§8.4 稀土元素化学

　　8.4.1稀土元素的原子结构与性质的关系

　　1.稀土元素

　　稀土元素是指周期表中ⅢB族的钪、钇和镧系元素（Ln），共17种元素，用符号RE表示。按原子的价电子层结构和物理化学性质，可将17种元素分成铈组稀土（轻稀土）和钇组稀土（重稀土）。铈组稀土包括Sc,La,Ce,Pr, Nd, Pm, Sm, Eu；钇组稀土包括Gd、Tb、Dy、Ho、Er、TM、Yb、Lu和Y。

　　　　　　　　　　　　稀土元素的电子构型和原子、离子半径
　　
　　2.稀土原子的价电子层结构与性质的关系

　　稀土原子的价电子层结构比较复杂。钪和钇遵循原子构造原理，其价电子层结构分别为3d14s2和4d15s2。57～71号的镧系原子出现反常，它们的价电子层结构不是从4f16s2到4f146s2，其中57La、58Ce、64Gd和71Lu原子的价电子层结构中出现5d1。
　　稀土原子的价电子层结构具有下列3个明显的特点：
　　（1)最外层是ns2电子，与周期表中s区元素的价电子层结构相似，因此稀土元素是金属元素，稀土金属是活泼金属。由标准电极电势E0-可知，稀土金属不论在酸性还是碱性介质中都是强还原剂，它们的还原能力仅次于碱金属和碱土金属。

　　(2)次外层是(n－1)d0～1(n－1)s2(n－1)p6结构。当稀土原子失去ns2和(n－1)d电子呈＋3价态的RE3+离子时，这种离子具有稳定的(n－1)s2(n－1)p6 8电子结构。因此，稀土元素的主要化合价是＋3价，这与它们在周期表中的位置相符合。

　　(3)次次外层是4f0～14(Sc和Y除外）。由于当4f轨道接近和处于全满、半满或全空状态时结构稳定，使镧系元素的化合价除了+3价外，还有+4和+2较稳定的价态。例如，Ce常表现为+4价态，因为Ce4+为4f0电子组态；Pr,Tb,Dy也可表现为＋4价态，Pr4+为4f1，Tb4+为4f7，Dy4+为4f8。Sm, Eu, Tm和Yb常表现为＋2价态，因为Sm2+为4f6, Eu2+为4f7, Tm2+为4f13,Yb2+为4f14。由于4f电子的不完全屏蔽引起镧系收缩，即镧系元素的原子半径和离子半径其总趋势是随着原子序数的增大而减小的现象。镧系收缩的结果之一是使钇（Y3+）的离子半径落在Er3+之后，Sc3+离子半径接近La3+，致使Y和Sc成为稀土成员。其二是使Zr和Hf, Nb和Ta,Mo和W,Tc和Re,轻铂系和重铂系各对原子半径和离子半径极为接近。


　　　　　　　　　　 {多媒体--光敏性高分子材料.rm}