稀土元素.瞿谅等.2005

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1、稀土元素组员：瞿谅袁建华刘正臣邓鹏飞黄哲昊制作：袁建华稀土元素一．稀土元素的简介和性质二.稀土元素的应用三.稀土元素的分离四.稀土元素的制备稀土元素的简介和性质稀土元素的组成稀土元素的发现稀土元素的化学性质稀土元素的物理性质稀土元素的组成稀土元素：周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。其中原子序数为57～71的15种化学元素又统称为镧系元素。稀土元素包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。稀土元素的发现稀土金属是芬兰学者加多林(JohanGado1in)在1794年发现的。当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的

2、钇土，且又认为稀少，便定名为(BaxeEarth)。“稀有的土”稀土元素的化学性质③氧化物稳定。②比其他金属元素都活泼。①燃点低。④氧化物熔点高，生成自由能负值大。稀土元素的性质与其内部结构密切相关，下面是稀土元素的原子结构和一些重要性质。（1）电子构型角度：稀土元素在基态时的电子排布特征是最后填充的电子大都进入4f亚层，只有钇和镧例外，下表列出稀土元素原子和离子（RE3+）的电子结构及某些性质。图-1稀土元素的原子性质图从上表中可看到，La有4f空轨道，Gd的4f轨道为半充满，Lu的4f轨道为全充满，这些都是稳定的电子构型。（2）原子半径和离子半径角度镧系元素的原子半径及Ln3+离子半径

3、，在总的趋势上都随着原子核电荷数的增大而减小，这一现象叫做镧系收缩。镧系收缩在镧系原子半径收缩的过程中，有两处突跃。即铕和镱的原子半径突然增大，在图中在铕和镱处出现了两个峰值。由于铕和镱各自具有半充满和全充满的4f亚层，这一相对稳定的结构对核电荷的屏蔽较大，所以原子半径明显增大。离子半径稀土元素的重要化合物①氢氧化物②氧化物③碱性氧化物④配合物①类型和数目比d过渡元素要少得多。②Ln3+离子半径较大，配合物稳定性差。③Ln3+与配位体之间的作用力很弱，主要通过静电作用。配合物稀土元素的物理性质大部分稀土金属呈紧密六方晶格或面心立方晶格结构，只有钐为菱形结构，铕为体心立方结构。具有4f0构型

4、的La3+、Ce3+和4f14的Yb2+、Lu3+，因无成单电子而呈反磁性，而具有4f1~13构型的镧系元素及其化合物，则因含有成单电子而表现顺磁性。ScYLaCePrNdPmSmEu密度(g/cm3)2.994.476.196.776.787.00——7.545.26熔点(℃)153915099207959351024——1072826GdTbDyHoErTmYbLu密度(g/cm3)7.888.278.548.809.059.336.989.84熔点(℃)1312135614071461149715458241652+3氧化态镧系元素离子多数有颜色，如果阴离子为无色，在结晶盐和水溶液中

5、都保持Ln3+的特征颜色离子的颜色似乎决定于f层中的未成对的电子数。当三价离子具有fn和f14-n电子构型时，它们的颜色是相同相近的。这就是Ln3+离子颜色的周期性变化。稀土元素的应用MagicRare earth element工业领域农业领域医药领域1.稀土在冶金工业中应用量很大，约占稀土总用量的1/3。钢水中加入稀土，可起脱硫脱氧改变夹杂物形态作用；铸铁中稀土作为石墨球化剂、形核剂核对有害元素的控制剂，提高铸件质量，改善机械性能。有色合金方面，可改善合金的物理和机械性能。应用最多的使铝、镁、铜三个系列。稀土元素在工业领域的应用1.冶金工业领域2.石油化工领域3.玻璃工业领域4.陶瓷工

6、业领域5.电光源工业领域6.材料工业领域2.在石油裂化工业中，稀土分子作为筛裂化催化剂，活性高、选择性好、汽油的生产率高。可以用于石油裂化、合成橡胶等工业。近来，科学家正致力于研究用稀土金属作为汽车尾气净化的催化剂。稀土在这方面的用量很大。3.稀土在玻璃工业中有三个应用：玻璃着色、玻璃脱色和制备特种性能的玻璃。钕玻璃为粉红色并带有紫色光泽、镨玻璃为绿色(制造滤光片)等；二氧化铈可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而脱色，还可以加入氧化钕进行物理脱色；稀土特种玻璃如铈玻璃(防辐射玻璃)、镧玻璃(光学玻璃)。4.稀土可以加入陶瓷和瓷釉之中，减少釉和破裂并使其具有光泽。但更主要用做陶瓷的颜料，它

7、可使陶瓷的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。稀土氧化物还可以制造耐高温透明陶瓷(应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。5.稀土作为荧光灯的发光材料，是节能性的光源，特点是光效好、光色好、寿命长。比白炽灯可节电75—80%。优点：①电动机的效率增强；②电动汽车起动机的起动力会大大增加而体积却大大减小；③家用电器能耗显著降低；④有广泛的应用前景，如：磁悬浮高速列车，自动化高速公路。缺点：成本变高磁性材料结构材料：使钢铁