镧系元素：15 种稀土元素

镧系元素是从镧（57）到镥（71）的 15 种金属元素。它们属于第 6 周期，但被单独列在主表下方的一行，与锕系元素一起称为内过渡金属或 f 区元素。镧系元素加上钪和钇，共同构成 17 种稀土元素。

4f 亚层的填充

在镧系元素中，电子依次填入 4f 亚层，它位于原子深处，被 5s 和 5p 电子遮盖在内。许多镧系元素的电子构型为 [Xe] 4fⁿ 6s²，例如钕（[Xe] 4f⁴ 6s²）。镧（[Xe] 5d¹ 6s²）还没有 4f 电子，而镥（[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²）的 4f 亚层已经填满。

若把这 15 种元素都放进主表，主表就会宽达 32 列，所以它们被单独印出。化学家至今仍在争论，位于钇下方的第 3 族究竟应该是镧还是镥；本网站把两者都放在镧系元素这一行。

镧系元素是柔软的银白色金属，在空气中会失去光泽。它们与冷水反应缓慢，与热水反应较快，并放出氢气：2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂。由于深藏的 4f 电子很少参与成键，几乎所有镧系元素都形成 3+ 离子，化学性质非常相似，不过铈还可以呈 +4 价，铕和镱可以呈 +2 价。

未成对的 4f 电子使许多镧系元素离子具有很强的磁性，并发出纯净而鲜明的色光。钷是唯一没有稳定同位素的镧系元素，在自然界中几乎不存在。

从镧到镥，3+ 离子的半径逐渐减小，因为每增加一个质子，对电子的吸引就更强，而 4f 电子之间的屏蔽作用又很弱。化学家利用这些细微的大小差异来分离镧系元素。镧系收缩也解释了为什么铪以及第 6 周期的其他过渡金属，其大小几乎与它们上方的金属相同。

尽管名为“稀土”，大多数稀土元素其实并不特别稀少：铈在地壳中的含量与铜相当。它们混杂在独居石和氟碳铈矿等矿物中，很难分离。

钕铁硼磁体是现有最强的永磁体，用于电动汽车电机、风力涡轮机、耳机和硬盘。铕和铽为屏幕和灯具提供红光和绿光，铒可放大光纤电缆中的信号，钆是核磁共振成像（MRI）检查所用的造影剂，氧化铈可用来抛光玻璃。镧则用于相机镜头和镍氢电池。