镧系元素共有十五种。它们之所以全都挤在周期表的同一位置，是因为这十五种元素最外层轨道的电子数量完全相同，次外层的电子数量也基本相同，只有从外往里数第3层轨道的电子数不一样，因此这一行元素的性质极为相似。

       怎么会有这么神奇的事？结合“量子数法则”，理解起来就不成问题了。

       电子轨道由“主量子数n”、“角量子数l＂和“磁量子数m”这三个变量决定。而且这三个数字要遵循下列四条原则：

       原则1：主量子数n＝1、2、3……

       原则2：角量子数l＝0～n－1

       原则3：磁量子数m＝－l～＋l

       原则4：每个轨道最多可容纳2个电子

       电子轨道根据主量子数与角量子数命名。

       主量子数直接使用n的数值即可。

       角量子数就稍微复杂一些：s轨道、p轨道、d轨道、f轨道分别代表角量子数l＝0，1，2，3的轨道。

       如果主量子数n＝1，角量子数l＝0，那么这条轨道就是“1s轨道”。如果主量子数n＝2，角量子数l＝1，那么这条轨道就是“2p轨道”。

       请大家注意，电子不一定会先排入主量子数小的轨道。如果角量子数够大，轨道的能量水平就有可能颠倒。比如，电子会先进入4s轨道，而非3d轨道，因为前者的能量更低。

       过渡元素就是这样产生的。

       过渡元素先填满最外层的4s轨道，再把靠内的3d轨道上的空位逐一填满。由于元素的性质基本是由最外层的电子排布方式决定的，所以这一系列元素体现出了相似的金属性质。

       而稀土元素以更显著的形式体现出了这一特征。位于周期表第6周期、第3列的15种镧系元素，占了稀土元素的大部分名额。其中原子序数排在首位的57号元素才是真正的镧，只是其余14种元素与它的性质非常相似，才被统称为镧系元素。

       为什么其余14种元素的性质会和镧这么相似？瞧瞧它们的电子排布就知道了。

       如上图所示，镧系元素的差异在于4f轨道，而外侧的5s与5p轨道都座无虚席（有几种元素的5d轨道没有填满）。更靠外的6s轨道也有2个电子，没有空位了。

       根据薛定谔方程，可知与最外层的6s轨道及次外层的5s轨道、5p轨道相比，从外往里数第3层的4f轨道的能量更高。轨道的能量水平颠倒了。

       所以镧系元素的最外层与次外层都是满的，只有从外往里数第3层的电子数量不同。不难想象，这群元素的相似性比普通的过渡元素更甚。

       第7周期的锕系元素也是如此。如图所示，锕系元素的区别在于5f轨道，而靠外的一层，除6d轨道有部分例外，6s与6p轨道都被电子填满了。更靠外的7s轨道也没有空位。因此到103号元素为止的14种元素都和89号元素“锕”有极其相似的性质。

       第6周期与第7周期的“平行美”。用简明的图表体现出电子轨道孕育的均衡秩序，正是元素周期表隐藏的特征。

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