稀土元素的性质[教资材料]

1、稀土元素的性质稀土元素事典型的金属元素。其中镧系元素4f亚层的轨道电子，由于被外层的5s和5p层电子有效地屏蔽，不能参与成键，因此导致它们具有两个非常突出的特点，即化学性质非常相似(给彼此的分离造成了困难)及物理性质差别明显(见表)，给应用开发创造了多方面的机遇。原子序数元素名称电子排布氧化态氧化物颜色热中子俘获截面靶恩(10-28米2)总磁矩(波尔磁子)原子M3+21钪(Sc)3d4S2Ar+31339钇(Y)4d5S2Kr+31.30.6757镧(La)5d16S2Xe+3白色8.90.4958铈(Ce)4f15d16S24f1+3.+4米色0.72.5159镨(Pr)4f36S24f2+

2、3.+4黑色11.23.5660钕(Nd)4f46S24f3+3淡蓝46.03.361钷(Pm)4f56S24f4+362钐(Sm)4f66S24f5+2.+3淡黄55001.7463铕(Eu)4f76S24f6+2.+3白色46007.1264钆(Cd)4f75d16S24f7+3白色460007.9565铽(Tb)4f96S24f8+3.+4深褐449.766镝(Dy)4f106S24f9+3白色115010.6467钬(Ho)4f116S24f10+3白色6410.8968铒(Er)4f126S24f11+3粉色1669.569铥(Tm)4f135S24f12+3苍绿1187.6270镱

3、(Yb)4f146S24f13+2.+3白色360.4171镥(Lu)4f145d16S24f14+3白色1080.21原子序数元素名称居里点()熔点()电阻率(欧姆米)10-8(25)热导率瓦/(米开)(25)密度（克厘米）)金属氧化物21钪(Sc939钇(Y)1526241564.914.74.557镧(La)920225056.813.86.158铈(Ce)798260075.310.96.859镨(Pr)931220068.011.76.860钕(Nd)1016227264.313.07.061钷(Pm)62钐(Sm)1073232588.07.563铕(Eu

4、)-16582220503.050264钆(Cd)19.613122340104.58.87.965铽(Tb)-531357220013613.08.266镝(Dy)-187140923405610.08.567钬(Ho)-25414702360878.868铒(Er)-255152223551079.69.069铥(Tm)-14115452400799.370镱(Yb)8162346276.971镥(Lu)16632490799.8 (一)化学性质和冶金性能稀土元素的性质(一)化学性质和冶金性能经湿法冶金与化学提纯获得的稀土氯化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物和其他卤化物及稀土氧化物，因外层电子排

5、布(构型)的相似。其氧化态基本上为正三价。但内层4f电子的数目对价态也有一定影响，铈、镨、铽可氧化成四价，形成相应的稳定氧化物CeO2、Pr6O11、Tb407，钐、铕、镱可还原成二价，形成SmS等反常价态化合物。 稀土金属是化学活性极强的元素，对氢、碳、氮、氧、硫、磷和卤素具有极强的亲和力。轻稀土金属于室温在空气中易于氧化，重稀土与钪和钇在室温形成氧化保护层，因此一般将稀土金属保存在煤油中，或置于真空及充以氩气的密封容器中。稀土金属是原子半径较大的电正性元素，除各稀土元素彼此间及稀土与锆、钍和镁、锌、镉、汞等二价金属形成多种固溶体外，稀土金属与其他金属元素形成的二元R-M系金属间化合物(R与

6、M分别为稀土金属与非稀土金属)就在3000种以上。其中RM2、BM、RM3和R5M3依次各占已知R-M型金属间化合物的20%、17%、12%和7%，RM5和R2M17，各占5。单稀土与铁、钴、镍形成的金属间化合物就已经超过200种。至于Nd2Fe14B等三元化合物型合金的数目更是难以计数。此外，稀土易与碳形成强键及其易于获得和失去电子的能力，特别是铈的储氧能力，使稀土成为催化性能非常突出的金属元素。(二)物理性质稀土金属为一组呈铁灰色到银白色有金属光泽的金属，一般较软、可锻、有延展性，在高温下呈粉末状其反应性尤为强烈。其中铈的熔点为798，而镥的熔点为1663，差别明显。稀土元素的磁性质是由未充满4f电子层内的未成对电子引起的。其中镝和钬的原子磁矩最大，钐、铈、镨和钕与强磁性的铁和钴的配伍性最好，能产生极强的相互作用，形成SmCo5和Nd2Fe14B等把磁畴保持在一起高度抗退磁的材料。此外，一些稀土元素的磁热效应、磁致冷、磁致伸缩和磁光效应都充分展现了各稀土元素所特有的个性，为稀土的应用开发打开了重重深锁的大门。稀土元素的电子能级和谱线较普通元素更多种多样，它们可以吸收和发射从紫外、可见到红外谱区各种波长的电磁辐射，仅钆原子的某个激发态就有多达36000个能级。由于稀土元素4f亚层未成对电子与其他元素外层电子如d电子间的相互作用，形成丰富多彩、性能各异的稀土材料系列。而与荧光