镧系元素-最详细的介绍.ppt

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1、第二十二章稀土元素57～71号15个元素位于周期表的，第六周期，IIIB族，是内过渡元素，f亚层电子0～14个间，价电子4f0~145d0~16s2，称为镧系元素；有La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu它们加上同族的Sc、Y等17个元素叫做稀土元素；其中La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu又称为轻稀土，Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y称为重稀土。稀土元素发现较晚，从最初发现Y于1787年，到最后一个由铀裂变找到Pm于1947年，将近两个世纪。稀土在地表中总含量0.0153％，相对来说（第六周期中）较高的，

2、但分散分布，同时总是混合存在，总纯度也不高，如含有10％稀土的矿就算是富含矿；由于性质相近提取分离较难，所以纯的单稀土产品较贵。稀土资源我国最为丰富，占世界的80％，而且矿藏分布广，从南到北十多个省区均有，品种齐全，北偏轻稀土，南偏中重稀土。内蒙的包头市堪称稀土之城。稀土元素结构特点和性能：①4f0~4f14独特亚层②大的原子磁矩、各向异性（磁性材料）③丰富的能级跃迁（发光材料）④大范围可变的配位数6～14（材料、生命科学）⑤有序变化的原子和离子半径稀土典型应用：① 热电子发射材料（LaB6）1951年，用于通讯②    石油催化裂解，生产轻质油，1962③Y2O3：Eu3+掺杂发光

3、材料（红光），1963；LaPO4：Ce绿光；Sr5(PO4)3Cl:Eu2+蓝光④SmCo5永磁体磁性材料，1967；Nd2Fe14B（第二代，1975），Sm2Fe17N（第三代，1985年）。⑤    储氢材料，LaNi5，253kPa,1kg吸氢15g；1982年利用提取Ce后的富La混合稀土镍合金，更廉价储氢更大，并可分离和纯化氢达6个9。通常钢瓶15Mpa储氢0.5kg。⑥高温超导，YBaCuO，Tc=90K，1987；LaxBayCuzOw1986，Tc＝35K，之后发现加压可提高Tc；再后用更小的Sc取代，则无超导性，因得不到钙钛矿型；另外之后发现Tl2Ba2Ca2C

4、u3O10也是高温超导，所以超导与f电子无关。⑦ 激光晶体，1960红宝石（Al2O3：Cr3+）；1962，CaWO4：Nd3+输出连续激光；1964，Y3Al5O12：Nd3+室温下连续输出；LiNbO3：Nd3+自倍频晶体（1.06μm红外，0.53μm绿光）。目前已知有320种激光晶体，其中290种以稀土为激活离子。镧系元素有不满的f亚层，它就蕴含着特殊性质，是其它元素不可替代的，有着许多已发现和未发现的特殊功能：比如过渡元素有d－d跃迁，呈现色彩斑斓的景象；那么，f－f跃迁将会更加绚丽多彩，如现代彩电的发光材料（Y2O3·La2O3·Gd2O3）。Fe3O4有铁磁性（因为有

5、d5），那么f7将会有更好的磁性；稀土磁性材料，SmCo5（第一代），Nd2Fe14B（第二代），Sm2Fe17N（第三代，1985年）。过渡元素有丰富的催化性能，稀土将会有更优秀的催化特性……。总之，稀土将是磁、光、电等功能材料的最佳载体。所以小平同志曾指出：“中东有石油，中国有稀土”。我们希望能用自己的能力完成两次飞跃：第一次飞跃，从稀土资源大国－→生产大国飞跃第二次飞跃，从生产大国－→科技大国飞跃稀土是21世纪的“战略元素”；美国定出25种，其中15种镧系元素，15/25；日本40种，其中稀土17种，17/40。一、La系收缩原子半径：La－→Lu169pm－→158pm减少1

6、1pm，称La系收缩其中Eu和Yb金属半径特大，因为f电子半满和全满时膨胀。离子半径（+3价）：La3＋106.1pm－→Lu3＋84.8pm逐渐减小。该收缩引起Zr－Hf，Nb－Ta，Mo－W性质相近；甚至Ru－Os、Rh－Ir、Pd－Pt也相似二、氧化态，+3常见态少数的有+2价，但在溶液中有很强的还原性，如Sm2＋、Eu2+、Yb2＋少数的有+4价，但在溶液中有很强的氧化性，如Ce4＋、Pr4＋、Tb4＋至于为什么有少数的例外价态，与该离子的水合热等多种因素有关；另一主要原因是离子的f亚层全满、半满、全空最稳定有关：Eu2＋(4f7)、Yb2＋(4f14)、Ce4＋(4f0)、

7、Tb4＋(4f7)(Sm3＋/Sm2＋)=-1.55V(Yb3＋/Yb2＋)=-1.21(Ce4＋/Ce3＋)=+1.70V(Pr4＋/Pr3＋)=+2.86V单质稀土金属有很强的还原性，仅次于碱土金属（Ln3＋/Ln）＝-2.52～-2.26；其性质也类似于碱土金属。三、重要化合物（一）、+3价1、氧化物，mp高熔点，偏离子型晶体；从氢氧化物、各种含氧酸盐灼烧可得，或金属单质灼烧直接氧化也可得；通式：Ln2O3Ln2(C2O4)3－→