无机化学经典课件第八章 镧系与锕系

1、一、镧系元素的通性 镧系元素：镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的 14种元素性质很相似，所以把从57号La到71号Lu的15 种元素作为镧系元素 价电子构型：4f0-145d0-16s2 镧系元素 f区元素 在周期表 中的位置 一种意见将镧系和锕系分别界定为 La 之后的 14 种元素和 Ac 之后的 14 种元素，结果是镧系不包括 La 而锕系不包括 Ac 。 另一种意见是镧系应包括 La 而锕系应包括 Ac , 各有 15 个元 素。 这都与 f 电子的填充有关。 稀土的英文是 Rare Earth，18 世纪得名，“稀”原指稀贵， “土” 是指其氧化物难溶于水的 “土” 性。其实稀土

2、元素在 地壳中的含量并不稀少，性质也不象土，而是一组活泼金属， “稀土” 之称只是一种历史的习惯 。 根据 IUPAC 推荐，把 57 至 71 的 15 个元素称为镧系元素， 用Ln 表示 ，它们再加上 21 号的 Sc 和 39 号的 Y 称为稀土元素， 用 RE 表示 。 “稀土稀土” 别致有趣的名字别致有趣的名字 Rare EarthRare EarthRare EarthRare Earth “” 由于稀土元素性质相似，所以常共生于同种矿物中。按其存 在形态，主要有三种类型的矿源： (1)稀土共生构成独立的稀土元素矿物。 (2)以类质同晶的形式分散在方解石、磷灰石等矿物中。 (3)呈

3、吸附状态存在于粘土矿、云母矿等矿物中。 稀土元素的分布、矿源及分组 根据稀土元素性质的递变情况将稀土元素分组有以下几种情 况： (1)从原子的电子层构型以及它们的原子量的大小把稀土元素 分成两组：即铕以前的镧系元素叫做轻稀土元素或称铈组元素； 把铕以后的镧系元素加上钇叫做重稀土元素或称钇组元素。 (2)按照稀土元素硫酸盐溶液与Na2SO4等生成的稀土元素硫酸 复盐在水溶液中的溶解度可把稀土元素分为三组：即镧到钐的硫 酸复盐难溶，称为铈组；铕到镝的硫酸复盐微溶，称为铽组；钇 及钬到镥的硫酸复盐易溶，称为钇组。也有人把铽组称为中稀土 元素。 镧系元素的分组 轻稀土组轻稀土组 重稀土组重稀土组 57

4、La58Ce59Pr60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho68Er69Tm70Yb71Lu 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 轻稀土组轻稀土组 中稀土组中稀土组 重稀土组重稀土组 另有四分组： 57La58Ce59Pr60Nd 镧镧 铈铈 镨镨 钕钕 钷钷 钐钐 铕铕 钆钆 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 钆钆 铽铽 镝镝 钬钬 铒铒 铥铥 镱镱 镥镥 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho68Er69Tm70Yb71Lu 原子序数原子序数元素元素符号符号价电子层结构价电子层结构 57镧镧L

5、a4f0 5d1 6s2 58铈铈Ce4f1 5d1 6s2 59镨镨Pr4f3 6s2 60钕钕Nd4f4 6s2 61钷钷Pm4f5 6s2 62钐钐Sm4f6 6s2 63铕铕Eu4f7 6s2 64钆钆Gd4f7 5d1 6s2 65铽铽Tb4f9 6s2 66镝镝Dy4f10 6s2 67钬钬Ho4f11 6s2 68铒铒Er4f12 6s2 69铥铥Tm4f13 6s2 70镱镱Yb4f14 6s2 71镥镥Lu4f14 5d1 6s2 1、电子 构型 镧系收缩：镧 系元素的原子 半径和离子半 径随着原子序 数的增加而逐 渐减小的现象。 Ln原子半径和离子半径Ln原子半径和离子半径

6、 LaLa CeCe PrPr NdNd PmPm SmSm EuEu GdGd TbTb DyDy HoHo ErEr TmTm YbYb LuLu SmSm EuEu TmTm YbYb LaLa CeCe PrPr NdNd PmPm SmSm EuEu GdGd TbTb DyDy HoHo ErEr TmTm YbYb LuLu CeCe PrPr GdGdTbTb 8080 100100 120120 140140 160160 180180 200200 LaLaCeCePrPrNdNdPmPmSmSmEuEuGdGdTbTbDyDyHoHoErErTmTmYbYbLuLu Ln

7、Ln Ln(+II)Ln(+II) Ln(+III)Ln(+III) Ln(+IV)Ln(+IV) 2、原子半径和离 子半径 镧系收缩的原因：f电子的屏 蔽常数小于1，对核电荷的屏 蔽不够完全,使有效核电荷增 加，核对电子的引力增大， 使原子半径、离子半径逐渐 减少。 原子半径减少的趋势不如离 子半径，原因为：原子的电 子层比离子多一层6s2 。 57 La 187.7 106.1 58 Ce 182.4 103.4 92 59 Pr 182.8 101.3 90 60 Nd 182.1 99.5 61 Pm 181.0 97.9 62 Sm 180.2 111 96.4 63 Eu 204.

8、2 109 95.0 64 Gd 180.2 93.8 65 Tb 178.2 92.3 84 66 Dy 177.3 90.8 67 Ho 176.6 89.4 68 Er 175.7 88.1 69 Tm 174.6 94 86.9 70 Yb 194.0 93 85.8 71 Lu 173.4 84.8 原子原子 元素元素 序数序数 符号符号 金属原子金属原子 离子半径离子半径/ pm 半径半径/pm II III IV 镧系元素的原子半径、离子半径镧系元素的原子半径、离子半径 镧系收缩产生的结果： (2) 使得钇的原子半径接近Tb和Dy，因而钇与Ln共生，并 把钇归为稀土元素。 (3)

9、 镧系收缩使IVB族中的锆与铪、VB族中的铌与钽、VIB族 的钼与钨在原子半径和离子半径较接近，化学性质相似，造成 分离上的困难。 （4）加剧了6s轨道的收缩，使6s电子呈现惰性 （1）收缩缓慢是指相邻两个元素而言，两两之间的减小幅 度不如其他过渡元素两两之间的减小幅度大，使镧系元素内 部性质太相似，增加了分离困难 为什么在镧系中离子半径会出现单向变化？为什么 在 Gd 处出现一种不连续性呢？ 由于镧系元素三价离子的外围电子很有规律（离子结构 为 f 0 至 f 14 ），因此离子半径会出现“单向变化”。 镧系元素三价离子半径的变化中，在 Gd 处出现了微小 的可以察觉的不连续性，原因是 Gd

10、3+ 离子具有半充满的 4 f 7电子结构 ，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减小，所 以 Gd3+ 离子半径的减小要略微小些，这叫 “钆断效应”。 为什么原子半径图中 Eu 和 Yb 出现峰值？ 镧系原子4f 电子受核束缚，只有 5d 和 6s 电子才能成为自由电 子，RE (g) 有 3 个电子 (5d1 6s2) 参与形成金 属键，而 Eu(g) 和 Yb (g) 只有2个电 子 (6s2) 参与，自 然金属键弱些, 显 得半径大些 。 有 人 也 把 这叫做 “双峰效应”. 镧系元素全部都能形成稳定的 + 3 氧化态。 3. 氧化态特征 +III氧化态是所有镧系元素的特征氧化态。它们失

11、去三个电子所需 的电离势较低，即能形成稳定的+III氧化态。 原因：可能与4f电子对正电荷的高度敏感性有关，高于+3 时将导致4f电子被拉的太紧而无法参与反应 但也存在一些不常见的氧化态。 有些虽然也有+II或+IV氧化态，但都不稳定。 Ce、Pr、Nd、Tb、Dy存在+IV氧化态，Sm、Eu、Tm、Yb呈现+II 氧化态。因为4f电子层接近或保持全空、半满及全满时的状态较稳 定 如：La3+(4f 0), Gd3+(4f 7) 和 Lu3+(4f 14) 处于稳定结 构，获得 +2 和 +4 氧化态是相当困难的； Ce3+(4f 1) 和 Tb3+(4f 8) 失去一个电子即达稳定结构，因而

12、出现 +4 氧化 态；Eu3+(4f 6) 和 Yb3+(4f 13) 接受一个电子即达稳定结构， 因而易出现 +2 氧化态 。 氧化态的问题不能只从电子层的结构来考 虑。 如：为什么Sm(钐）,Tm（铥）有+2氧化态， 而没有+1氧化态？ 为什么Pr（镨），Nd（钕）有+4氧化态，而Pr没 有+5，Nd没有+6？ 氧化还原性 1）稀土元素均为强还原剂，还原能力仅次于碱金属、碱土 金属，从La到Lu呈减弱趋势 2）还原能力，碱性介质大于酸性介质 3）酸性介质中，Yb和Eu的E明显稍高于各自相邻的两个 金属 Ln(s) Ln(g) Ln3+(g) Ln3+(aq) 升华能升华能电离能电离能 水合

13、能水合能 升华能升华能+ + 电离能电离能 水合能水合能 Sm Eu Gd Tm Yb Lu +4095 +4230 +4165 +4294 +4366 +4356 -3562 -3617 -3632 -3779 -3812 -3838 +533 +612 +553 +514 +553 +517 几种稀土元素在水溶液中形成+3水 合离子能量比较 离子离子未成对电子数未成对电子数颜色颜色未成对电子数未成对电子数离子离子 La3+ 0(4f0) 无色无色0(4f14) Lu3+ Ce3+ 1(4f1) 无色无色1(4f13) Yb3+ Pr3+ 2(4f2) 绿绿2(4f12) Tm3+ Nd3+

14、 3(4f3) 淡紫淡紫3(4f11) Er3+ Pm3+ 4(4f4) 粉红、粉红、 黄黄 4(4f10) Ho3+ Sm3+ 5(4f5) 黄黄5(4f9) Dy3+ Eu3+ 6(4f6) 无色无色6(4f8) Tb3+ Gd3+ 7(4f7) 无色无色7(4f7) Gd3+ Ln3+离子的颜色 4、离子 的颜色 从La3+到Gd3+的颜色变化规律又在从Gd3+到Lu3+的过程 中重演； 离子颜色一般与未成对电子数有关，具有fn和f14-n个电子 时，颜色相同或相近 产生颜色的原因： 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

15、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。 磁效应来自电子的轨道运动和自旋运动，其磁性是轨道磁 性和自旋磁性的组合，轨道磁性由轨道角动量L决定，自旋磁 性由自旋角动量S产生。 镧系元素及化合物中未成对电子数多，加上电子轨道运 动对磁矩所作的贡献，使得它们具有很好的磁性，可做良 好的磁性材料，稀土合金还可做永磁材料。 5、镧系元素离子和化 合物的磁性 6 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

16、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。 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。 镧系金属为银白色，较软，有延展性。 活泼性：仅次于碱金

17、属和碱土金属，应隔绝空气保存。 金属活泼性顺序由Sc、Y、La递增；由La到Lu递减， La最活泼。 金属密度：随原子序数增加，从La到Lu逐渐增加。但 Eu和Yb的密度较小。 反应：能与大部分非金属作用。镧系金属反应得到的 产物为特征的III氧化态的化合物，化合物所生成的 键主要是离子型的。 二、镧系 金属 (1)氧化物氧化物 除除Ce、Pr和和Tb外，其它元素可形成稳定的外，其它元素可形成稳定的 Ln2O3 Ln2O3：熔点高，难溶于水和碱性介质，但易溶熔点高，难溶于水和碱性介质，但易溶 于强酸中。于强酸中。 与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的CO

18、2 形成碳酸盐，易溶于水生成形成碳酸盐，易溶于水生成Ln(OH)3。 三、镧系元素的重要 化合物 1、氧化态为+III的化 合物 氧化物是碱性氧化物，不溶于碱而溶于酸；高温 灼烧过的 CeO2 也难溶于强酸，需要加入还原剂 如以助溶； 氧化物盐转化的重要中间体； Ln2O3 用于制造光学玻璃， CeO2 是制造高级光 学仪器的抛光粉，Eu2O3 用于制造彩色荧光粉等 在Ln(III)盐溶液中加入NaOH得到Ln(OH)3。碱强度近似于碱 土金属氢氧化物，但溶解度比碱土金属氢氧化物小得多。 (2) 氢氧 化物 Ln3+ + NH3H2O Ln(OH)3 NH4Cl Mg(OH)2不能沉淀 Ln(

19、OH)3在水中微溶，碱性随原子序数增加(半径减小)而减 弱。因为中心离子对OH-的吸引力随半径的减小而增强， Ln(OH)3的电离度也逐渐减小 溶解度随温度升高而降低 白 白 浅绿 紫红 黄 白 白 白 黄 黄 浅红 绿 白 白 白 Ln(OH)3 的溶度积和开始沉淀的 pH La(OH)3 Ce(OH)3 Pr(OH)3 Nd(OH)3 Sm(OH) 3 Eu(OH)3 Gd(OH)3 Tb(OH)3 Dy(OH)3 Ho(OH)3 Er(OH)3 Tm(OH) 3 Yb(OH)3 Lu(OH)3 Y(OH)3 开始沉淀的 pH 硝酸盐 氯化物 硫酸盐 Ln (OH)3 颜色 7.8 2 7

20、.6 0 7.3 5 7.3 1 6.9 2 6.9 1 6.8 4 6.7 6 6.4 0 6.3 0 6.3 0 6.9 5 8.03 7. 41 7.05 7.02 6.83 6.78 7.41 7.35 7.17 6.95 6.70 6.68 6.75 6.50 6.21 6.18 6.18 6.83 1.0 10-19 1.5 10-20 2.7 10-22 1.9 10-21 6.8 10-22 3.4 10-22 2.1 10-22 2.0 10-22 1.4 10-22 5.0 10-23 1.3 10-23 3.3 10-24 2.9 10-24 2.5 10-24 依 次

21、降 低 sp K sp K Ln () 的重要盐类化合物 可溶盐：LnCl3 nH2O, Ln(NO3 ) H2O, Ln2 (SO4)3 难溶盐：Ln2 (C2O4)3，Ln2 (CO3)3， LnF3, LnPO4 LnF3不溶于水，即使在含3mol L-1硝酸的Ln3溶液中加 入氢氟酸或F，也能得到LnF3沉淀。是镧系元素离子的特性 检验方法。 氯化物LnCl3、LnBr3、LnI3为离子型化合物，易溶于水， LnCl3溶解度随温度的升高而猛增。 (3) 卤化物 LnCl3.nH2O = LnCl3 + nH2O 328-363K 同时水解： LnCl3 + H2O = LnOCl +

22、2HCl 脱水： Ln3+碱度越小，越易水解形成LnOCl 碱度大的LnCl3.nH2O ，脱水后形成的无水盐几乎是 纯的。 常见的是水合硫酸盐，除硫酸铈外（为9H2O），其余的由水 溶液中结晶出的都是八水合物Ln2(SO4)38H2O 。无水硫酸盐可从 水合物加热脱水制得。 无水硫酸盐加热分解为碱式硫酸盐Ln2O2SO4 碱式盐的稳定性随离子半径减小 (原子序数增加)降低。 Yb,Lu,Sc的碱式盐极不稳定。 无水硫酸盐和水合硫酸盐都溶于水，它们的溶解度随着温度 的升高而减小。 硫酸复盐 xLn2(SO4)3yM2SO4 ：与碱金属的硫酸盐反应得到。 (4) 硫酸盐 Ln2(C2O4)3H2

23、O：最重要的盐类之一。 草酸盐在酸性溶液中难溶，所以能使镧系元素离子以 草酸盐沉淀形式析出而与其它许多金属离子分开。 灼烧草酸盐，经过中间水合物的形式得到碱式碳酸盐，最 后分解得到氧化物。 (5) 草酸 盐 铈Ce、镨Pr、钕Nd、铽Tb、镝Dy能形成+IV氧化态的化合 物，只有Ce4+化合物在水溶液和固体中是稳定的。 IV铈的化合物：CeO2、 CeO2nH2O、CeF4 CeO2：白色，惰性，不与强酸或强碱作用，有氧化性。 常见IV铈盐的有Ce(SO4)2 2H2O和Ce(NO3)4 3H2O，强氧 化剂。 Ce4+ + e- Ce3+ E=+1.70V(1mol L-1HClO4) 2、

24、氧化态为+IV和的+II 化合物 几乎所有快速分离铈的方法，原理是首先将 +III氧化 态的铈氧化成+IV ，再利用+4的铈在化学性质上与其 他+3稀土元素的显著差别，用化学方法分离出来。 钐Sm、铕Eu、镱Yb能形成+II氧化态的化合物。 Sm3+e- = Sm2+ E=-1.55V Eu3+e- = Eu2+ E=-0.35V Yb3+e- = Yb2+ E=-1.15V 即+II氧化态的盐具有强还原性。 Eu(OH)2 沉淀的 pH 较 Ln(OH)3 高得多, 分离后的溶液中 加入 BaCl2 和 Na2SO4，可使 EuSO4 和 BaSO4 共沉, 用稀 HNO3 洗, 沉淀中 E

25、u2+Eu3+(aq)。Eu2+在空气中不稳定。 2 Eu3+ (aq) + Zn(s) Eu2+ (aq) + Zn2+ (aq) V351. 0)Eu/Eu( 23 E 稀土元素分离方法的原理和特点 方方 法法 基基 本本 原原 理理 优优 点点 缺缺 点点 分级结晶法分级结晶法 溶解度不同溶解度不同 原理、设备简单原理、设备简单 操作复杂、分离效果差操作复杂、分离效果差 分步沉淀法分步沉淀法 溶度积不同溶度积不同 原理、设备简单原理、设备简单 操作复杂、分离效果操作复杂、分离效果 差差 氧化还原法氧化还原法 价态稳定性不同价态稳定性不同 原理、操作简单、无非三价稳定态者不原理、操作简单、

26、无非三价稳定态者不 可可 效果满意效果满意 化化 学学 分分 离离 法法 离离 子交换法子交换法与树脂、淋洗与树脂、淋洗 分离效果很好、分离效果很好、 周期长、成本高周期长、成本高 剂结合力不同剂结合力不同 产品纯度高产品纯度高 溶溶 剂剂 萃萃 取取 法法 萃合物稳定性萃合物稳定性 分离效果良好、纯度分离效果良好、纯度 某些试剂有毒某些试剂有毒 不同不同 可满足要求可满足要求 四、稀土元素 的分离 1、铈的氧化分离法： Ce4+的离子势很大，碱度很小，极易水解， CeO2 H2O 在pH为0.7-1.0时就能沉淀析出，而其他Ln3+在pH 为6-8时才能析出沉淀；而且Ce4+生成配合物的倾向

27、很大，这 都和其他Ln3+有很大差别 铈是稀土元素中最易氧化成四价的，铈的氧化分离就是 利用+IV氧化台态铈的碱性远比+III氧化态的稀土金属的 碱性弱，因而易生成氢氧化物沉淀，并从+III氧化态的 稀土元素中分离出来。 2、钐、镱、铕的还原分离法： 钐、镱、铕的还原分离法是利用钐、镱、铕在水溶液中 氧化态+III为还原为+II后与+III氧化态稀土元素在性质上的差 异，将+II氧化态的钐、镱、铕与其它+III氧化态稀土元素进行 分离。常用金属还原法（如Zn粉、Mg粉以及Na、Li等作还原 剂）；汞齐还原法（如锌汞齐、钠汞齐）以及电解还原法。 稀土矿的分离提纯中，如何将稀土与非稀土元素分离？

28、1. 利用稀土硫酸复盐的难溶性使之与铁、磷等杂质元素利用稀土硫酸复盐的难溶性使之与铁、磷等杂质元素 分离；分离； x Ln2(SO4)3 + y M2SO4 + z H2O x Ln2(SO4)3 y M2SO4 z H2O 2. 利用稀土草酸盐的难溶性使之与可溶性的非稀土元素利用稀土草酸盐的难溶性使之与可溶性的非稀土元素 分离；分离； 2 RECl3 + 3 H2C2O4 + nH2O RE2(C2O4)3 nH2O + 6 HCl 3. 利用萃取法，把稀土从杂质元素中分离出来。利用萃取法，把稀土从杂质元素中分离出来。 1.含氧配体的稀土金属配合物 稀土金属配合物的特征配位原子是氧。稀土为亲

29、氧元素， 可以与很多含氧的配体如羧酸、二酮、含氧的磷类萃取剂 等生成配合物。 五、稀土金属配合物 2.含氮配体的配合物含氮配体的配合物 稀土与氮的亲和力小于氧，很难得到单纯稀土与氮的亲和力小于氧，很难得到单纯 含氮的配合物。利用具有适当极性的非水溶剂含氮的配合物。利用具有适当极性的非水溶剂 可以得到一系列含氮配合物。如可以得到一系列含氮配合物。如 Ln(phen)4(ClO4)3、 La(bipy)2(NO3)3 等。等。 3.稀土与同时含氮和氧原子配体生成的配合物 应用较多的有： 稀土氨基酸配合物。如配体为甘氨酸、丙氨酸。 用于离子交换分离的氨羧配位剂EDTA（乙二胺四乙酸）、 DTPA（二

30、乙基三胺五乙酸） 4.稀土与大环配体生成的配合物稀土与大环配体生成的配合物 大环配体中有非常重要的一类含氧配体：冠醚和大环配体中有非常重要的一类含氧配体：冠醚和 穴醚。它们与稀土形成的配合物有着非常广泛的应用。穴醚。它们与稀土形成的配合物有着非常广泛的应用。 5.稀土与碳稀土与碳键金属有机配合物键金属有机配合物 稀土金属有机配合物的研究是目前非常活跃的领稀土金属有机配合物的研究是目前非常活跃的领 域。这些配合物成功地应用在烯烃的均相聚合的催域。这些配合物成功地应用在烯烃的均相聚合的催 化剂，还可以用于合成橡胶等。化剂，还可以用于合成橡胶等。 离子半径大的镧系离子对配合物键型有何影响？ 4f 和

31、 3d 金属离子配合的比较 性 质 镧系元素离子 Ln3+ 轻过渡 元素离子 M3+ 金属离子轨道 4f 3d 离子半径/pm 85106 60 75 配位数 6，7，8，9，10，11，12 4，6 典型的配位多面体 三角棱柱体，四方反锥体， 平面 正方形， 十二面体 正四面体， 正八面体 键型 金属离子与配体轨道间相互作用很弱 金属离子 与配体轨道间 相互作 用很强 键的方向性 不明显 很 强 键的强度 F OH H2O NO3 Cl CN NH3 H2O OH 溶液中的配合物 离子型，配体交换快 常是共价型， 配体交换慢 由于稀土元素具有许多优良的物理性质和化学性质 从而得到广泛的应用，

32、目前以成为现代尖端科学技术不 可缺少的特殊材料。 1.在石油化工中的应用 2.在冶金工业上的应用 3.在玻璃、陶瓷工业中的应用 4.稀土发光材料 5.稀土磁材料 6.在其它领域中的应用 六、稀土元素及其化合 物的应用 锕系元素又称5f过渡系，是周期表中锕Ac到铹Lr的15种元 素，都具有放射性。 （锕Ac、钍Th、镤Pa、铀U、镎Np、钚Pu、镅Am、锔Cm、 锫Bk、锎Cf、锿Es、镄Fm、钔Md、锘No、铹Lr） 一、锕系元素的通性一、锕系元素的通性 价电子构型：价电子构型：5f0-146d0-17s2 锕系元素 无机无机 化化 学学 1、电子构型 原子序数原子序数元素元素符号符号价电子层

33、结构价电子层结构 89锕锕Ac5f0 6d1 7s2 90钍钍Th5f0 6d2 7s2 91镤镤Pa5f2 6d1 7s2 92铀铀U5f3 6d1 7s2 93镎镎Np5f4 6d1 7s2 95钚钚Pu5f6 7s2 95镅镅Am5f7 7s2 97锔锔Cm5f7 6d1 7s2 97锫锫Bk5f9 7s2 98锎锎Cf5f10 7s2 99锿锿Es5f11 7s2 100镄镄Fm5f12 7s2 101钔钔Md5f13 7s2 102锘锘No5f14 7s2 103铹铹Lr5f14 6d1 7s2 无机无机 化化 学学 2、氧化态 原子序数原子序数元素元素符号符号氧化态氧化态 89锕锕

34、Ac +3 90钍钍Th +3 +4 91镤镤Pa +3 +4 +5 92铀铀U +3 +4 +5 +6 93镎镎Np +3 +4 +5 +6 +7 95钚钚Pu +3 +4 +5 +6 +7 95镅镅Am+2 +3 +4 +5 +6 96锔锔Cm +3 +4 97锫锫Bk +3 +4 98锎锎Cf+2 +3 99锿锿Es+2 +3 100镄镄Fm+2 +3 101钔钔Md+2 +3 102锘锘No+2 +3 103铹铹Lr +3 无机无机 化化 学学 3、离子半径和原子半径 类似镧系元素，也产生锕系收缩。 An离子半径n离子半径 AcAc PaPa U U NpNp PuPu AmAm Cm

35、Cm BkBk ThTh PaPa U U NpNp PuPu AmAmCmCm BkBk 9595 100100 105105 110110 115115 120120 125125 130130 AcAcThThPaPaU UNpNpPuPuAmAmCmCmBkBk An(+III)An(+III) An(+IV)An(+IV) 无机无机 化化 学学4、离子颜色 Ann+离子在水溶液中的颜色 元素元素An3+ An4+ AnO2+ AnO22+ Ac无色无色 Th无色无色 Pa无色无色无色无色 U粉红粉红绿绿黄黄 Np紫紫黄绿黄绿绿绿粉红粉红 Pu深蓝深蓝黄褐黄褐红紫红紫橙橙 Am粉红粉红粉红粉红黄黄棕棕 Cm无色无色 无机无机 化化 学学 二、锕系金属 1、存在与分布 锕系元素中只有钍和铀在自然界中存在矿物中，在地壳中 钍的丰度为0.0013%，与硼的丰度相当，分布广泛但蕴藏量很少， 唯一有商业用途的是独居石。自然界中存在最重要的铀矿是沥 青铀矿。