课件无机化学25 f区金属 镧系与锕系金属.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第25,章,f,区金属镧系与锕系金属,问题：,1.,镧系元素包括哪些元素？镧系元素的原子结构有何特征？镧系元素有何特征氧化态？,2.,轻希土和重希土元素分别指哪些元素？,3.,什么是镧系收缩？镧系收缩带来哪些结果？,问题：,从镧系元素的电极电势数据可对镧系金属,的活泼性得出什么结论？,镧系金属的水合离子为何有颜色？其水,合离子的颜色为什么呈现出,规律性？,6.,了解镧系元素的存在、提取、性质、用,途。,第25,章,f,区金属镧系与锕系金属,1.,镧系元素包括哪些元素？镧系元素的原子结构有何特征？镧系元素有何特征氧化态？,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。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,一般认为：周期表中的,57,号元素镧（,La),到71,号元素镥（,Lu）,共15,种元素统称为镧系元素,镧系元素的外层和次外层的电子构型基本相同，从,Ce,开始，电子逐一填充在,4,f,轨道上,+,氧化态是所有镧系元素在固态、水溶液或其他溶剂中的特征,Ce,、Pr、,Nd,、Td、,Dy,存在,+,氧化态。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,原子序数,元素,符号,价电子层结构,57,镧,La,4f,0,5d,1,6s,2,58,铈,Ce,4f,1,5d,1,6s,2,59,镨,Pr,4f,3,6s,2,60,钕,Nd,4f,4,6s,2,61,钷,Pm,4f,5,6s,2,62,钐,Sm,4f,6,6s,2,63,铕,Eu,4f,7,6s,2,64,钆,Gd,4f,7,5d,1,6s,2,65,铽,Tb,4f,9,6s,2,66,镝,Dy,4f,10,6s,2,67,钬,Ho,4f,11,6s,2,68,铒,Er,4f,12,6s,2,69,铥,Tm,4f,13,6s,2,70,镱,Yb,4f,14,6s,2,71,镥,Lu,4f,14,5d,1,6s,2,+,III,氧化值是所有,Ln,元素,的特征氧化值。,+4,+3,+2,Ba,2+,Hf,4+,Dy,Ho,Er,Tm,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm Eu,Gd,Tb,Yb,Lu,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,2.,轻希土和重希土元素分别指哪些元素？,稀土的英文是,Rare Earths，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 39 号的,Y,称为稀土元素，用,RE,表示。,57,La,58,Ce,59,Pr,60,Nd,61,Pm,62,Sm,63,Eu,64,Gd,65,Tb,66,Dy,67,Ho,68,Er,69,Tm,70,Yb,71,Lu,镧 铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥,轻稀土组,重稀土组,铕以前的镧系元素叫做,轻稀土元素,或称,铈组元素,；铕以后的镧系元素加上钇叫做,重稀土元素,或称,钇组元素,。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,3.,什么是镧系收缩？镧系收缩带来哪些结果？,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,。,主族：每增加一和原子序数，半径平均减少,10,Pm,副族：每增加一和原子序数，半径平均减少,1,Pm,f,区：每增加一和原子序数，半径平均减少,0.1,Pm,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,镧系收缩的结果：,(1),Ln,半径减小缓慢，使其半径相近，性质相,似，自然界共生，难分离。,(2)使,Y,半径与,Gd,、,Dy,相近，即,Y,的半径在,LaLu,之间，使,Y,成为稀土成员。,(3),第二、第三过渡系的,Zr,-,Hf,、,Nb,-Ta、Mo-W,金属的原子半径、离子半径很接近，因而性质很相似，成为最难分离的三对元素。,4.,从镧系元素的电极电势数据可对镧系金属的活泼性得出什么结论？,(1),由镧系元素标准电极电势可知，镧系元素金属的活泼性仅次于碱金属和碱土金属。,(,-2V,),(2),相近,，,活泼性相似。,(3)由,La,到,Lu,递减，即,La,最活泼。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,5.,镧系金属的水合离子为何有颜色？其水合离子的颜色为什么呈现出规律性？,离子的颜色与未成对电子数有关，,4,f,亚层未充满的镧系金属离子，颜色主要是,4,f,亚层中的电子跃迁引起的，发生这种,f-f,跃迁需要吸收一定的波长,.,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,离子,未成对电子数,颜色,未成对电子数,离子,La,3+,0(4,f,0,),无色,0(4,f,14,),Lu,3+,Ce,3+,1(4,f,1,),无色,1(4,f,13,),Yb,3+,Pr,3+,2(4,f,2,),绿,2(4,f,12,),Tm,3+,Nd,3+,3(4,f,3,),淡紫,3(4,f,11,),Er,3+,Pm,3+,4(4,f,4,),粉红、黄,4(4,f1,0,),Ho,3+,Sm,3+,5(4,f,5,),黄,5(4,f,9,),Dy,3+,Eu,3+,6(4,f,6,),无色,6(4,f,8,),Tb,3+,Gd,3+,7(4,f,7,),无色,7(4,f,7,),Gd,3+,Ln,3+,水合离子的颜色,与,f-f,跃迁有关,6.,了解镧系元素的存在、提取、性质、用途。,据报道，世界稀土总含量估约 4500 万吨,REO,，,我国稀土资源丰富，占世界储量 80%。据中国稀土协会估计，我国稀土总含量高达 1 亿吨。白云鄂博矿床距包头 150 公里，它是世界上最大的稀土资源，目前的稀土产量占全国的 60%。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,我国三大产地：包头、攀枝花和江西。,五大特点：,储量大；品种全；品位高；多种金属矿物伴生；综合利用价值大。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,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.呈吸附状态存在于粘土矿、云母矿等矿物中。,(,广东主要为离子吸附性稀土矿）,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,有代表性的稀土矿物,名 称 主要化学组成 说明,独 居 石,(,Ln,Th)PO,4,Ln,主要代表,La,Ce,等轻稀土元素,氟碳铈镧矿,LnCO,3,F,Ln,主要代表,La,Ce,等轻稀土元素,磷 钇 矿,YPO,4,除,YPO,4,外,，,还含有重镧系元素磷酸盐,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,方 法 基 本 原 理 优 点 缺 点,分级结晶法 溶解度不同 原理、设备简单 操作复杂、分离效果,差,分步沉淀法 溶度积不同 原理、设备简单 操作复杂、分离效果,差,氧化还原法 价态稳定性不同 原理、操作简单、无非三价稳定态者不,可,效果满意,化学分离法,离 子 交 换 法,与树脂、淋洗 分离效果很好、周期长、成本高,剂结合不同 产品纯度高,溶 剂 萃 取 法,萃合物稳定性 分离效果良好、纯 某些试剂有毒,不同度 可满足要求,22%,w,/w,氨水,50%,V,/,V,HDEHP-,Shellsol,A,稀土萃余水相,料液100,g,dm,-3,RE,2,O,3,0.4,Mol/L,HCl,2.25,mol/L,HCl,洗液,8,mol/L,反萃液,全萃取,全回流,50,级混合澄清槽,Gd,或,Sm,产品段,最后不含稀土的,萃余水相,(,pH=3),钇族稀土,5-10级,反萃段,萃取剂循环使用,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,磁性材料,永磁材料,：,永磁体最基本的作用是在某一特定空间产生一恒定磁场，维持此磁场并不需要任何外部能源。下图中的磁体能吸起自重的 800倍。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,磁光材料：,指在紫外到红外波段，具有磁光效应的光信息功能。如磁光光盘等。,超磁致伸缩材料,：,指稀土,铁汞化合物具有比铁、镍等大得多的磁场伸缩值。可做声纳系统、驱动器等。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,发光、激光材料：,因,f-f、f-d,跃迁而使发出的光能量差大、波长短而成为发光宝库。,玻璃陶瓷材料,：,光学玻璃、光纤。,贮氢、发热、超导材料。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,超导材料的两大特性：临界温度,T,c,以下电阻为零，具有排斥磁场效应。人们渴望制备超导电缆，因为它可减少或避免能量损失，如可使粒子加速器再极高能量下操作。,1987年，中科院赵忠贤和美国,Houston,大学朱经武等独立发现,YBa,2,Cu,3,O,7,的超导体，,T,c,达95,K。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,在冶金工业中的应用：,铸铁、钢、有色金属，可改变结构性能。,催化中的应用：,石油裂化、汽车尾汽净化、合成橡胶以及石油化工等。,第25,章,f,区金属,镧系与锕系金属,农业中的应用：,使农作物增产，且改善品质。,医药中的应用：,抗凝血：因,RE,对,Ca,2+,的拮抗作用所致。,烧伤药物；抗炎、杀菌；抗动脉硬化作用；抗肿瘤；降血糖。,