第十四章镧系锕稀有气体

第十四章镧系、锕系、稀有气体镧系、锕系、稀有气体镧系、锕系、稀有气体元素周期表第一节镧系元素第二节锕系元素第三节稀有气体镧系、锕系、稀有气体第十四章镧系、锕系、稀有气体

一、概述镧在基态时不存在f电子，但镧与它后面的14种元素性质很相似，所以把它作为镧系元素。由于镧系收缩的影响，使得Y的原子半径(0.181nm)、与元素Nd、Sm(0.182、0.18nm)及离子半径Y3+(0.089nm)与Ho3+、Er3+(0.0894、0.0881nm)接近。Y的化学性质与镧系元素相似，钇在矿物中与镧系共生。通常把钇和镧系元素合称为稀土元素。第一节镧系元素

氧化态

+III氧化态是所有镧系元素的特征氧化态。它们失去三个电子所需的电离势较低，即能形成稳定的+III氧化态。有些虽然也有+II或+IV氧化态，但都不稳定。

Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2)能形成+IV氧化态即Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8)。

Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2)能形成+II氧化态即Sm(4f6),Eu(4f7),Tm(4f13),Yb(4f14)。从4f电子层结构来看，其接近或保持全空、半满及全满时的状态较稳定(也存在热力学及动力学因素)。第一节镧系元素

四、原子半径和离子半径从表中的数据可以看出，从La到Lu原子半径和三价离子半径逐渐减小。这种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称为镧系收缩。由于镧系收缩的影响，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。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。镧系元素

活泼性镧系金属是强还原剂，其还原能力仅次于Mg，其反应性可与铝比。而且随着原子序数的增加，还原能力呈逐渐减弱的趋势。在酸性溶液中Ln2+离子为强还原剂，Ln4+离子为强氧化剂。(试考虑它们的产物是什么？)

应用用于玻璃、陶瓷、发光材料、电淘光源材料、激光材料、磁性材料、稀土微肥、催化剂、超导材料及引火合金。镧系元素镧系元素的化合物

一、Ln2O3,Ln(OH)3Ln2O3与碱土金属氧化物相似，可以吸收空气中的CO2形成碳酸盐，易溶于水生成Ln(OH)3。

Ln(OH)3中除Yb(OH)3和Lu(OH)3外都不溶于过量的强碱。

Ln(OH)3在水中微溶，碱性随原子序数增加而减弱，随温度的升高溶解度降低。

二、+III盐类我们把轻稀土57-63号称为铈组，把重稀土64-71号称为钇组。相同点：它们的LnF3、Ln(OH)3、LnPO4、Ln2(C2O4)3、Ln2(CO3)3都难溶于水。它们的卤化物(Cl,Br,I)、氰化物都溶于水。不同点： 铈组 钇组硫酸盐 不溶于M2SO4溶液 溶于M2SO4溶液碳酸盐 不溶于CO32-溶液 溶于CO32-溶液草酸盐 不溶于C2O42-溶液 溶于C2O42-溶液镧系元素

1、卤化物

LnF3在3mol/L的硝酸中也能沉淀，是一特征反应。

LnCl3,LnBr3,LnI3,为离子型化合物，易溶于水。

2、草酸盐

最重要的盐，因为它在酸性溶液中难溶，所以能与其它许多金属离子分开。草酸盐灼烧分解为氧化物。镧系元素

三、配合物

Ln3+离子一般不易参加成键，离子半径较大，与碱土金属相似，离子与配体间的作用靠静电吸引，具有相当的离子性质。

H2O是较强的配体，在大量水存在时任何配体与H2O竞争都是困难的，只有很强的配体，特别是螯合剂才能与其形成配合物。镧系元素锕系元素

一、概述原子序数元素符号价电子层结构89锕Ac5f0

6d17s290钍Th5f06d27s291镤Pa5f26d17s292铀U5f36d17s293镎Np5f46d17s295钚Pu5f67s295镅Am5f77s297锔Cm5f76d17s297锫Bk5f97s298锎Cf5f107s299锿Es5f117s2100镄Fm5f127s2101钔Md5f137s2102锘No5f14

7s2103铹Lr5f14

6d17s2

原子序数元素符号氧化态89锕Ac

+3

90钍Th

+3+491镤Pa

+3+4+5

92铀U

+3+4+5+693镎Np

+3+4+5+6+795钚Pu

+3+4+5+6+795镅Am+2+3+4+5+696锔Cm

+3+497锫Bk

+3+498锎Cf+2+399锿Es+2+3100镄Fm+2+3101钔Md+2+3102锘No+2+3103铹Lr

+3注：锕系中5f与6d的能量相差更小，因此锕系前一半元素提供更多的成键电子，存在较高的价态。后一半与镧系相似。锕系元素-氧化态锕系元素

三、离子半径类似镧系元素，也产生锕系收缩。

四、铀钍的制备、性质、化合物及用途。（自学）要求：

1、最重要的铀的氟化物是什么？

2、什么是“铀黄”，有什么用途？

3、二氧化钍有何用途？第三节稀有气体零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体（inertgases），直到1962年英国化学家巴特列在室温下第一次合成出真正的化合物XePtF6：Xe(g)+PtF6(g)===XePtF6(s,桔红色晶体)第一个raregascompound被合成,inertgases的神话从此被打破。改称稀有气体(noblegases或raregases)。早在1960年巴特列通过实验发现了强氧化性的PtF6(g)可以将O2分子氧化成O2+PtF6-。他考虑到Xe与O2分子的电离能相近(I1Xe=1170KJ/mol,I1O2=1164KJ/mol),还有O2+与Xe+的半径也大致相似。因此，如果有XePtF6，其晶格能亦与O2PtF6的相似，估计PtF6(g)可以将氙氧化。

1、氟化物

在一定条件下氟与Xe有下列反应F2+Xe(过量)→XeF2F2+Xe(少量)→XeF4F2+Xe(少量)→XeF6

XeF2是强氧化剂，不太稳定。2XeF2+2H2O===2Xe+4HF+O2XeF2+2KCl===Xe+2KF+Cl24XeF4+8H2O===2XeO3+2Xe+O2+16HFXeF6+3H2O===XeO3+6HF稀有气体

2、氧化物

XeO3：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有强氧化性。

XeO4：很不稳定，具有爆炸性的气态化合物。

氙的化合物，都是强氧化剂，一般情况被还原为单质。

3、稀有气体化合物的结构（自学）稀有气体

氦不燃烧，最难液化，密度仅次于氢，常用以代替氢作气球、气艇等的充填气体。氦在血液中的溶解度比氮小得多。利用氦和氧的混合物制成“人造空气”供潜水员呼吸，可防止“潜水病”，也用于医治支气管哮喘病。氦最难液化，熔点接近于绝对零度，故液态氦是超低温技术上的常用冷源。它的性质接近理想气体，是低温精密气体温度计的理想填充材料。稀有气体的用途氖和氩在电场激发下，氖能发出鲜艳的红光。汞蒸气存在时则发出蓝光。氩在电流通过时发出蓝光，且导热性和导电性很小，用于填充灯泡可节省电能。氖和氩常用于霓虹灯、灯塔等照明工程。因其化学不活泼性，在冶炼上也常用作保护气体。稀有气体的用途

氪和氙在高效灯泡中常填充氪。氙有极高的发光强度，可用以填充光电管和闪光灯，高效长弧氙灯甚至被称为“小太阳”。氙与20％的氧气混合使用，可作为无副作用的麻醉剂。氪和氙的同位素在医学上被用来测量脑血流量、研究肺功能、计算胰岛素分泌量等。

氡氡具有放射性，衰变后成为放射性钋和α粒子