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2005级元培计划实验班“普通化学”课程教案

课程名称：普通化学

授课人：严纯华

授课对象：2005级元培计划实验班

教学内容：第12章第5节——稀土元素化学

授课时间：1课时(50分钟)

知识要点：(1)稀土元素及其离子的电子结构

(2)稀土元素的独特化学性质

(i)镧系收缩

(ii)四分组效应

教案详细摘要

在我们所熟悉的元素周期表中，有一个独特的元素家族——第57至71号镧

系元素。稀土就是由镧系元素以及与之同族的钪、钇共17个元素所组成的元素家

族。由于稀土矿物在自然界“稀少”且颜色似“土”，因此得名为“稀土”。仅从

元素的数目来看，稀土元素约占总元素数量的15%，可想而知其重要性；稀土元

素更因具有独特的4f亚层电子结构、大的原子磁矩、强的自旋-轨道耦合、多变的

配位数和晶体结构，因而具有十分丰富的光、电、磁等性质，在现代科技、高新

技术产业及与人类生活密切相关的各方面得到了广泛应用，特别是在磁学和光学

等高新技术材料中，稀土元素的作用是其它元素不可替代的。因此，美国和日本

等发达国家均将除Pm以外的16种稀土元素列为“二十一世纪的战略元素”，加

战略储备和重点研究。

我国稀土资源拥有量世界第一，且矿藏分布广、元素品种齐全。学习和了解

稀土知识，不仅是普通化学学习的需要，更是学科发展和国家目标需求。本节将

简要介绍稀土元素的发现、稀土科学的发展历史，要求学生重点掌握稀土元素及

其离子的电子构型和主要性质，特别是镧系收缩和四分组效应等稀土独有的化学

性质。

一、稀土的发现和稀土科学的发展

1、稀土发现简史

1

稀土科学的发展历史是人类认识世界的一个缩影。

稀土元素因其性质相近，在自然界往往共生。1787年，在瑞典斯德哥尔摩郊

区的一个村庄伊特比(Ytterby，位于斯德哥尔摩东北约30公里)发现了一种新矿物。

1794年，芬兰化学家约翰加多林(JohanGadilin，1760-1852)在这种新矿物中发现

了一种新元素，并将其命名威钇土(意即钇的氧化物)。从此拉开了人类研究和利用

稀土的新纪元。最后一个被发现的元素是钷，它是从原子能反应堆用过的铀燃料

中被分离获得的。

表15-5-1稀土元素的发现及命名之原由

元素名称发现年发现者命名之缘由a)

钪Scandium(Sc)1879L.F.NilsonNilson的故乡Scandinavia

钇Yttrium(Y)1794J.Gadolin地名，Ytterby

镧Lanthanum(La)1839K.G.Mosander“隐藏”在铈中，“隐藏”之意

M.H.Klaproth纪念1801年发现的小行星谷神星

铈Cerium(Ce)1803J.J.Berzelius

(Ceres)

W.Hisinger

b)

镨Praseodymium(Pr)1885K.G.Mosander“绿色的吉吉姆”之意

钕Neodymium(Nd)1885K.G.Mosander“新吉吉姆”之意