锕系元素又称5f过渡系,它是在周期表中锕(Z=89)以后的14个元素,它们都具有放射性。1789年德国克拉普罗特(Klaproth,M.H.1743~1817)从沥青铀矿中发现铀,它是被人们认识的第一个锕系元素。比铀轻的锕,钍和镤随后都陆续被发现。在铀以后的元素称超铀元素,它们都是在1940年以后,用人工核反应合成的。极微量的镎和钚也存在于铀矿中。
锕系元素的价电子层结构见表23-11。重元素的原子光谱很复杂,要通过量子数的特征和电子层结构来确定能级是很困难的。对化学性质来说最重要的是基态电子层结构。在锕系元素价电子层结构和镧系一样出现两种结构,即5fn7s2和5f(n-1)6d17s2。但是不同的是5f和6d的能量相近,而4f和5d的能量相差较大,锕系中前一半元素5f→6d所需的能量比镧系中4f→5d所需的能量要少。所以锕系元素中前面的元素具有保持d电子的强烈倾向,而后一半锕系元素与镧系元素相类似。
表23-11 锕系元素价电子层结构
原子序数 | 符号 | 元素 | 价电子层结构 | 原子序数 | 符号 | 元素 | 价电子层结构 |
89 | Ac | 锕 | 6d17s2 | 97 | Bk | 锫 | 5f9 7s2 |
90 | Th | 钍 | 6d27s2 | 98 | Cf | 锎 | 5f10 7s2 |
91 | Pa | 镤 | 5f26d17s2 | 99 | Es | 锿 | (5f11 7s2) |
92 | U | 铀 | 5f36d17s2 | 100 | Fm | 镄 | (5f12 7s2) |
93 | Np | 镎 | 5f46d17s2 | 101 | Md | 钔 | (5f13 7s2) |
94 | Pu | 钚 | 5f67s2 | 102 | No | 锘 | (5f14 7s2) |
95 | Am | 镅 | 5f77s2 | 103 | Lr | 铹 | (5f146d17s2) |
96 | Cm | 锔 | 5f76d17s2 |