主要区别 - d 与 f 块元素

化学元素是任何不能被化学方法分解或改变的材料。已知的化学元素有 118 种。这些化学元素是物质的基石。所有化学元素都按原子序数递增的顺序排列在元素周期表中。元素周期表中还有四组元素：s块、p块、d块和f块。元素根据它们的电子配置分为这些组。例如，s 块元素的最外层电子位于 s 轨道中。 p 块元素的最外层电子位于 p 轨道中。 d 块元素和 f 块元素之间的主要区别在于 d 块元素是电子填充到其 d 轨道的化学元素，而 f 块元素是电子填充到其 f 轨道的化学元素。

涵盖的关键领域

1.什么是d块元素 – 定义、化学性质 2.什么是f块元素 – 定义、化学性质、镧系元素和锕系元素 3. d 和 f 块元素有什么区别 – 主要差异的比较

关键术语：锕系元素、Aufbau 原理、d 块、电子配置、f 块、内部过渡元素、镧系元素、轨道、周期表

什么是 d 块元素

d 块元素是电子填充到其 d 轨道的化学元素。元素成为 d 块元素的第一个要求是存在 d 轨道。在其 d 轨道中具有至少一个电子的元素被归类为 d 块元素。元素周期表的d区位于s区和p区之间。

关于 d 块元素的一个重要事实是它们具有部分或完全被电子填充的 d 轨道。根据 Aufbau 原理，电子按照轨道能量的升序填充轨道。换句话说，电子在填充 (n-1) d 轨道之前填充 ns 轨道。这是因为 ns 轨道的能量低于 (n-1) d 轨道。在元素周期表第一行的元素中，电子先填充 4s 轨道，然后再填充 3d 轨道。

图 1：元素周期表的四个主要族群

但也有一些例外。尽管能级较低，但有时电子会以最稳定的电子配置填充轨道。例如，ns¹nd¹⁰ 配置比ns稳定²nd⁹.这是由于 d 轨道完全填充的稳定性。这两个例子如下所示。

铬 (Cr) = [Ar]3d⁵4s¹

铜 (Cu) = [Ar]3d¹⁰4s¹

所有 d 块元素都是金属。由于它们牢固的金属键，它们显示出非常高的熔点和沸点。与 s 和 p 嵌段元素相比，原子半径的减小是轻微的。此外，由于金属性质，密度非常高。由于 d 电子的存在，d 块元素显示出不同的氧化态。

什么是 f 块元素

f 块元素是电子填充到其 f 轨道的化学元素。 f 块在元素周期表中作为一个单独的组显示在元素周期表的底部。那是因为它们有电子填充了被其他轨道屏蔽的 f 轨道；因此，f 块元素被称为“内部过渡元素”。 f 块在元素周期表中的真实位置在 s 块和 d 块之间。这些元素被称为稀有元素，因为这些元素中的大多数在地球上很少发现。

有两个系列的 f 块元素命名为，

这两个系列是根据系列开始的元素命名的。镧系元素在镧 (La) 之后立即开始，锕系元素系列从锕 (Ac) 开始。所有镧系元素和锕系元素都是金属。

图 2：镧系元素和锕系元素

镧系元素

镧系元素包含 14 种元素，紧接在镧之后。因此，该系列与镧一起共包含 15 种元素。该系列的原子序数为57～71，被称为“第一内跃迁系列”。镧系元素属于 4f 系列，因为这些元素的电子填充到 4f 轨道。但是，镧有一个完全空的 f 子壳；因此，从铈 (Ce) 到镥 (Lu) 的元素被认为是镧系元素。

这些元素的 4f 电子被其他轨道完全屏蔽，不参与任何化学键合。镧系元素是银白色金属，是热的良导体。具有完全或半填充 f 轨道的元素比系列中的其他元素稳定。

镧系元素显示的最稳定的氧化态是+3。一些元素也显示 +2 和 +4 氧化态，但它们不稳定为 +3 氧化态。镧系元素具有高反应性，可以与氢、氧、碳等元素发生反应。

镧系元素形成的几乎所有离子都是无色的。镧系元素是带正电的元素。因此，他们更喜欢形成具有电负性元素的分子。但是，在整个系列中，化学和物理性质的变化非常少。

锕系

锕系元素是可以在元素周期表中 f 区的锕系元素系列中找到的化学元素。由于其不稳定的性质，所有锕系元素都是放射性元素。这些元素由非常大的原子组成。锕系元素的价电子位于 5f 轨道。锕系由原子序数为 89 至 103 的化学元素组成。

地球上最常见和最丰富的锕系元素是铀和钍。它们具有弱放射性并在放射性衰变过程中释放高能量。锕系元素中突出的氧化态是+3。此外，锕系元素显示出+4、+5 和+6 等氧化态。

锕系元素形成碱性氧化物和氢氧化物。它们能够与配体如氯化物、硫酸盐等形成络合物。大多数锕系元素的络合物是有色的。然而，由于放射性和重金属行为，锕系元素被认为是有毒化合物。

d 和 f 块元素之间的差异

定义

d 块元素： d 块元素是电子填充到其 d 轨道的化学元素。

f 块元素： f 块元素是电子填充到其 f 轨道的化学元素。

其他名称

d 块元素： d 块元素被称为“过渡元素”。

f 块元素： f 块元素被称为“内部过渡元素”。

氧化态

d 块元素： d 块元素显示出广泛的氧化态，这取决于它们的电子配置。

f 块元素： f 嵌段元素最稳定的氧化态是 +3，也可能有其他氧化态。

稳定

d 块元素： d 块中的几乎所有元素都是稳定的。

f 块元素： 大多数 f 块元素具有放射性。

团体

d 块元素： d 块元素可以是过渡元素或非过渡元素。

f 块元素： f 块元素分为镧系和锕系两个系列。

电子配置

d 块元素： d 块元素部分或完全填充最外层的 d 轨道。

f 块元素： f 块元素通过在 f 轨道中具有一个或多个最外层电子而统一。

结论

元素周期表显示了所有已知化学元素根据其原子序数的排列。有四组主要的化学元素，每组成员之间具有相似的化学和物理性质。 d块和f块是这四组中的两组。 d 块元素和 f 块元素之间的主要区别在于，d 块元素是电子填充到其 d 轨道的化学元素，而 f 块元素是电子填充到其 f 轨道的化学元素。

参考：

1. “锕系元素的一般性质和反应”。化学 LibreTexts，Libretexts，2017 年 8 月 21 日，可在此处获取。2。 “镧系元素：性质和反应。”化学 LibreTexts，Libretexts，2017 年 8 月 20 日，可在此处获取。 3. “f-Block 元素：你需要知道的一切！” Toppr 字节，2017 年 7 月 30 日，在此处提供。

图片提供：

1. Sch0013r 的“周期表结构” – File:PTable structure.png (CC BY-SA 3.0) 通过 Commons Wikimedia2。 László Németh 的“周期表简单 ca” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品 (CC0) [Cropped]