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第十四章 镧系和锕系元素 概述 Ac系元素由于5f、6d、7s轨道能级更加接近，电子跃迁更复杂，所以原子光谱复杂，故Ac系元素原子基态的电子层结构的确定也较困难，氧化数：由此可知，氧化数有+3，更有+2、+4、+5、+6、+7等其他的氧化数化合物。 （二）原子半径、离子半径和镧系收缩 1、原子半径： 在La系元素中，由于4f电子对原子核的屏蔽效应较大，所以随着原子序数的增加，有效核电荷缓慢增大，结果使原子半径缓慢缩小，这种现象称为La系收缩。使Eu（4f7）和Yb（4f14）两个地方出现原子半径骤然增大的现象。 概述 概述 La系元素原子半径在Eu、Yb两处出现骤升的峰值现象与它们的第一、二、三电离能总和随着原子序数增加而增加，但在Eu、Yb出现骤升的峰值和La系元素的熔点随着原子序数的增加在逐渐升高过程中Eu、Yb处出现陡降的谷值的现象合在一起，称La系元素性质递变的“双峰效应”。 2、离子半径 特点：①La3+离子半径在86.8～103.2Pm间，比相同氧化数的其它金属离子较大（r =53.5Pm，r =61.5Pm，r =64.5Pm，r =63Pm）。 概述 概述 3、La系收缩的后果： ①受其影响，铕（Eu）以后的La系元素的离子半径接近于钇（Y），构成性质极为相似的一组元素，称为钇组元素，它们在自然界共生，性质十分相似，难于分离。 ②受其影响，第三过渡系与第二过渡系的同族元素在原子半径和离子半径上相近，其中尤以ⅣB的Zr和Hf，ⅤB的Nb和Ta，ⅥB的Mo和W更为相近，以致Zr和Hf、Nb与Ta、Mo和W性质非常相似，分离十分困难。 Ac系元素也有Ac系收缩现象。 概述 （三）金属活泼性： La系单质均为活泼金属，活泼性仅次于碱金属而与Mg接近，所以都是强还原剂。 例：①不太高的温度下，可与O2、S、Cl2、N2等反应，所以冶金工业中常用作脱硫剂，脱氧剂，在无线电真空技术中用吸气剂。 ②与水作用，其置换出氢气。 ③与酸反应更激烈。 Ac系金属也是活泼金属和强还原剂，易与O2、卤素、酸等反应。因此，制取方法：只能用电解其熔融盐，或高温下用活泼金属（如Ca）还原其卤化物的方法。 概述 （四）离子的颜色 许多Ln3+在晶体和水溶液中均有颜色，Ac系元素在离子的颜色上表现得相似，因均为f电子对光的吸收造成的。 稀土元素 二、稀土元素 （一）稀土元素的资源 我国稀土资源有五大特点：储量大、分布广、类型多、矿种多、品位高。 根据硫酸复盐溶解度不同，可将稀土元素分为铈组和钇组： 铈组（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、）硫酸复盐较难溶 钇组（Eu、Gd、Tb、Dy、Y、Ho、Er、Tm、Yb、Ln）硫酸复盐较易溶 ? 稀土元素 （二）稀土元素的提取： 由于稀土元素及其+3价态的化合物性质很相似，它们在自然界共生，且在矿物中又常与杂质元素（U、Th、Nb、Ta、Ti、Zr、Si、F等）伴生，分离难度大。 1、溶剂萃取法： 萃取分离法是利用被分离的元素在互不相溶的液相中分配的分配系数不同来进行分离的。 工业上已采用RECl3-HCl-P507煤油体系和RE(NO3)3-HNO3-P507煤油体系萃取分离15种稀土元素。 2、离子交换法（离子交换色层分离法）： 稀土元素 （三）稀土元素的应用： 据统计，目前世界稀土有70%左右消耗于材料方面。稀土材料应用之广遍及国民经济各个领域和行业：冶金、石油化工、轻工、光学、磁学、电子、生物医疗和原子能工业等。稀土金属在电子材料、原子能材料、药物合成及超导技术等高新技术领域的应用也日益广泛，稀土储氢材料（如LaNi5，La2Mg17等）用于H2的储运、能源的检验、制冷及提纯氢等方面。 核反应和超铀元素的合成 三、核反应和超铀元素的合成 核反应分为四种类型：放射性衰变、粒子轰出原子核、核裂变及核聚变。 1、放射性衰变 天然放射性是指不稳定原子核自发放出α、β、γ射线的现象。大量的同种原子核因放射性而陆续发生转变，使处于原状态的核数目不断以下三种： （1）α衰变 （2）β衰变 （3）γ衰变 。 人工放射性核素还有其它衰变方式，如正电子β衰变、电子俘获等。 核反应和超铀元素的合成 2、放射性的应用 放射性核素的射线具有高能量，当射线与物质相互作用时，物质受到激发，可以引发本来不发生的化学或生物过程，促进或抑制化学或生物过程的变化。在工农业、医学卫生、科学技术以及人类日常生活中利用放