無(wú)機(jī)化學(xué)電子教案稀土元素40809課件

第十四章鑭系和錒系元素

元素周期表鑭系元素和錒系元素概述稀土元素核反應(yīng)和超鈾元素的合成本章要求概述（一）價(jià)層電子構(gòu)型和氧化數(shù)：

La系元素價(jià)層電子構(gòu)型一般為4f1-145d0～16S2，其中La（4f05d16S2，4f為全空），Gd（4f75d16S2，4f半充滿）及Ce(4f15d16S2)，5d軌道上有1個(gè)電子，其余La系元素新增電子均在4f軌道上。在氧化數(shù)上，表現(xiàn)屬ⅢB的特征+3氧化數(shù)，此外還有+4及+2氧化數(shù)的表現(xiàn)，即部分4f電子也參與成鍵。不同La系元素它們?cè)谘趸瘮?shù)的穩(wěn)定性上不同，從La～Gd和從Gd～Lu氧化數(shù)變化出現(xiàn)兩個(gè)周期。La系元素中還有其他的一些氧化數(shù)（+4、+2）表現(xiàn)。概述

Ac系元素由于5f、6d、7s軌道能級(jí)更加接近，電子躍遷更復(fù)雜，所以原子光譜復(fù)雜，故Ac系元素原子基態(tài)的電子層結(jié)構(gòu)的確定也較困難，氧化數(shù)：由此可知，氧化數(shù)有+3，更有+2、+4、+5、+6、+7等其他的氧化數(shù)化合物。（二）原子半徑、離子半徑和鑭系收縮1、原子半徑：在La系元素中，由于4f電子對(duì)原子核的屏蔽效應(yīng)較大，所以隨著原子序數(shù)的增加，有效核電荷緩慢增大，結(jié)果使原子半徑緩慢縮小，這種現(xiàn)象稱為L(zhǎng)a系收縮。使Eu（4f7）和Yb（4f14）兩個(gè)地方出現(xiàn)原子半徑驟然增大的現(xiàn)象。概述概述②La3+半徑變化十分規(guī)律，如圖所示，逐漸減小，不同于原子半徑有峰值出現(xiàn)，這是因?yàn)長(zhǎng)a3+已無(wú)6s和5d電子最外層皆為5s25p6結(jié)構(gòu)，隨La→Yb有效核電荷增加，離子半徑逐漸減小。同時(shí)，有效核電荷的增加比原子中顯著，（因無(wú)6s5d電子核受屏蔽減弱，使有效核電荷增加）。總共收縮了16.4Pm，（原子半徑只收縮10.3Pm）。影響：由于Ln3+所帶電荷相同，且Ln3+的構(gòu)型及半徑相差不大，所以Ln3+性質(zhì)極為相似：離子化合物的溶解度、氫氧化物的酸堿性、配合物的穩(wěn)定常數(shù)、離子晶體的晶格能等彼此都很接近，從而造成Ln3+間分離困難。概述概述3、La系收縮的后果：①受其影響，銪（Eu）以后的La系元素的離子半徑接近于釔（Y），構(gòu)成性質(zhì)極為相似的一組元素，稱為釔組元素，它們?cè)谧匀唤绻采再|(zhì)十分相似，難于分離。②受其影響，第三過(guò)渡系與第二過(guò)渡系的同族元素在原子半徑和離子半徑上相近，其中尤以ⅣB的Zr和Hf，ⅤB的Nb和Ta，ⅥB的Mo和W更為相近，以致Zr和Hf、Nb與Ta、Mo和W性質(zhì)非常相似，分離十分困難。Ac系元素也有Ac系收縮現(xiàn)象。概述（四）離子的顏色許多Ln3+在晶體和水溶液中均有顏色，Ac系元素在離子的顏色上表現(xiàn)得相似，因均為f電子對(duì)光的吸收造成的。稀土元素二、稀土元素（一）稀土元素的資源我國(guó)稀土資源有五大特點(diǎn)：儲(chǔ)量大、分布廣、類型多、礦種多、品位高。根據(jù)硫酸復(fù)鹽溶解度不同，可將稀土元素分為鈰組和釔組：鈰組（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、）硫酸復(fù)鹽較難溶釔組（Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Er、Tm、Yb、Ln）硫酸復(fù)鹽較易溶

稀土元素（二）稀土元素的提?。?/p>

由于稀土元素及其+3價(jià)態(tài)的化合物性質(zhì)很相似，它們?cè)谧匀唤绻采?，且在礦物中又常與雜質(zhì)元素（U、Th、Nb、Ta、Ti、Zr、Si、F等）伴生，分離難度大。1、溶劑萃取法：

萃取分離法是利用被分離的元素在互不相溶的液相中分配的分配系數(shù)不同來(lái)進(jìn)行分離的。

工業(yè)上已采用RECl3-HCl-P507煤油體系和RE(NO3)3-HNO3-P507煤油體系萃取分離15種稀土元素。2、離子交換法（離子交換色層分離法）：

核反應(yīng)和超鈾元素的合成三、核反應(yīng)和超鈾元素的合成核反應(yīng)分為四種類型：放射性衰變、粒子轟出原子核、核裂變及核聚變。1、放射性衰變天然放射性是指不穩(wěn)定原子核自發(fā)放出α、β、γ射線的現(xiàn)象。大量的同種原子核因放射性而陸續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變，使處于原狀態(tài)的核數(shù)目不斷以下三種：（1）α衰變（2）β衰變（3）γ衰變。人工放射性核素還有其它衰變方式，如正電子β衰變、電子俘獲等。核反應(yīng)和超鈾元素的合成2、放射性的應(yīng)用放射性核素的射線具有高能量，當(dāng)射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，物質(zhì)受到激發(fā)，可以引發(fā)本來(lái)不發(fā)生的化學(xué)或生物過(guò)程，促進(jìn)或抑制化學(xué)或生物過(guò)程的變化。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)以及人類日常生活中利用放射性的實(shí)例很多。近年來(lái)出現(xiàn)一門新學(xué)科——輻射化學(xué)，專門研究物質(zhì)因受高能電離射線的影響而產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)，如輻射聚合、輻射接枝、輻射催化、輻射合成等。核反應(yīng)和超鈾元素的合成（二）粒子轟擊原子核和新元素的合成1、新元素的合成粒子轟擊是指某原子核受高速粒子如氦核（α）、質(zhì)子（P）、中子（n）、氘核（D）、氚核（T）等的轟擊，變成另一種原子核，同時(shí)放出另一種粒子的核反應(yīng)。利用這類核反應(yīng)可人工獲得超鈾元素。目前已合成了從10