一些镧系金属三价离子具有很漂亮的不同颜色,如果阴离子为无色,这些颜色出现在结晶盐中,在水溶液中也保持其颜色,这是每个阳离子的特性而与阴离子无关。从表23-4可见,若以Gd3+离子为中心,从La3+到Gd3+的颜色变化规律又在从Gd3+到Lu3+的过程中重演。这就是Ln3+离子颜色的周期性变化。
表23-4 Ln3+离子的颜色
离子 | 未成对电子数 | 颜色 | 未成对电子数 | 离子 |
La3+ | 0(4f0) | 无色 | 0(4f14) | Lu3+ |
Ce3+ | 1(4f1) | 无色 | 1(4f13) | Yb3+ |
Pr3+ | 2(4f2) | 绿 | 2(4f12) | Tm3+ |
Nd3+ | 3(4f3) | 淡紫 | 3(4f11) | Er3+ |
Pm3+ | 4(4f4) | 粉红,黄 | 4(4f10) | Ho3+ |
Sm3+ | 5(4f5) | 黄 | 5(4f9) | Dy3+ |
Eu3+ | 6(4f6) | 无色 | 6(4f8) | Tb3+ |
Gd3+ | 7(4f7) | 无色 | 7(4f7) | Gd3+ |
* Tb为略带淡粉红色
离子的颜色通常与未成对电子数有关。由表23-4可见,当三价离子具有fn和f(14-n)个电子时,它们的颜色是相同或相近的。这只是定性的解释,要进一步了解需要精确测定其光的吸收与波长的关系。
根据吸收光谱的研究指出:La3+,Lu3+和Y3+在波长范围200~1000nm没有吸收光谱。所以它们的离子是无色。这可能是由于La3+(4f0)和Lu3+(4f14)比较稳定和没有未成对电子的缘故。所有其它Ln3+离子在以上波长范围内有吸收带。但可见光的波长范围在400~760nm,而Ce3+,Eu3+,Gd3+和Tb3+的吸收带的波长全部或大部分在紫外区,所以这些离子是无色;Yb3+离子吸收带的波长在近红外区域,所以Yb3+离子也是无色的。剩下的Ln3+在可见光区内有明显的吸收,所以它们的离子有颜色,有些离子颜色非常漂亮(如Pr3+,Nd3+,Er3+等)。所以颜色的观念一般以光谱中的可见区为限。因此,可能有些离子是顺磁性的,应该有颜色,但实际为无色,原因是离子的吸收作用发生在可见区以外。