鑭系金屬

鑭系元素（lanthanide element）是元素周期系ⅢB族中原子序數為57～71的15種化學元素的統稱。由於鑭系元素都是金屬，所以又稱鑭系金屬。鑭系金屬具有銀白色或灰色光澤，質地比較軟，具有延展性，活潑性很強，包括鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥，鑭系元素用符號Ln表示。

基本介紹

• 中文名：鑭系元素
• 外文名：lanthanide element
• 特點：銀白色或灰色光澤等
• 化學性質：比較活潑

定義

鑭系元素（lanthanide element）是元素周期系ⅢB族中原子序數為57～71的15種化學元素的統稱。由於鑭系元素都是金屬，所以又稱鑭系金屬。鑭系金屬具有銀白色或灰色光澤，質地比較軟，具有延展性，活潑性很強。所有鑭系元素既能生成化學性質類似的三價化合物，個別鑭系元素也能生成比較穩定或不很穩定的四價或二價化合物，所以15個元素的化學性質並不完全相似，在光學、電磁學等物理性質也有較大的差別。

由於鑭系元素都是金屬，所以又稱鑭系金屬。鑭系元包括鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥，它們都是稀土元素的成員。鑭系元素用符號Ln表示。鑭系元素和錒系元素統稱為f區金屬。

來源

前四種錒系元素錒、釷、鏷、鈾存在於自然界。鎿至鐒11種錒系元素則全部用人工核反應合成（鎿、鈽在含鈾礦物中也有發現，但其量極微），合成的方式有在反應堆或核爆炸中輻照重元素靶及在加速器上用帶電粒子轟擊重元素靶等。

物理性質

鑭系金屬具有銀白色或灰色光澤，質地比較軟，具有延展性並具有順磁性。鑭系金屬的活潑性很強，其活潑性僅次於鹼金屬和鹼土金屬，比Al和Zn都強。由於鑭系金屬性質活潑，所以在空氣中能與O2反應生成氧化物。在高溫時，鑭系金屬可與鹵素、N2、C、S等非金屬反應，生成相應的鹵化物、氮化物、碳化物和硫化物。Ln金屬隨原子序數的增大而金屬活潑性稍有減弱，但它們都是很強的還原劑。

標準電極電位表明，鑭系金屬元素的j°(Ln3+/Ln)隨原子序數的增大而逐漸減小，但都低於-1.99 V，足見其金屬活潑性之強。鑭系金屬能與H2O反應，尤其是與熱水反應較劇烈，同時放出H2。如果與稀酸反應，則更易放出H2。由j°(Ln3+/Ln)數據還可看出，Ln中Eu和Yb的一些性質與其它成員相比顯得較為突出。正如它們的原子半徑在這兩個元素出現兩個峰值一樣，Eu和Yb的j°(Ln3+/Ln)和（I1+I2+I3）也與整個變化趨勢不一致，也呈兩個相對較高的值；而密度和熔點則突出地較低。如果用這些數據對原子序數作圖，則在Eu和Yb處將出現兩個峰值或谷值。這一現象應與Eu和Yb分別具有4f76s2和4f146s2的穩定價層電子構型有關。

化學性質

鑭系元素的化學性質比較活潑。新切開的有光澤的金屬在空氣中迅速變暗，表面形成一層氧化膜，它並不緊密，會被進一步氧化，金屬加熱至200～400℃生成氧化物。金屬與冷水緩慢作用，與熱水反應劇烈，產生氫氣，溶於酸，不溶於鹼。金屬在200℃以上在鹵素中劇烈燃燒，在1000℃以上生成氮化物，在室溫時緩慢吸收氫，300℃時迅速生成氫化物。鑭系元素是比鋁還要活潑的強還原劑，在150～180℃著火。鑭系元素最外層（6S)的電子數不變，都是2。而鑭原子核有57個電荷，從鑭到鑥，核電荷增至71個，使原子半徑和離子半徑逐漸收縮，這種現象稱為鑭系收縮。由於鑭系收縮，這15種元素的化合物的性質很相似，氧化物和氫氧化物在水中溶解度較小、鹼性較強，氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽易溶於水，草酸鹽、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽難溶於水。

電子構型

鑭系元素的外層和次外層的電子構型基本相同，電子逐一填充到4f軌道上。鑭系元素也屬於過渡元素，只是鑭系元素新增加的電子大都填入了從外側數第三個電子層（即4f電子層）中，所以鑭系元素又可以稱為4f系。為了區別於元素周期表中的d區過渡元素，故又將鑭系元素（及錒系元素）稱為內過渡元素。鑭系元素原子基態的電子構型是4f0~145d0~16s2。

爭論

鑥（Lu）是否屬於鑭系元素有爭論。最近的色譜分析顯示，鑥和鐒應屬於IIIB族，而非鑭系和錒系。但為了方便敘述，現今仍習慣將其與鑭系合稱。參見錒系元素中關於鐒的地位的爭論。