稀土化学2省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

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稀土元素自由原子和离子体系能量


由n和l(n为主量子数，l为角量子数)所决定一个原子(或离子)中电子排布方式，称为电子组态。电子组态用符号nlan′l′b…来表示，a和b分别代表占据能量εnl和εn′l′单电子状态电子数。
比如镧一个电子组态1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d16s2，表示占据能量为ε1s单电子状态电子数为2，占据能量为ε2s单电子状态电子数为2，占据能量为ε2p单电子状态电子数为6等。
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电子组态
结构原理:多电子原子中电子在轨道上排布规律称为“结构原理”。 基态原子电子在原子轨道中填充排布次序通常为：
ls， 2s，2p， 3s，3p， 4s，3d，4p， 5s，4d，5p， 6s，4f，5d，6p， 7s，5f，6d … …
据此可写出大多数原子基态电子组态。在一些特殊情况下，上述填充排布次序稍有改变。
结构原理图示以下, 这也是元素周期律基础。
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IA-IIA IIIA-VIIIA IIIB-VIIIB La系 周期
IB-IIB Ac系
7
6
5
4
3
2
1
4f
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
6d
5d
4d
3d
5f
核外电子填充顺序图
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镧系元素自由原子基态电子组态
依据能量最低原理，镧系元素自由原子基态
电子组态有两种类型：
[Xe]4fn6s2和[Xe]4fn-15d16s2
其中[Xe]＝1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6。
La后其它元素，电子填充4f轨道，两种情
况4fn-15d16s2 ；4fn6s2
ШB族基态价电子层结构
21 Sc 3d14s2 1s22s22p63s23p63d14s2
39 Y 4d15s2 1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
57 La 5d16s2 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d16s2
89 Ac 6d17s2
遵照洪特规则，即等价轨道全充满、半充满或全空状
态比较稳定。
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稀土元素原子核外电子分布（电子构型）
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稀土元素价电子层结构和氧化态
原子
序数
符号
原子价电子层
结构
氧化态
RE2+
RE3+
RE4+
21
39
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
Sc
Y
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
3d14s2
4d15s2
5d16s2
4f15d16s2
4f36s2
4f46s2
4f56s2
4f66s2
4f76s2
4f15d16s2
4f96s2
4f106s2
4f116s2
4f126s2
4f136s2
4f146s2
4f145d16s2
—
—
—
4f2
—
4f4
—
4f6
4f7
—
—
—
—
—
4f13
4f14
—
[Ar]
[Kr]
[Xe]
4f1
4f2
4f3
4f4
4f5
4f6
4f7
4f8
4f9
4f10
4f11
4f12
4f13
4f14
—
—
—
[Xe]
4f1
4f2
—
—
—
—
4f7
4f8
—
—
—
—
—
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-1d1s2组态近似相对位置
排布原理：



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氧化态
通常是+3，也有+2，+4。
17个稀土元素原子最外两层电子结构相同，与其它元素化合时，先失去最外层S2d1电子，无d电子时失去一个f电子，所以通常为“+3价”。
镧系元素全部都能形成稳定+3氧化态。
一些RE有+2价（S m 、E u 、Y b），+4价（Ce 、Pr 、Tb），也遵照洪特规则。
变价也有动力学、热力学原因。
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La3+(4f0), Gd3+(4f7) 和 Lu3+(4f14) 处于稳定结构，取得 +2 和 +4 氧化态是相当困难；
Ce3+(4f1) 和 Tb3+(4f8) 失去一个电子即达稳定结构，因而出现 +4 氧化态；
Eu3+(4f6) 和 Yb3+(4f13) 接收一个电子即达稳定结构，因而易出现 +2 氧化态 。
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