第六節(jié)f區(qū)元素(終極版)

第六節(jié)f區(qū)元素鑭系錒系f區(qū)的位置f區(qū)元素包括鑭系元素和錒系元素。鑭系元素用符號(hào)Ln表示，錒系元素用符號(hào)An表示，它們屬于周期系Ⅲ族元素。由于這些元素的最后1個(gè)電子是填充在（n-2）f亞層上的，所以又稱之為內(nèi)過(guò)渡元素。它們被排列在長(zhǎng)式周期表的下方。原子序數(shù)元素符號(hào)價(jià)層電子結(jié)構(gòu)57鑭La5d16s258鈰Ce4f15d16s259鐠Pr4f36s260釹Nd4f46s261钷Pm4f56s262釤Sm4f66s263銪Eu4f76s264釓Gd4f75d16s265鋱Tb4f96s266鏑Dy4f106s267鈥Ho4f116s268鉺Er4f126s269銩Tm4f136s270鐿Yb4f146s271镥Lu4f145d16s2一、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)·價(jià)層電子組態(tài)通式：4f5d6s！隨著Ln原子序數(shù)的增大，核電荷依次增加，而增加的電子依次填充在f亞層上。又由于4f和5d的能量十分接近，當(dāng)電子在能級(jí)相近的軌道上填充時(shí)，以全充滿、半滿或全空的狀態(tài)排布比較穩(wěn)定。所以電子填充時(shí)有所變動(dòng)，出現(xiàn)57、58號(hào)等元素的情況。0~140~12鑭系咦？為什么57號(hào)、58號(hào)、64號(hào)、71號(hào)元素的價(jià)層電子結(jié)構(gòu)有點(diǎn)不一樣？

元素周期表中第57號(hào)元素鑭到71號(hào)元素镥15種元素的統(tǒng)稱，連同釔、鈧同稱為稀土元素。原子半徑和離子半徑LaLu由圖可看出，隨著Ln原子序數(shù)的增大，Ln原子半徑和離子半徑緩緩減小。這種現(xiàn)象稱為鑭系收縮。！因?yàn)?3號(hào)元素銪（Eu）和70號(hào)元素鐿（Yb）具有穩(wěn)定的半充滿（4f6s）和全充滿（4f6s)的組態(tài)，對(duì)核電荷的屏蔽作用較大，因而使原子半徑明顯增大。72142

點(diǎn)解63號(hào)和70號(hào)元素的原子半徑大這么多？?形成原因：這種鑭系元素的原子半徑和離子半徑隨著原子序數(shù)的增大而逐漸減小的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。這是因?yàn)?f電子對(duì)核的屏蔽作用不如內(nèi)層電子，因此隨著原子序數(shù)增加，有效核電荷增加，核對(duì)最外層電子的引力增強(qiáng)，使得原子半徑和離子半徑逐漸減小。?影響：鑭系收縮是無(wú)機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要現(xiàn)象。由于鑭系收縮，使得周期系第二過(guò)渡系和第三過(guò)渡系元素的原子半徑、以及離子半徑十分接近，39號(hào)元素Y3+半徑落在68號(hào)元素Er3+的半徑之后，使得釔（Y）成為稀土元素的一員。?結(jié)果：使Ln3+的性質(zhì)極為相近，化合物的分離困難。鑭系收縮原子序數(shù)離子4f電子數(shù)顏色顏色4f電子數(shù)離子原子序數(shù)

5758596061626364La3+Ce3+Pr3+Nd3+Pm3+Sm3+Eu3+Gd3+01234567無(wú)無(wú)黃綠紅紫粉紅淡黃淺粉紅無(wú)無(wú)無(wú)淡綠淡紅淡黃淺黃綠淺粉紅無(wú)1413121110987Lu3+Yb3+Tm3+Er3+Ho3+Dy3+Tb3+Gd3+7170696867666564離子的顏色金屬活潑性

鑭系金屬為銀白色金屬，比較軟，有延展性，但抗拉強(qiáng)度低。鑭系金屬的活潑順序，從La到Lu遞減，但差距較小，金屬活潑性相似。它們的活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬。當(dāng)它們與潮濕空氣接觸時(shí)易被氧化而變色。因此，鑭系金屬應(yīng)在隔絕空氣條件下保存，可保存在煤油里。氧化態(tài)·+3氧化態(tài)是所有鑭系元素的特性?！び行╄|系元素還表現(xiàn)出+2或+4氧化態(tài)，但一般

都沒(méi)有+3氧化態(tài)穩(wěn)定。鑭系元素重要化合物1、氧化物鑭系元素都能生成M2O3氧化物，有很高穩(wěn)定性。都為堿性氧化物，難溶于水，易溶于酸。熔點(diǎn)高，多用于制造耐火材料、光學(xué)玻璃，用于玻璃拋光劑和著色劑。2、氫氧化物堿性與堿土金屬氫氧化物接近，溶解度很小。3、常見的鹽主要有氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽和草酸鹽等，氯化物、硝酸鹽和硫酸鹽易溶于水，草酸鹽難溶。4、配合物形成配合物能力不像過(guò)渡元素那樣突出，與鈣、鋇相似。鑭系金屬離子屬于硬酸，與屬于硬堿的配位原子（如F、O、N等）易形成較穩(wěn)定的配位鍵。常見藥品碳酸鑭（La2(CO3)3·4H2O）適用于治療終末期腎病患者的高磷酸鹽血癥。藥理作用：本品在上消化道的酸性環(huán)境下解離，與食物中的磷酸鹽結(jié)合形成不溶性的磷酸鑭復(fù)合物以抑制磷酸鹽的吸收，從而降低體內(nèi)血清磷酸鹽和磷酸鈣的水平。為了更有效地結(jié)合食物中的磷酸鹽，本品宜隨餐或在餐后立即服用。燒傷寧對(duì)綠膿桿菌和大腸桿菌具有強(qiáng)大的抑制作用，并具有收斂作用，可使創(chuàng)面干燥、結(jié)痂，促進(jìn)愈合。適用于燒傷病人的創(chuàng)面治療?；腔畻钏峋哂泻芎玫逆?zhèn)痛、鎮(zhèn)靜與解熱作用錒系是周期系ⅢB族中原子序數(shù)為89～103的15種化學(xué)元素的統(tǒng)稱，都是放射性元素。前4種元素錒、釷、鏷、鈾存在于自然界中，其余11種全部用人工核反應(yīng)合成。鈾以后的原子序數(shù)為93～109的17種元素稱為超鈾元素。電子層組態(tài)錒系元素的價(jià)電子構(gòu)型與鑭系元素相似，出現(xiàn)了5fn7s2和5fn-16d17s2(錒和釷無(wú)5f電子)兩種價(jià)電子構(gòu)型。原子序數(shù)符號(hào)元素價(jià)電子構(gòu)型原子序數(shù)符號(hào)元素價(jià)電子構(gòu)型8990919293949596AcThPaUNpPuAmCm錒釷鏷鈾镎钚镅鋦

6d17s2

6d27s25f26d17s25f36d17s25f46d17s25f67s25f77s25f76d17s2979899100101102103BkCfEsFmMdNoLr锫锎锿鐨鍆锘鐒5f97s25f107s2(5f117s2)(5f127s2)(5f137s2)(5f147s2)(5f146d17s2)原子半徑和離子半徑錒系元素An3+的最外層電子是已填滿的6p層，隨著原子序數(shù)逐漸增加，電子進(jìn)入5f層，而5f電子對(duì)原子核的屏蔽作用比較弱，不能完全屏蔽增加的核電荷，使有效核電荷增加，因而產(chǎn)生與鑭系收縮相似的錒系收縮。錒系收縮一般比鑭系收縮得大一些。氧化態(tài)AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr單質(zhì)和化合物的性質(zhì)?錒系元素具有銀白色光澤，外觀像銀，都是反射性元素，在暗處遇熒光物質(zhì)能發(fā)光。?錒系元素都是金屬，與鑭系元素一樣，化學(xué)性質(zhì)比較活潑。它們的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽可溶于水，氫氧化物、氟化物、硫酸鹽、草酸鹽不溶于水。?大多數(shù)錒系元素能形成配位化合物。?α衰變和自發(fā)裂變是錒系元素的重要核特性，隨著原子序數(shù)的增大，半衰期依次縮短，鈾238的半衰期為44.68億年；鐒260的半衰期只有3分鐘。錒系元素的毒性和輻射（特別是吸入人體內(nèi)的α輻射體

）的危害較大，必須在有防護(hù)措施的密閉工作箱中操作這些物質(zhì)。釷鈾錒系醫(yī)療用途38Pu已用作心臟起搏器和人造器官如心臟和腎臟中的功能單元。通常用的化學(xué)電池起搏器的壽命少于2年，而238Pu作能源的核動(dòng)力起搏器的壽命遠(yuǎn)超過(guò)10年，因此減少了患者更換起搏器電源的痛苦。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，考慮到錒系特別是鈾后核素的高毒性，無(wú)論在疾病診斷或治療上的應(yīng)用都受到了嚴(yán)格的限制。因此，通