钷 4f56s2 4f4 4 粉红｜淡黄 4 4f10 4f116s2 钬
钐 4f66s2 4f5 5 浅黄 5 4f9 4f106s2 镝
铕 4f76s2 4f6 6 浅粉红 6 4f8 4f96s2 铽
钆 4f75d16s2 4f7 7 无色 7 4f7 f75d16s2 钆
18.1.3 镧系元素的单质
18.1.2 镧系元素概述
1. 镧系元素的价电子构型和性质
原子 元素 序数 符号
元素 名称
39 Y
钇
57 La
镧
58 Ce
铈
59 Pr
镨
60 Nd
钕
61 Pm
钷
62 Sm
钐
63 Eu
铕
64 Gd
钆
65 Tb
铽
66 Dy
镝
67 Ho
钬
68 Er
铒
69 Tm
铥
70 Yb
镱
71 Lu
镥
价层电子 结构
4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
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
1. Ln(Ⅲ)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。
§18.1 镧系元素
18.1.1 稀土元素简介 18.1.2 镧系元素概述 18.1.3 镧系元素的单质 18.1.4 镧系元素的重要化合物
18.1.1 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。
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
其实稀土元素并不很稀少。Ce 地壳 中的质量分数为 6.8 10－3 %。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 10－3 %。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。
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
锕系包括从 89 号锕 Ac 到 103 号 铹 Lr，共 15 种元素。
锕系元素常用 An 表示。
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm 锕钍镤铀镎 钚镅 锔
Bk Cf Es Fm Md No Lr 锫 锎 锿 镄钔 锘 铹
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
元 素 名 称
Ln 电子 构型
Ln3+ Ln3+ 电子 单电
构型 子数
M3+ 的颜色
Ln3+ Ln3+ 单电 电子
1986 1855 1955 2093 2142 (2150) 2267 2410 1996 2122 2203 2210 2197 2292 2424 2027
2. 原子半径、离子半径和镧系收缩 3. 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。
盐类中弱酸盐一般难溶，强酸盐易溶。
2. Ln(Ⅱ)和Ln(Ⅳ)的化合物
钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、 铥Tm、镱Yb、镥Lu，外加钇Y ，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。
原子半径 / pm
180 188 182 183 182 180 180 204 180 178 177 177 176 175 194 173
常见氧化值 第三电离能 /(kJ·mol-1)
+3 +3 +3，+4 +3，+4 +3 +3 +2，+3 +2，+3 +3 +3，+4 +3 +3 +3 +3 +2，+3 +3
第十八章 f区元素
§18.1 镧系元素 §18.2 锕系元素 §18.3 核化学简介
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。
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 镧 铈镨钕 钷 钐铕
子数 构型
Ln 电子 构型
元 素 名 称
镧 5d16s2 4f0 0
无色
0 4f14 4f145d16s2 镥
铈 4f15d16s2 4f1 1
无色
1 4f13 4f146s2 镱
镨 4f36s2 4f2 2 黄绿｜浅绿 2 4f12 4f136s2 铥
钕 4f46s2 4f3 3 红紫｜淡红 3 4f11 4f126s2 铒