镧系元素的性质及其变化规律.ppt

四 镧系激光 激光是电子受激跃迁到高能级，然后辐射出来的相位、频率、方向等完全相同的光，它的特点是颜色很纯,即波长单一,能量高度集中。激光的用途很广，可用于材料加工、医疗、精密计量、测距、同位素分离、催化、引发核聚变、大气污染监测、军事技术等各个方面。 左图示出钕钇铝石榴石晶体中Nd3+的能级,A、B、C、D、E、F是Nd的吸收谱带,λ1、λ2、λ3是辐射谱线,其中λ2几率最大。 当光源照射在钕钇铝石榴石上时，原来处于基态 4I9/2 能级上的电子吸收能量后被激 发到4F3/2及其上方各能级之上，在这些能级中，平均寿命为10－9s，唯4F3/2的寿命约为2.3×10－4s。寿命较短的激发态分别快速地通过无辐射跃迁而集中到4F3/2能级之上(无辐射跃迁放出的能量以热能方式转移给Nd3+周围的基体晶体),然后再由4F3/2集中向下跃迁，这种跃迁既可以到4I13/2、4I11/2，也可到4I9/2，但到4I11/2的几率最大。这样，瞬间就得到了强度很大、波长一定、位相相同的激光光束。 五 镧系荧光 所谓荧光是指物质受光照射时所发出的光。照射停止发光也停止。 参见左图Eu3＋的能级了解荧光的发光机理。 首先是外来光使基质激发。然后是基质将能量传递给Eu3+的基态7F0使其跃迁到激发态5D1、5D0。最后由5D1和5D0回跃到7FJ(J=0,1,2,3,4,5)发出各种波长的荧光。波长范围从530～710 nm。 这种跃迁是量子化的，因而都应是线状光谱，强度不同，综合起来显示红色。 下面是一些稀土荧光材料所显示的荧光： 红：铕激活的氧化钇基质 蓝：铕激活的硅酸盐基质 铕激活的磷酸盐基质 铕激活的锆酸盐基质 铕激活的钡、镁、铝酸盐基质 绿：铽激活的磷酸盐基质 铽激活的硅酸盐基质 铽激活的铈、镁、铝酸盐基质 E 2 1 0 8 镧系元素的磁学性质 已经知道：原子、离子或分子的磁效应来自电子的轨道运动和自旋运动，其磁性是轨道磁性和自旋磁性的组合，轨道磁性由轨道角动量L决定，自旋磁性由自旋角动量S产生。 ?＝g 其中J为总角动量，g为朗德因子： 对f n离子，当n≥7时，J＝L＋S；n?7时，J＝L－S 对于d区第一过渡元素，其轨道对磁性的贡献往往被作为环境的配体的电场的相互作用所抵消，致使其磁矩很符合简单自旋磁矩的计算公式。 ?＝g ＝2 其中g约等于2 对于镧系离子，由于4f电子能被5s和5p电子很好地屏蔽，所以4f电子在轨道中的运动的磁效应不能被抵消，计算磁矩时应同时考虑轨道运动和电子自旋两个方面的影响。 g＝1＋ * 镧系元素的性质 及其 性质变化规律性 镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 镧系元素的价电子层结构 原子半径和离子半径 Ln3＋离子的碱度 氧化态 镧系元素化合物的一些热力学性质 镧系元素的光学性质 镧系元素的磁学性质 镧系元素的放射性 1 镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化 是中子，在基态时总以自旋相反配对存在，由于原子序数为偶数的元素能满足这种自旋相反配对的要求，因而能量较低，所以就特别稳定，既然该核特别稳定，那么它在地壳中的丰度就大。 稳定的原子核，吸收热中子后仍然很稳定，反之，奇原子序 数的核本身不稳定，吸收热中子后变得更不稳定，所以吸收热中子的数目有限。 原子序数是原子核内质子数的代表，偶原子序数的元素意味着核内质子数为偶数。已经知道，核内无论是质子还 左图显示出镧系元素在地壳中的丰度随原子序数的增加而出现奇偶变化的规律：原子序数为偶数的元素，其丰度总是比紧靠它的原子序数为奇数的大。 除丰度之外, 镧系元素的热中子吸收截面也呈现类似的奇偶变化规律性。 奇偶变化 下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。 2 镧系元素的价电子层结构 镧系元素气态原子的4f轨道的充填呈现两种构型,即4fn－