第三电离能/(kJmol-1)39575859606162636465666768697071YLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu钇钇镧镧铈铈镨镨钕钕钷钷钐钐铕铕钆钆铽铽镝镝钬钬铒铒铥铥镱镱镥镥4d15s25d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s24f96s24f106s24f116s24f126s24f136s24f146s
5、24f145d16s2180188182183182180180204180178177177176175194173+3+3+3，+4+3，+4+3+3+2，+3+2，+3+3+3，+4+3+3+3+3+2，+3+319861855195520932142(2150)22672410199621222203221021972292242420273.氧化值 镧系元素的特征氧化值是+3。Ce，Pr 和 Tb 还具有较为稳定的+4 氧化值；Sm，Eu 和 Yb 还具有较为稳定的+2 氧化数。+3 氧化数是稀土元素最稳定的氧化数。其根本原因在于稀土元素的电离能 I1+I2+I3 之和较小。2.原子
6、半径、离子半径和镧系收缩4.离子的颜色 Y3+的电子构型为 4s24p6，没有 d 电子和 d-d 跃迁，Y3+经常是无色的。Ln3+的颜色取决于它的吸收光谱，主要的显色机理为 f-f 跃迁。Ln3+的电子构型及颜色的电子构型及颜色 元元素素名名称称 Ln电子电子构型构型Ln3+电子电子构型构型Ln3+单电单电子数子数M3+的颜色的颜色Ln3+单电单电子数子数Ln3+电子电子 构型构型Ln电子电子构型构型元元素素名名称称镧镧铈铈镨镨钕钕钷钷钐钐铕铕钆钆5d16s24f15d16s24f36s24f46s24f56s24f66s24f76s24f75d16s2 4f04f14f2 4f34f44
7、f54f64f701234567 无色无色无色无色黄绿浅绿黄绿浅绿红紫淡红红紫淡红粉红淡黄粉红淡黄浅黄浅黄浅粉红浅粉红无色无色012345674f144f134f124f114f104f94f84f74f145d16s2 4f146s2 4f136s2 4f126s2 4f116s2 4f106s2 4f96s2 4f75d16s2镥镥镱镱铥铥铒铒钬钬镝镝铽铽钆钆18.1.3 镧系元素的单质镧系元素的单质1.镧系金属单质的化学性质 镧系金属单质的化学性质活泼，都是较强的还原剂，还原能力仅次碱金属，而和镁接近。镧系金属单质远比金属铝和锌活泼。镧系金属单质保存时均在表面涂蜡，以免发生氧化。2.镧系
8、元素的提取(1)NaOH分解法(2)H2SO4分解法(3)氯-碳分解法3.稀土元素的分离 稀土元素性质相似，将混生的稀土加以分离是极其困难而有意义的工作。经常用到的分离方法有：离子交换法、溶剂萃取法和化学法（重结晶法）。4.稀土金属的制备(1)金属热还原法(2)熔盐电解法18.1.4 镧系元素的重要化合物镧系元素的重要化合物1.Ln()的化合物 除Pr2O3为深蓝，Nb2O3为浅蓝，Er2O为粉红外，其他Ln2O3均为白色。Ln(OH)3 具有碱性，碱性介于 Ca(OH)2 和 Al(OH)3 之间。Ln(OH)3均难溶于水。其溶解度随温度升高而降低。Ln(OH)3 的溶度积比碱土金属的氢氧化
9、物溶度积小得多。镧系元素氟化物难溶于水，其他卤化物多易形成水合物。镧系元素的草酸盐溶解度也很小，是非常重要的稀土化合物。盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。2.Ln()和Ln()的化合物 Ce，Pr 和 Tb 都能形成氧化值为+4 的化合物；Ce(IV)具有强氧化性E=1.26 VCeO2(s)+4H+(aq)+e-Ce3+(aq)+2H2O(l)Sm，Eu 和 Yb 能形成氧化值为+2 的化合物。Sm2+，Yb2+的还原能力较强，在水溶液中易被氧化。只有 Eu(II)能在固态化合物中温度存在。3.镧系元素的配合物 同d区元素相比，镧系元素形成的配合物种类和数量要少得多。镧系元素形成的配合物稳定
10、性较差。镧系元素与配合能力强的配体，如 edta 和其他螯合剂才能形成稳定配离子。由于形成体半径较大，通常具有较大的配位数，如7,8,9,10等。18.2.2 钍和铀及其化合物钍和铀及其化合物18.2.1 锕系元素概述锕系元素概述18.2 锕系元素锕系元素18.2.1 锕系元素概述锕系元素概述 15 种锕系元素中只有 4 种元素 锕、钍、镤和铀存在于自然界中，其中锕和镤为痕量。锕系单质是具有银白色光泽的放射性金属。钍的密度与铅相近，铀的密度很大，与金相近。18.2.2 钍和铀及其化合物钍和铀及其化合物 钍最稳定的氧化态为+4。二氧化钍(ThO2)为白色粉末，熔点3350，是熔点最高的氧化物，只
11、能溶于硝酸和氢氟酸所组成的混合酸中。铀最稳定的氧化态是+6。UF6 的分子构型为正八面体，常温下它是无色晶体，56.5 升华。18.3.1 核结构核结构18.3.3 核能的利用核能的利用18.3.2 核反应核反应18.3 核化学简介核化学简介 1938 年德国科学家奥托哈恩(Otto Hahn)和弗里茨斯特拉斯曼(Fritz strassmann)发现了中子使铀核发生裂变的事实。致使人类掌握了一种空前巨大的能源 核能。研究钍和铀最重要意义在于原子能的开发。只有同位素 U才是有利用价值的核裂变材料。235 92 1940 年，美国人麦克米伦(EMMcMillan)等制得 93 号元素镎(Np)这表明人类终于具备了制造出自然界不存在的超铀元素的能力。核化学的重要研究内容：(1)研究核裂变和核聚变，直接涉及新能源的开发。(2)超重元素的合成，其倾向于基础理论的研究。
