一些鑭系金屬三價(jià)離子具有很漂亮的不同顏色,如果陰離子為無色,這些顏色出現(xiàn)在結(jié)晶鹽中,在水溶液中也保持其顏色,這是每個(gè)陽離子的特性而與陰離子無關(guān)。從表23-4可見,若以Gd3+離子為中心,從La3+到Gd3+的顏色變化規(guī)律又在從Gd3+到Lu3+的過程中重演。這就是Ln3+離子顏色的周期性變化。
表23-4 Ln3+離子的顏色
離子 | 未成對電子數(shù) | 顏色 | 未成對電子數(shù) | 離子 |
La3+ | 0(4f0) | 無色 | 0(4f14) | Lu3+ |
Ce3+ | 1(4f1) | 無色 | 1(4f13) | Yb3+ |
Pr3+ | 2(4f2) | 綠 | 2(4f12) | Tm3+ |
Nd3+ | 3(4f3) | 淡紫 | 3(4f11) | Er3+ |
Pm3+ | 4(4f4) | 粉紅,黃 | 4(4f10) | Ho3+ |
Sm3+ | 5(4f5) | 黃 | 5(4f9) | Dy3+ |
Eu3+ | 6(4f6) | 無色 | 6(4f8) | Tb3+ |
Gd3+ | 7(4f7) | 無色 | 7(4f7) | Gd3+ |
* Tb為略帶淡粉紅色
離子的顏色通常與未成對電子數(shù)有關(guān)。由表23-4可見,當(dāng)三價(jià)離子具有fn和f(14-n)個(gè)電子時(shí),它們的顏色是相同或相近的。這只是定性的解釋,要進(jìn)一步了解需要精確測定其光的吸收與波長的關(guān)系。
根據(jù)吸收光譜的研究指出:La3+,Lu3+和Y3+在波長范圍200~1000nm沒有吸收光譜。所以它們的離子是無色。這可能是由于La3+(4f0)和Lu3+(4f14)比較穩(wěn)定和沒有未成對電子的緣故。所有其它Ln3+離子在以上波長范圍內(nèi)有吸收帶。但可見光的波長范圍在400~760nm,而Ce3+,Eu3+,Gd3+和Tb3+的吸收帶的波長全部或大部分在紫外區(qū),所以這些離子是無色;Yb3+離子吸收帶的波長在近紅外區(qū)域,所以Yb3+離子也是無色的。剩下的Ln3+在可見光區(qū)內(nèi)有明顯的吸收,所以它們的離子有顏色,有些離子顏色非常漂亮(如Pr3+,Nd3+,Er3+等)。所以顏色的觀念一般以光譜中的可見區(qū)為限。因此,可能有些離子是順磁性的,應(yīng)該有顏色,但實(shí)際為無色,原因是離子的吸收作用發(fā)生在可見區(qū)以外。