【镧系元素】
镧系元素是第57号元素镧到71号元素-{zh-hans:镥;zh-hant:镏}-（或称-{zh-hans:镏;zh-hant:镥}-）共15种化学元素的统称。镧系元素位于元素周期表第6周期的钡与铪之间，位于锕系元素上方，但通常为了避免周期表形状过宽影响观看，而将镧系和锕系元素移至周期表下方独立列出。镧系元素可用符号Ln来表示。
除了属于d区的镏之外，所有镧系元素都是f区元素，镧系元素原子基态的电子排布是4f0~145d0~16s2，其原子的外层和次外层的电子排布基本相同，新增加的电子则大都填入从外侧数进来的第三个电子层（即4f电子层）中，所以镧系元素又可以称为4f系。由于镧系元素都是金属，故可和锕系元素统称为f区金属。为了区别于周期表中的d区过渡元素，故又将镧系元素及锕系元素合称为内过渡元素。
镧系元素和3族的钇、钪两元素合称为稀土元素，由于它们外层的电子排布基本相同，都倾向形成+3价的阳离子，故彼此之间具有非常相似的化学性质，经常在矿物中共生存在，难以相互分离，再加上它们在地壳中的分布相当分散，因而造成开采上的困难。由于外层电子排布的高度相同性，镧系元素物理和化学性质的相异性主要透过原子半径的差异来展现，镧系收缩现象使得镧系元素的熔点、硬度、密度和金属活动性等性质随著原子序的渐增而有趋势性的变化。此外，由于电子排布的差异，虽然所有镧系元素都能形成化学性质类似的+3价化合物，个别镧系元素如铈、钐、铕等也能生成稳定性不一的+2价或+4价化合物，所以15个镧系元素之间的化学性质并不完全相同。此外每个镧系元素在光学、电磁学等物理性质方面也有各自的特殊性。
由于镏在周期表中属于d区，而其他镧系元素位于f区，因此有人认为镏应该是过渡金属而非镧系元素。但为了方便叙述，现今仍习惯将其与镧系合称。参见锕系元素中关于铹的地位的争议，以及有关3族元素定义的争论。
== 性质 ==
镧系元素皆为银灰色有光泽的金属，晶体结构多为六方最密堆积（HCP）或面心立方（FCC）。镧系元素的性质较软，彼此之间具有相似的化学性质，在潮湿空气中不易保存，易溶于稀酸。
镧系元素的原子半径随著原子序增加而逐渐缩小，称作镧系收缩现象，因此越重的镧系元素其硬度、密度及熔点越高，碱性及化学活泼性越低。较轻的镧系元素（如镧、铈、镨等）暴露在空气中表层会快速氧化，在表面形成疏松易碎的氧化层，并持续往内侵蚀，因此需要保存在矿物油中；而较重的镧系元素（如钬、铒、铥等）则可稳定存在于空气中。不过63号的铕是镧系收缩现象最显著的一大例外，是原子半径最大、密度最低且最活泼的镧系元素，在空气中会迅速氧化，就算浸在矿物油中，表面也总是被氧化层覆盖而失去金属光泽。镱是镧系收缩现象的另一例外。
镧系元素的化合价主要是+3价（铈的+4价较其他镧系元素来得稳定，镨和铽也有极个别的+4价氧化物，钐、铕、镱有+2价化合物），能形成稳定的配合物及微溶于水的草酸盐、氟化物、碳酸盐、磷酸盐及氢氧化物等。
在镧系元素的+3价氧化物中，氧化镧的吸水性和碱性与氧化钙相似，其余则随著原子序增加依次转弱。+3价镧系元素的化学性质彼此都很相似，所以难以将它们相互分离。
镧系元素具有顺磁性（镧的化合物除外），而镧的化合物则呈反磁性。钆在温度低于16°C（钆的居礼点）时会变为铁磁性，是除了铁系元素（铁、钴和镍）外唯一能在接近室温的环境下产生铁磁性的金属元素。至于其他较重的镧系元素——铽、镝、钬、铒、铥和镱——在更低的温度下也会呈现出铁磁性。
钷是唯一一个没有稳定同位素的镧系元素，其寿命最长的同位素145Pm的半衰期为17.7年，会衰变成接近稳定的145Nd，再衰变成141Ce，最后衰变成稳定的141Pr。
== 氧化态 ==
镧系元素在固态、水溶液中或其他溶剂中的特征氧化态是+3。由于镧系元素在气态时，失去两个6s电子和一个5d电子或失去两个6s电子和一个4f电子所需的电离能比较低，所以一般能形成稳定的+3氧化态。除+3特征氧化态外，镧系元素还存在着一些不常见的氧化态。例如：铈、镨、钕、铽、镝存在+4氧化态，原因是它们的4f层保持或接近全空、半满或全充满的状态比较稳定，但只有+4氧化态的铈能存在于溶液中，它是很强的氧化剂。
同理，钕、钐、铕、铥、镱还存在+2氧化态，其中+2态铕的稳定性是最高的。
== 原子半径和离子半径（镧系收缩） ==
镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而逐渐减小，这种的现象称为镧系收缩。
镧系收缩现象的存在让镧系元素之间的原子半径与离子半径产生不同，从而让它们的物理及化学性质呈现趋势性的差异。如果没有镧系收缩现象，镧系元素的分离将会变得极为困难。
== 离子的颜色 ==
File:Lanthanide nitrates.png|镧系元素的硝酸盐 Ln(NO3)3·6H2O（不含钷）
== 分布 ==
镧系元素在地壳中常和钇一同出现在独居石、Bastnäsite、磷钇矿和矽铍钇矿等稀土矿物中，而丰度也和大部份过渡金属相当，不过由于它们彼此之间的化学性质非常相似，因此不易从其矿石中萃取。这些矿物中通常也含有不少的锕系元素钍。
具放射性的钷由于半衰期很短，在自然界中仅痕量存在，任何时刻地壳中其总存量都不到1公斤，因此通常由人工合成的方式生产。
== 用途 ==
*参见：稀土元素
镧系元素及其化合物在工业上有很多重要用途，但与其他元素相比用量相对较小。每年约有15000吨镧系元素被用作催化剂和用于玻璃生产，相当于85%左右的镧系元素年产量。但从价值的角度来看，镧系元素在磁铁和磷光体方面的应用更为重要。
镧系元素在工业上的常见应用包括稀土磁铁（如钕磁铁、钐钴磁铁）、超导体（如钇钡铜氧高温超导体）、高折射率光学玻璃、抛光粉、精炼催化剂、镁合金和混合动力汽车部件（主要为电池和磁铁）等。镧系元素离子被用作雷射器发光材料中的Active laser medium，例如掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）雷射器等，广泛用于医学、牙科和工业等领域。掺铒光纤放大器是光纤通讯系统中的重要器件。掺杂铕、铽等镧系元素离子的磷光体在阴极射线管中作为显色材料，在上个世纪广泛用于彩色电视机。将二氧化铈等镧系元素氧化物与钨混合后作为电极可改善钨极气体保护电弧焊在高温下的焊接性能，以取代因其微放射性而有安全疑虑的二氧化钍。由于钆化合物具有高度的顺磁性，钆的螯合物被广泛用作磁振造影的显影剂。
随著近年来镧系元素的用途、应用和需求不断增长，价格也不断水涨船高。在石油流化催化裂化过程中用作催化剂的氧化镧价格从2010年初的每公斤5美元上涨到2011年6月的每公斤140美元。钕磁铁作为目前最主要的永久磁铁类型，用于混合动力汽车、插电式混合动力车、电动汽车、风力发电机等机具之高效率马达，其市场需求量每年以20%~30%的幅度递增，其中所需的钕、镨、镝及铽等镧系元素将可能成为世界上地缘政治竞争的主要资源对象之一，尤其丰度较低的重镧系元素镝及铽将很快面临资源短缺的困境。
== 对生物的影响 ==
镧系元素在生物圈中的利用度很低。除了少数嗜甲烷菌外，目前没有发现镧系元素在其他生物体中发挥任何生物学作用。但与大多数其他非矿物质元素相比，镧系元素被认为毒性较低。
镧、铈等轻镧系元素对于火山Mudpot中的嗜甲烷菌（如Methylacidiphilum fumariolicum、Methylorubrum extorquens和Methylobacterium radiotolerans等）至关重要，是其体内Methanol dehydrogenase的重要辅助因子。由于轻镧系元素间彼此化学性质的高度相似性，菌体内的镧、铈、镨和钕可以相互取代而不会对菌体产生任何不良影响。若以钐、铕或钆等质量稍重的镧系元素取代，除了使它们生长缓慢外亦没有其他副作用。
尽管放射性的钷可能和其他镧系元素一样化学毒性较低，由于其衰变时释放的γ射线可能引发辐射中毒，因此对生物而言是高毒性的物质。
== 参考文献 ==