稀土元素的性質(zhì)[教資材料]

1、稀土元素的性質(zhì)稀土元素事典型的金屬元素。其中鑭系元素4f亞層的軌道電子，由于被外層的5s和5p層電子有效地屏蔽，不能參與成鍵，因此導(dǎo)致它們具有兩個(gè)非常突出的特點(diǎn)，即化學(xué)性質(zhì)非常相似(給彼此的分離造成了困難)及物理性質(zhì)差別明顯(見表)，給應(yīng)用開發(fā)創(chuàng)造了多方面的機(jī)遇。原子序數(shù)元素名稱電子排布氧化態(tài)氧化物顏色熱中子俘獲截面靶恩(10-28米2)總磁矩(波爾磁子)原子M3+21鈧(Sc)3d4S2Ar+31339釔(Y)4d5S2Kr+31.30.6757鑭(La)5d16S2Xe+3白色8.90.4958鈰(Ce)4f15d16S24f1+3.+4米色0.72.5159鐠(Pr)4f36S24f2+

2、3.+4黑色11.23.5660釹(Nd)4f46S24f3+3淡藍(lán)46.03.361钷(Pm)4f56S24f4+362釤(Sm)4f66S24f5+2.+3淡黃55001.7463銪(Eu)4f76S24f6+2.+3白色46007.1264釓(Cd)4f75d16S24f7+3白色460007.9565鋱(Tb)4f96S24f8+3.+4深褐449.766鏑(Dy)4f106S24f9+3白色115010.6467鈥(Ho)4f116S24f10+3白色6410.8968鉺(Er)4f126S24f11+3粉色1669.569銩(Tm)4f135S24f12+3蒼綠1187.6270鐿

3、(Yb)4f146S24f13+2.+3白色360.4171镥(Lu)4f145d16S24f14+3白色1080.21原子序數(shù)元素名稱居里點(diǎn)()熔點(diǎn)()電阻率(歐姆米)10-8(25)熱導(dǎo)率瓦/(米開)(25)密度（克厘米）)金屬氧化物21鈧(Sc939釔(Y)1526241564.914.74.557鑭(La)920225056.813.86.158鈰(Ce)798260075.310.96.859鐠(Pr)931220068.011.76.860釹(Nd)1016227264.313.07.061钷(Pm)62釤(Sm)1073232588.07.563銪(Eu

4、)-16582220503.050264釓(Cd)19.613122340104.58.87.965鋱(Tb)-531357220013613.08.266鏑(Dy)-187140923405610.08.567鈥(Ho)-25414702360878.868鉺(Er)-255152223551079.69.069銩(Tm)-14115452400799.370鐿(Yb)8162346276.971镥(Lu)16632490799.8 (一)化學(xué)性質(zhì)和冶金性能稀土元素的性質(zhì)(一)化學(xué)性質(zhì)和冶金性能經(jīng)濕法冶金與化學(xué)提純獲得的稀土氯化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物和其他鹵化物及稀土氧化物，因外層電子排

5、布(構(gòu)型)的相似。其氧化態(tài)基本上為正三價(jià)。但內(nèi)層4f電子的數(shù)目對(duì)價(jià)態(tài)也有一定影響，鈰、鐠、鋱可氧化成四價(jià)，形成相應(yīng)的穩(wěn)定氧化物CeO2、Pr6O11、Tb407，釤、銪、鐿可還原成二價(jià)，形成SmS等反常價(jià)態(tài)化合物。 稀土金屬是化學(xué)活性極強(qiáng)的元素，對(duì)氫、碳、氮、氧、硫、磷和鹵素具有極強(qiáng)的親和力。輕稀土金屬于室溫在空氣中易于氧化，重稀土與鈧和釔在室溫形成氧化保護(hù)層，因此一般將稀土金屬保存在煤油中，或置于真空及充以氬氣的密封容器中。稀土金屬是原子半徑較大的電正性元素，除各稀土元素彼此間及稀土與鋯、釷和鎂、鋅、鎘、汞等二價(jià)金屬形成多種固溶體外，稀土金屬與其他金屬元素形成的二元R-M系金屬間化合物(R與

6、M分別為稀土金屬與非稀土金屬)就在3000種以上。其中RM2、BM、RM3和R5M3依次各占已知R-M型金屬間化合物的20%、17%、12%和7%，RM5和R2M17，各占5。單稀土與鐵、鈷、鎳形成的金屬間化合物就已經(jīng)超過200種。至于Nd2Fe14B等三元化合物型合金的數(shù)目更是難以計(jì)數(shù)。此外，稀土易與碳形成強(qiáng)鍵及其易于獲得和失去電子的能力，特別是鈰的儲(chǔ)氧能力，使稀土成為催化性能非常突出的金屬元素。(二)物理性質(zhì)稀土金屬為一組呈鐵灰色到銀白色有金屬光澤的金屬，一般較軟、可鍛、有延展性，在高溫下呈粉末狀其反應(yīng)性尤為強(qiáng)烈。其中鈰的熔點(diǎn)為798，而镥的熔點(diǎn)為1663，差別明顯。稀土元素的磁性質(zhì)是由未充滿4f電子層內(nèi)的未成對(duì)電子引起的。其中鏑和鈥的原子磁矩最大，釤、鈰、鐠和釹與強(qiáng)磁性的鐵和鈷的配伍性最好，能產(chǎn)生極強(qiáng)的相互作用，形成SmCo5和Nd2Fe14B等把磁疇保持在一起高度抗退磁的材料。此外，一些稀土元素的磁熱效應(yīng)、磁致冷、磁致伸縮和磁光效應(yīng)都充分展現(xiàn)了各稀土元素所特有的個(gè)性，為稀土的應(yīng)用開發(fā)打開了重重深鎖的大門。稀土元素的電子能級(jí)和譜線較普通元素更多種多樣，它們可以吸收和發(fā)射從紫外、可見到紅外譜區(qū)各種波長的電磁輻射，僅釓原子的某個(gè)激發(fā)態(tài)就有多達(dá)36000個(gè)能級(jí)。由于稀土元素4f亞層未成對(duì)電子與其他元素外層電子如d電子間的相互作用，形成豐富多彩、性能各異的稀土材料系列。而與熒光