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本课件围绕第25章 f区金属展开，依次说明f区金属镧系与锕系、镧系元素与锕系元素锕系元素又称等内容，并给出相关概念的定义、计算示例与性质规律，便于按页对照图示与文字版阅读
第25章f区金属镧系与锕系金属
25-1镧系元素•1-1镧系元素的通性•镧系元素中是否包括镧（Z＝57），至今还没有一致的意见。 一种意见认为镧原子基态不存在f电子(4f0)，因此把镧排除在镧系元素之外，镧系元素只包括14个元素（Z＝58—71） 另一种意见认为虽然镧在基态时不存在f电子,但镧与它后面的14
镧系元素原子的电子层构型见P900表23-1。 由表可见，第一个f电子在铈原子出现，但是随着原于序数增加，4f轨道中电子的填充也不是有规则的增加。 出现两种类型的电子层结构，即[Xe]4fn-15d16s2和[Xe]4fn6s2。 至于某一镧系元素的原子按照那一类型排列，则根据烘特规则，即等价
二、氧化态•+III氧化态是所有镧系元素在固体化合物中和在水溶液或其他溶剂中的特性。 由于镧系金属在气态时失去2个s电子和一个d电子或两个s电子和一个f电子所需的电离能比较低，所以一般能形成稳定的+III氧化态。 有些镧系元素表现出+II或+IV氧化态，这些一般都没有+III氧化态。 少数氧化态的固体亿合物已经制得，但是只有
Ce，Pr，Tb，Dy存在+IV氧化态，而Sm，Eu，Tm，Yb存在+II氧化态。 从4f电子层结构来看，当4f层保持或接近全空、半满或全充满的状态时比较稳定。 所以Ce，Pr，Tb，Dy常呈现出+IV氧化态，如Ce(4f0)，Pr(4f1)，Tb(4f7)，Dy(4f8)，而Sm，Eu
镧系元素的原子半径由图23—2可见，除Eu和Yb反常外，从La(187．7pm)到Lu(173．4pm)略有缩小的趋势，但不如离子半径缩小得多。 镧系金属的原子半径都比离子半径大，这是因为镧系元素金属原子的电子层比离子多一层，它的最外层是6s2，4f就居于第二内层，它对原子核的屏蔽接近100%
镧系收缩在无机化学中是一个重要现象。 前面已年到，由于镧系收缩，使钇成为希土元素的成员，Y常与重希土元素共生于矿物中。 而钪离子半径相差相进较远(Sc3+73．2pm)，故一般不与希土矿共生。 由于镧系收缩的存在，使IVB族中的Zr和Hf，在VB族中的Nb和Ta，VIB族中的Mo利W，在原子半径和离子半径上较接近，化学性
离子的颜色通常与末成对电子数有关。 内表23—4可见，当三价离子具有fn和f14-n电子构型时，它们的颜色是相同或相近的。 这只是定性的解释，要进一步研究需要精确测定其光的吸收光谱的波长。 根据吸收光谱的研究指出：La3+，Lu3+和Y3+在波使范围200—1000nm
原来认为镧系元素中的钜(Pm，Z＝61)是人工合成元素，具有放射性。 1968年阿特雷尔(Attre，P.M)从刚果的沥青铀矿中分离出Pm，含量甚微，仅4×10-15克／公斤矿。 实际上是矿中U-238自发裂变产物。 1972在地壳中也找到了145Pm。 希土矿物有150多种，作为希土元素主要工业来源的矿
希土金属独特的物理化学性质，为希土元素的广泛应用提供了基础。 在冶金工业，由于希土元素具有对氧、硫和其它非金属元素的强新和力，用于炼钢中能净化钢液，细化晶粒，减少有害元素的影响，从而改善了钢的性能。 我国已应用段土生产很多新钢种。 此外，我国还利用希土生产希土球墨铸铁，使铸铁的机械性能、耐磨和耐腐蚀性能得到提高。 在
长期以来希土就用于玻璃、陶瓷制造工业。 希土氧化物是玻璃抛光粉的原料。
希土氧化物抛光粉已用于镜面、平板玻璃、电视显象管等的抛光。 它具有用量少，抛光时间短优点。
此外，在制造光学玻璃，原子能工业的玻璃、高温陶瓷及其它最新技术用的玻璃中，都广泛应用了希土。 希土可使玻璃具有特种性能和颜色，如含纯氧化钕的玻璃具
Ln2O3与碱土金属氧化物性质相似，可以从空气中吸收二氧化碳和水相应地形成碳酸盐和氢氧化物。 Ln2O3不溶于水和碱性介质中。
它们与A12O3不同，即使经过灼烧的Ln2O3也易溶于强酸中。 Ln2O3都是强的放热化合物。
在Ln(III)盐溶液中加入NaOH溶液可以得到Ln(OH)3的沉淀。 大多数
镧系金属离子属于硬酸，因此通常配位原子是氧和氮。 典型的螯合物有：Ln3+与β—二酮类的乙酰丙酮(acac)生成螯合物Ln(acac)3和与乙二胺四乙酸（EDTA）生成螯合物Ln(EDTA)-。 在镧系元素的螯合物中，Ln3+r的配位数往往超过6。 例如在Y(acac)3·H2O中，配位数为7。 7个氧原子包围Y
25-2锕系元素•锕系元素又称5f过渡指法，它是在周期表中锕（Z=89）以后14种元素，它们都具有放射性。 1789年德国克拉普特从沥青矿中发现铀，它是被人们认识的第一种锕系元素。 比铀原子序数小的锕，钍和镤也随后陆续发现。 在铀以后的元素称超铀元素，它们都是在1940年以后，用人式核反应合成的。 极微量的镎和钚也存在于铀矿中。
2-2钍和铀及其化合物•在锕系元素中，最常见的是钍和铀及其化合物。 对其它元素研究较少，其主要原因，这两个元素可用作核燃料，安全操作也比较容易。
钍和铀的年使用量以成吨计 Pa，Np，Pu，Am的使用量是以克计，价值昂贵。
从Cm以后使用量逐渐减少，Cm是以毫克计 到Fm(Z＝100)则以微克
金属钍在新切开或磨亮时显银白色，但在大气中逐渐变暗，它像镧系金属一样，是活泼金属，粉末状钍在空气中能着火。 钍能与沸水反应
500K与氧反应 1050K时与氮反应。
稀HF，稀HNO3、稀硫酸和浓HCl或浓磷酸与钍作用缓慢，浓硝酸能使钍钝比。 钍主要用于原子能工业，因为钍—232被中子照射后可蜕
(3)硝酸钍•硝酸钍是最普通的钍盐，也是制备其它钍盐的原料，将二氧化钍的水合物溶于硝酸，得硝酸钍晶体。 由于条件不同，所含的结晶水也不同。 更要的硝酸盐为Th(NO3)·5H2O，它易溶于水、醇、酮和酯中。 在钍盐溶液中，加入不同试剂，可析出不同沉淀，最重要的沉淀有氢氧化物、过氧化
(2)硝酸铀酰(或硝酸铀氧基)•将铀的氧化物溶于硝酸，由溶液可析出柠檬黄色的六水分硝酸铀酰晶体UO2(NO3)2·6H2O，它带黄绿色荧化，在潮湿空气中变潮。 易溶于水、醇和醚、UO22+离子在溶液中水解，在298K时其水解产物为UO2OH+、（UO2）2(OH)22+和（UO2）3(OH)5+。
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