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稀土元素的基本性质有哪些

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稀土元素的基本性质有哪些

稀土元素是从稀少的矿物中发现的,人们常把不溶于水的固体氧化物称为土,所以称之稀土.一般可以把稀土分为:轻稀土或铈组稀土(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕);重稀土或钇组稀土(钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇).根据稀土元素物理和化学性质(除钪之外)可分为:轻稀土组(镧、铈、镨、钕、钷);中稀土组(钐、铕、钆、铽、镝);重稀土组(钬、铒、铥、镱、镥、钇).稀土离子发光的实质是未填满的4f层电子跃迁而产生的,由于4f层电子被5s和5p电子层的电子所屏蔽,晶体场对谱线位置影响较小,所以晶体场中的能级类似于自由电子的能级,表现为分离能级.

物体发光是因为其把吸收的能量转化为光辐射而产生的,实质就是能量的转换,所以稀土具有无法比拟的发光特性,这又是因为其具有特殊的电子层结构,可以将吸收到的能量以光的形式而发出[9],所以稀土元素具有非常强的光谱性质,其发光范围几乎覆盖了整个固体发光的范畴.又因其具有丰富的电子能级,为不同的能级跃迁创造了条件,从而获得了多种发光性能[10].从发光的形式上物体发光现象可分为两类:一是物质受到外界传给的热量,把热能转化为光能而发光;二是稀土元素原子中的电子受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)再返回到基态的过程中,以光的形式释放能量.以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类.

稀土元素是什么类物质

稀土元素组成

  稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。

  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。

  稀土元素的共性是:①它们的原子结构相似;②离子半径相近(REE3 离子半径1.06×10^-10m~0.84×10^-10m,Y3 为0.89×10^-10m);③它们在自然界密切共生。

  稀土元素有多种分组方法,目前最常用的有两种:  两分法:铈族稀土,La-Eu,亦称轻稀土(LREE)  钇族稀土,Gd-Lu Y,亦称重稀土(HREE)  两分法分组以Gd划界的原因是:从Gd开始在4f亚层上新增加电子的自旋方向改变了。

而Y归入重稀土组主要是由于Y3 离子半径与重稀土相近,化学性质与重稀土相似,它们在自然界密切共生。

  也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性,除钪之外(有的将钪划归稀散元素),划分成三组,即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷;中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝;重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。

  三分法:轻稀土为La~Nd;中稀土为Sm~Ho;中稀土为Er~Lu Y。

稀土元素的特性

  稀土元素是周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素之总称。

其中钷是人造放射性元素。

他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价 3,其水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。

溶剂萃取和离子交换是目前分离稀土的较好方法。

镧、铈、镨、钕等轻稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。

可用氯化物和氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。

编辑本段稀土矿物

  在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿。

因其天然丰度小,又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在,故得名。

   已经发现的稀土矿物有250种以上,最重要的有氟碳铈镧矿[(Ce,La)FCO3]、独居石[CePO4,Th3(PO4)4]、磷钇石(YPO4)、黑稀金矿[(Y,Ce,Ca)(Nb,Ta,Ti)2O6]、硅铍钇矿(Y2FeBe2Si2O10)、褐帘石[(Ca,Ce)2(Al,Fe)3Si3O12]、铈硅石[(Ce,Y,Pr)2Si2O7·H2O]。

  现已查明,稀土元素并不稀少,特别是中国的稀土资源十分丰富,有开采价值的储量占世界第一位。

从1794年芬兰J加多林从瑞典斯德哥尔摩附近的于特比镇发现钇开始,一直到1947年美国JA马林斯基从铀的裂变产物中分离出钷,共经历150多年。

稀土元素用途

  大多数稀土元素呈现顺磁性。

钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。

铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。

钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。

稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。

除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。

  稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。

应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。

  常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途,在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。

用稀土制得的磁性材料其磁性极强,用途广泛。

在化学工业中广泛用作催化剂。

稀土氧化物是重要的发光材料、激光材料。

  中国拥有丰富的稀土矿产资源,成矿条件优越,堪称得天独厚,探明的储量居世界之首,为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。