f区元素

,第六节 f区元素,镧系,锕系,f区的位置,f区元素包括镧系元素和锕系元素。镧系元素用符号Ln表示，锕系元素用符号An表示，它们属于周期系族元素。由于这些元素的最后1个电子是填充在（n-2）f亚层上的，所以又称之为内过渡元素。它们被排列在长式周期表的下方。,一、原子结构和元素性质,价层电子组态通式： 4f 5d 6s,！随着Ln原子序数的增大，核电荷依次增加，而增加的电子依次填充在f亚层上。又由于4f和5d的能量十分接近，当电子在能级相近的轨道上填充时，以全充满、半满或全空的状态排布比较稳定。所以电子填充时有所变动，出现57、58号等元素的情况。,014 01 2,镧系,咦？为什么57号、58号、64号、71号元素的价层电子结构有点不一样？,元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称，连同钇、钪同称为稀土元素。,原子半径和离子半径,由图可看出，随着Ln原子序数的增大，Ln原子半径和离子半径缓缓减小。这种现象称为镧系收缩。,！因为63号元素铕（Eu）和70号元素镱（Yb）具有稳定的半充满（4f 6s ）和全充满（4f 6s )的组态，对核电荷的屏蔽作用较大，因而使原子半径明显增大。,7 2,14 2,点解63号和70号元素的原子半径大这么多？,形成原因：这种镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增大而逐渐减小的现象称为镧系收缩。这是因为4f电子对核的屏蔽作用不如内层电子，因此随着原子序数增加，有效核电荷增加，核对最外层电子的引力增强，使得原子半径和离子半径逐渐减小。影响：镧系收缩是无机化学中的一个重要现象。由于镧系收缩，使得周期系第二过渡系和第三过渡系元素的原子半径、以及离子半径十分接近，39号元素Y3+半径落在68号元素Er3+的半径之后，使得钇（Y）成为稀土元素的一员。结果：使Ln3+的性质极为相近，化合物的分离困难。,镧系收缩,离子的颜色,金属活泼性,镧系金属为银白色金属，比较软，有延展性，但抗拉强度低。镧系金属的活泼顺序，从La到Lu递减，但差距较小，金属活泼性相似。它们的活泼性仅次于碱金属和碱土金属。当它们与潮湿空气接触时易被氧化而变色。因此，镧系金属应在隔绝空气条件下保存，可保存在煤油里。,氧化态,+3氧化态是所有镧系元素的特性。有些镧系元素还表现出+2或+4氧化态，但一般 都没有+3氧化态稳定。,镧系元素重要化合物,1、氧化物 镧系元素都能生成M2O3氧化物，有很高稳定性。都为碱性氧化物，难溶于水，易溶于酸。熔点高，多用于制造耐火材料、光学玻璃，用于玻璃抛光剂和着色剂。,2、氢氧化物 碱性与碱土金属氢氧化物接近，溶解度很小。,3、常见的盐 主要有氯化物、硝酸盐、硫酸盐和草酸盐等，氯化物、硝酸盐和硫酸盐易溶于水，草酸盐难溶。,4、配合物 形成配合物能力不像过渡元素那样突出，与钙、钡相似。镧系金属离子属于硬酸，与属于硬碱的配位原子（如F、O、N等）易形成较稳定的配位键。,常见药品,碳酸镧,（La2(CO3)34H2O）适用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症。,药理作用：本品在上消化道的酸性环境下解离，与食物中的磷酸盐结合形成不溶性的磷酸镧复合物以抑制磷酸盐的吸收，从而降低体内血清磷酸盐和磷酸钙的水平。为了更有效地结合食物中的磷酸盐，本品宜随餐或在餐后立即服用。,烧伤宁,对绿脓杆菌和大肠杆菌具有强大的抑制作用，并具有收敛作用，可使创面干燥、结痂，促进愈合。,适用于烧伤病人的创面治疗。,磺基水杨酸,具有很好的镇痛、镇静与解热作用,锕系,是周期系B族中原子序数为89103的 15种化学元素的统称，都是放射性元素 。前4种元素锕、钍、镤、铀存在于自然界中，其余11种全部用人工核反应合成。铀以后的原子序数为93109的17 种元素称为超铀元素。,电子层组态,锕系元素的价电子构型与镧系元素相似，出现了5fn7s2和5fn-16d17s2(锕和钍无5f电子) 两种价电子构型。,原子半径和离子半径,锕系元素An3+的最外层电子是已填满的6p层，随着原子序数逐渐增加，电子进入5f层，而5f电子对原子核的屏蔽作用比较弱，不能完全屏蔽增加的核电荷，使有效核电荷增加，因而产生与镧系收缩相似的锕系收缩。锕系收缩一般比镧系收缩得大一些。,氧化态,单质和化合物的性质,锕系元素具有银白色光泽，外观像银，都是反射性元素，在暗处遇荧光物质能发光。,锕系元素都是金属，与镧系元素一样，化学性质比较活泼。它们的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐可溶于水，氢氧化物、氟化物、硫酸盐、草酸盐不溶于水。,大多数锕系元素能形成配位化合物。,衰变和自发裂变是锕系元素的重要核特性，随着原子序数的增大，半衰期依次缩短，铀238的半衰期为44.68亿年；铹260的半衰期只有3分钟。锕系元素的毒性和辐射（ 特别是吸入人体内的辐射体）的危害较大，必须在有防护措施的密闭工作箱中操作这些物质。,钍,铀,锕系医疗用途,38Pu已用作心脏起搏器和人造器官如心脏和肾脏中的功能单元。通常用的化学电池起搏器的寿命少于2年，而238Pu作能源的核动力起搏器的寿命远超过10年，因此减少了患者更换起搏器电源的痛苦。,在医学领域内，考虑到锕系特别是铀后核素的高毒性，无论在疾病诊断或治疗上的应用都受到了严格的限制。因此，通常仅限于用封闭源作放射治疗，或有选择地使用。而且，锕系尤其是铀后元素获取不易（如全世界每年只能生产几十克的锎），价格普遍比较昂贵。,中