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       鑭系元素共有十五種。它們之所以全都擠在周期表的同一位置，是因為這十五種元素最外層軌道的電子數(shù)量完全相同，次外層的電子數(shù)量也基本相同，只有從外往里數(shù)第3層軌道的電子數(shù)不一樣，因此這一行元素的性質極為相似。

       怎么會有這么神奇的事？結合“量子數(shù)法則”，理解起來就不成問題了。

       電子軌道由“主量子數(shù)n”、“角量子數(shù)l＂和“磁量子數(shù)m”這三個變量決定。而且這三個數(shù)字要遵循下列四條原則：

       原則1：主量子數(shù)n＝1、2、3……

       原則2：角量子數(shù)l＝0～n－1

       原則3：磁量子數(shù)m＝－l～＋l

       原則4：每個軌道最多可容納2個電子

       電子軌道根據(jù)主量子數(shù)與角量子數(shù)命名。

       主量子數(shù)直接使用n的數(shù)值即可。

       角量子數(shù)就稍微復雜一些：s軌道、p軌道、d軌道、f軌道分別代表角量子數(shù)l＝0，1，2，3的軌道。

       如果主量子數(shù)n＝1，角量子數(shù)l＝0，那么這條軌道就是“1s軌道”。如果主量子數(shù)n＝2，角量子數(shù)l＝1，那么這條軌道就是“2p軌道”。

       請大家注意，電子不一定會先排入主量子數(shù)小的軌道。如果角量子數(shù)夠大，軌道的能量水平就有可能顛倒。比如，電子會先進入4s軌道，而非3d軌道，因為前者的能量更低。

       過渡元素就是這樣產生的。

       過渡元素先填滿最外層的4s軌道，再把靠內的3d軌道上的空位逐一填滿。由于元素的性質基本是由最外層的電子排布方式?jīng)Q定的，所以這一系列元素體現(xiàn)出了相似的金屬性質。

       而稀土元素以更顯著的形式體現(xiàn)出了這一特征。位于周期表第6周期、第3列的15種鑭系元素，占了稀土元素的大部分名額。其中原子序數(shù)排在首位的57號元素才是真正的鑭，只是其余14種元素與它的性質非常相似，才被統(tǒng)稱為鑭系元素。

       為什么其余14種元素的性質會和鑭這么相似？瞧瞧它們的電子排布就知道了。

       如上圖所示，鑭系元素的差異在于4f軌道，而外側的5s與5p軌道都座無虛席（有幾種元素的5d軌道沒有填滿）。更靠外的6s軌道也有2個電子，沒有空位了。

       根據(jù)薛定諤方程，可知與最外層的6s軌道及次外層的5s軌道、5p軌道相比，從外往里數(shù)第3層的4f軌道的能量更高。軌道的能量水平顛倒了。

       所以鑭系元素的最外層與次外層都是滿的，只有從外往里數(shù)第3層的電子數(shù)量不同。不難想象，這群元素的相似性比普通的過渡元素更甚。

       第7周期的錒系元素也是如此。如圖所示，錒系元素的區(qū)別在于5f軌道，而靠外的一層，除6d軌道有部分例外，6s與6p軌道都被電子填滿了。更靠外的7s軌道也沒有空位。因此到103號元素為止的14種元素都和89號元素“錒”有極其相似的性質。

       第6周期與第7周期的“平行美”。用簡明的圖表體現(xiàn)出電子軌道孕育的均衡秩序，正是元素周期表隱藏的特征。

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