镧系元素的第一电离能在600kJ×mol-1左右，第二电离能在1.2MJ×mol-1左右，与金属钙的相近。其标准电极电位从电对La3+/La的-2.52V均匀地增加到电对Lu3+/Lu的-2.25V。
镧系元素呈现的氧化态如表11.2所示，这些金属都易形成Ln3+离子，显然这是由于在固态时电离能和晶格能的共同影响，有利于Ln3+离子晶体的生成。而在水溶液中，其电离能和水合能共同影响有利于Ln3+水合离子的形成。此外，Sm2+、Eu2+和Yb2+离子虽能存在于水溶液中，但它们是强还原剂。Ce4+离子能在水溶液中存在，但它是强氧化剂。已分离出的十2或十4氧化态的固态化合物只有Pr、Nd、Tb、Dy和Tm所形成的(表11.2)。这两种氧化态的生成通常与Ce4+、Er2+和Yb2+这样一类离子所分别形成的f0、f7或f14的电子构型有关。
表11.2
氧化态和电子构型
|
元素 |
+2 |
+3 |
+4 |
|
La |
|
都 形 成 Ln3+ 离 子 |
|
|
Ce |
CeCl2(4f2) |
Ce4+(4f0) |
|
|
Pr |
|
PrO2(4f1) |
|
|
Nd |
NdI2(4f4) |
Cs3NdF7(4f2) |
|
|
Sm |
Sm2+(4f6) |
|
|
|
Eu |
Eu2+(4f7) |
|
|
|
Gd |
|
|
|
|
Tb |
|
TbF4(4f7) |
|
|
Dy |
|
Cs3DyF7(4f8) |
|
|
Ho |
|
|
|
|
Er |
|
|
|
|
Tm |
TmI2(4f13) |
|
|
|
Yb |
Yb2+(4f14) |
|
|
|
Lu |
|
|