Lanthanide
从镧到镥的15种金属元素，填充4f轨道。
镧系元素是一组15种金属元素，原子序数从57到71，涵盖镧到镥。在元素周期表中，前14种元素（直到镱）填充4f轨道。镥（元素71）是d区元素和过渡金属，但由于其行为与其他元素高度相似，通常仍被归为镧系元素。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）正式推荐使用"lanthanoid"（镧系元素）这一名称（包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu），因为后缀"-oid"更能体现与镧的相似性，而"-ide"通常用于表示阴离子。尽管如此，"lanthanide"（镧系元素）仍是常用术语。在镧系化学讨论中，非正式符号Ln用于指代该组中的任意元素。除一种外，所有镧系元素均为f区元素，对应4f电子层的填充。术语"稀土元素"或"稀土金属"通常包括稳定的第3族元素钪、钇和镥，以及4f元素。每种镧系元素都能形成三价阳离子Ln³⁺，其化学性质主要由从镧到镥离子半径的逐渐减小所主导。部分元素还能呈现+2或+4氧化态。在元素周期表布局中，f区元素通常被置于主表下方的两行——这一惯例源于美观和排版便利。宽格式周期表虽不常用，但会将4f和5f系列插入第六和第七周期的适当位置。术语"lanthanide"由维克多·戈尔德施密特于1925年引入。尽管这些元素实际储量丰富，但其名称反映了"难以捉摸"的含义，源自希腊语lanthanein，意为"隐藏"。这指的是这些元素在矿物中彼此"隐藏"。该名称源自1838年首次发现的镧，它本身是一种"隐藏"在铈矿物中的新稀土元素。讽刺的是，镧后来成为一系列化学性质相似元素中的第一个，并赋予了该组名称。由于"lanthanide"意为"像镧"，有人认为镧本身在逻辑上不能是镧系元素，但IUPAC基于常用用法将其包含在内。镧系元素的性质源于其电子层的填充方式：最外层
Quick Facts
- Atomic numbers
- 57–71
- Elements
- La
- Ce
- Pr
- Nd
- Pm
- Sm
- Eu
- Gd
- Tb
- Dy
- Ho
- Er
- Tm
- Yb
- Lu
- Common oxidation state
- +3
- Term origin
- Greek λανθανειν (lanthanein), 'to lie hidden'
- Iupac recommended name
- lanthanoid
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背景与渊源
IUPAC推荐使用名称'lanthanoid'，因为后缀'-ide'更常用于阴离子，而'-oid'表示与家族成员的相似性，但'lanthanide'仍为常用。镧系元素从镧到镥逐步填充4f电子层，其中镥是d区元素。其化学性质以+3氧化态为主，所有元素均形成三价阳离子Ln³⁺。离子半径从镧到镥逐渐减小（镧系收缩），这是由于4f电子对5s和5p电子的屏蔽效应较差。部分镧系元素还能形成+2和+4氧化态，但只有Ce(IV)和Eu(II)在水溶液中稳定。在元素周期表中，f区元素通常以主表下方两行的形式展示，这是出于美观和排版实用性。一种很少使用的宽格式表格会将它们插入第六和第七周期的适当位置。镧系元素是软金属；其硬度沿系列递增。铕的密度最低且金属半径最大，而钆在16°C以下具有铁磁性。
阅读指南
镧系元素因其独特的电子、磁性和光学性质而具有重要意义，这些性质源于4f轨道的逐步填充。其化学性质主要由+3氧化态和镧系收缩决定，后者影响离子半径和成键。它们是强还原性金属，还原电位与碱土金属相似。镧系元素中的f→f跃迁产生微弱且狭窄的光谱，使其配合物的颜色比过渡金属配合物更淡。其磁矩最高可达7个未配对电子，导致大多数镧系元素具有强顺磁性。术语'稀土元素'通常包括钪、钇和镥，以及4f元素。尽管名称如此，镧系元素在地壳中并不稀有。其应用源于电子、电学、光学和磁性方面的细微差异，由于溶解度差异极小，纯化需要反复使用溶剂和离子交换方法。镥是否应被归为镧系元素曾受到质疑，因为它是d区元素，但其行为与其他14种元素相似。