鑭系元素是第57号元素镧到71号元素镥(或称镏)共15种化學元素的统称。[1][2][3]镧系元素位於元素週期表第6週期的鋇與鉿之間,位於錒系元素上方,但通常為了避免週期表形狀過寬影響觀看,而將鑭系和錒系元素移至週期表下方獨立列出。[1]镧系元素可用符号Ln來表示。[4]
除了屬於d區的鎦之外,所有鑭系元素都是f區元素,鑭系元素原子基态的电子排布是4f0~145d0~16s2,其原子的外层和次外层的电子排布基本相同,新增加的电子則大都填入从外侧数進來的第三个电子层(即4f电子层)中,所以镧系元素又可以称为4f系。由于镧系元素都是金属,故可和锕系元素统称为f区金属。为了区别于周期表中的d区过渡元素,故又将镧系元素及锕系元素合称为内过渡元素。
鑭系元素和3族的釔、鈧兩元素合稱為稀土元素,這些元素原子外层的电子排布基本相同,都傾向形成+3價的陽離子,故彼此之間具有非常相似的化學性質,經常在礦物中共生存在,難以相互分離,再加上它們在地殼中的分布相當分散,造成開採上的困難,故稱作「稀土」。由於鑭系元素的价电子排布高度相同,它們物理和化學性質的相異性主要透過原子半徑的差異來展現,鑭系收縮現象使得鑭系元素的熔點、硬度、密度和金屬活動性等性質隨著原子序的漸增而有趨勢性的變化。此外,由於電子排布的差異,雖然所有镧系元素都能形成化学性质类似的+3价化合物,个别镧系元素如鈰、釤、銪、鐿等也能生成稳定性不一的+2价或+4价化合物,所以15个鑭系元素之間的化学性质并不完全相同。此外每個鑭系元素在光学、电磁学等物理性质方面也有各自的特殊性。
由於鎦在週期表中屬於d區,而其他鑭系元素位於f區,因此有人認為鎦應該是過渡金屬而非鑭系元素。[5][6]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議,以及有關3族元素定義的爭論。
- ^ 1.0 1.1 Gray, Theodore. The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. 2009: 240. ISBN 978-1-57912-814-2.
- ^ Lanthanide 互联网档案馆的存檔,存档日期11 September 2011., Encyclopædia Britannica on-line
- ^ Holden, Norman E.; Coplen, Tyler. The Periodic Table of the Elements. Chemistry International. January–February 2004, 26 (1): 8. doi:10.1515/ci.2004.26.1.8 .
- ^ https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4614-1533-6_153. [1 March 2023]. (原始内容存档于2023-03-01).
- ^ Jensen, William B. The positions of lanthanum (actinium) and lutetium (lawrencium) in the periodic table: an update. Foundations of Chemistry. 2015, 17: 23–31 [28 January 2021]. S2CID 98624395. doi:10.1007/s10698-015-9216-1. (原始内容存档于16 August 2021).
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Scerri, Eric. Provisional Report on Discussions on Group 3 of the Periodic Table. Chemistry International. 18 January 2021, 43 (1): 31–34. S2CID 231694898. doi:10.1515/ci-2021-0115 .