镧系稀土元素在地壳中的丰度及同位素

镧系元素

镧系元素镧系元素的电子层结构和通性镧系元素(以通用符号Ln表示)的电子构型具有相同的6s2和占有情况不同的4f亚层，虽然元素镧本身在基态时没有f电子，但和它后面各元素极为相似，所以将它作为镧系元素对待。

人们历来称它们为稀土元素，也叫做内过渡元素，这是因为在这些原子中，5s、5p和6s填满电子后才在第四电子层中的4f上逐渐填充电子。

由于电子数的变化是在这种内层，所以这些元素在化学性质上非常相似。

表11-1 镧系元素名称符号Z 电子构型丰度/ppm镧La 57 5d16s218.3铈Ce 58 4f15d16s246.1镨Pr 59 4f26s2 5.5钕Nd 60 4f36s223.9钷Pm 61 4f46s20.0钐Sm 62 4f56s2 6.5铕Eu 63 4f66s2 1.1钆Gd 64 4f76s2 6.4铽Tb 65 4f75d16s20.9镝Dy 66 4f96s2 4.5钬Ho 67 4f106s2 1.1铒Er 68 4f116s2 2.5铥Tm 69 4f126s20.2镱Yb 70 4f136s2 2.7镥Lu 71 4f145d16s20.8它们性质上的微小差别，主要是由“镧系收缩”引起的。

因为核内每增加一个质子，相应进入4f亚层的电子却太分散，不象定域程度更高的内层电子那样能有效地屏蔽核电荷，所以随着镧系元素原子序数的增加，原子核对最外层电子的引力就不断地增大，这就使得原子体积从镧到镥依次减小。

三价阳离子的收缩是十分规则的，从La3+的106pm收缩到Lu3+的35pm。

图11.1A所示金属半径，虽然总的趋向是减小，但Eu和Yb的半径比其余原子的要大得多。

它们是形成二价阳离子的倾向最大的两个镧系元素。

在固体中，这两种原子可能只将两个电子给予导带，而所形成的2+离子和其余镧系金属的3+离子相比，其半径较大、离子间的结合力较弱。

金属铕（Eu）和镱（Yb），与表中相邻的金属比，显然具有较低的密度，较低的熔点(图11.1B)和较低的升华能。

镧系元素的性质及其变化规律

原子半径
将镧系元素的原子半径随原子序数的变化作图，如左图所示。一方面, 镧系元素原子半径从La的187.7 pm到Lu的173.4 pm，共缩小了14.3 pm，平均每两个相邻元素之间缩小 14.3/14≈1 pm。尽管平均相差只有1个pm，但其累积效应(共 14 pm)是很显著的。另一方面，原子半径不是单调地减小，而是在 Eu 和 Yb 处出现峰和在Ce处出现谷的现象。这被称为“峰谷效应 ”或“双峰效应”。
镧系元素的性质及其性质变化规律性镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化镧系元素的价电子层结构原子半径和离子半径ln3离子的碱度氧化态镧系元素化合物的一些热力学性质镧系元素的光学性质镧系元素的磁学性质镧系元素的放射性1镧系元素在地壳中的丰度和奇偶变化是中子在基态时总以自旋相反配对存在由于原子序数为偶数的元素能满足这种自旋相反配对的要求因而能量较低所以就特别稳定既然该核特别稳定那么它在地壳中的丰度就大
碱度呈现单向变化的规律。
利用Ln3＋离子半径的微小差别 , 亦即碱度的微小差别 , 可以对镧系离子进行分离。
如 Ln3 ＋水解生成 Ln(OH)3 沉淀的趋势随原子序数的增加 ( 即碱度减弱 ) 而增加 , 当加入 NaOH 时, 溶解度最小、碱度最弱的Lu将最先以 Lu(OH)3 的形式沉淀出来 , 而溶解度最大 , 碱度最强的La将最后以 La(OH)3 沉淀。
除原子半径外，原子体积、密度、原子的热膨胀系数、第三电离子能、前三个电离能的总和、原子的电负性、一些化合物的熔点、沸点等也出现这种峰谷效应。
峰谷效应 (双峰效应)
对峰谷效应的解释如下： ●电子精细结构: 据计算，Eu、Gd、Yb、Lu Eu Yb 的电子精细结构分别为: Eu 4f75d0.52626s1.21476p0.2591 Ce Gd 4f75d26s1 Yb 4f145d0.26356s1.22516p0.5114 Lu 4f145d1.82356s16p0.1765 由于金属的原子半径与相邻原子之间的电子云相互重叠 ( 成键作用 ) 程度有关。而 Eu和 Yb 只用少量 d 电子参与成键，成键电子总数为2，其他原子(如Gd、 Lu)能使用较多的 d 电子参与成键，成键电子总数为3 (Ce为3.1)，成键作用的差别造成了原子半径的差别。 ●Eu和Yb的碱土性：Eu和Yb在电子结构上与碱土金属十分相似，这种相似性使得Eu和Yb的物理和化学性能更接近于碱土金属。其原子半径也接近于碱土金属。 ●洪特规则：Eu和Yb的 f 电子数分别为f7和f14，这种半满和全满的状态能量低、屏蔽大、有效核电荷小，导致半径增大。

元素丰度

元素丰度
指地壳中各个组成部分(大气圈、水圈、岩石圈、生物圈)的化学元素平均含量。

元素的丰度可以用列表法或作图法给出。

在列表或作图时﹐通常都把硅(Si)的丰度值取为10﹐其他核素的丰度值按比例确定。

元素的丰度曲线
通常取核素的质量数为横坐标﹐丰度值为纵坐标﹐用折线或曲线把图中的点连起来所得的曲线。

世界第一大稀土资源国，已探明的稀土资源量约6588万吨。

一般将稀土元素划分为两个亚族：（1）轻稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕七个元素，或称铈族（cerium group）稀土，它们具有较低的原子序数和较小质量；（2）重稀土元素（heavy rare earth elements, HREE），包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，它们具有较高的原子序数的较大质量，。

关于稀土的认识与研究

关于稀土的认识与研究稀土，又称稀土元素，是指镧系元素和第三族元素中的17种化学元素的集合。

稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、钐（Sm）、铕（Eu）、铽（Gd）、钪（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钇（Y）、镥（Sc）、钪（Nd）和钐（Gd）。

稀土元素在自然界中分布稀少，不同的稀土元素在地壳中的丰度不同，但总体来说都是极低的，因此被称为稀土。

稀土具有独特的物理和化学性质，因此在众多领域具有广泛的应用价值。

稀土元素可以应用于电子、光学、磁学、催化剂、材料科学、生物医药和环境保护等众多领域。

在电子领域，稀土元素的磁性和电子结构特性使其成为重要的电子材料。

在电子设备中，稀土元素可以被用于制造发光二极管（LED）、场发射显示器（FED）和薄膜电晶体管（TFT）等。

其中，LED是现代照明技术的重要组成部分，发光二极管中的稀土元素可以使其具有不同颜色的发光效果，实现各种应用需求。

在光学领域，稀土元素的能级结构使其在激光器领域具有独特的应用价值。

稀土元素的激光材料可以用于制造激光器、光纤放大器和光纤通信等。

其中，钕铝石榴石（Nd:YAG）激光器是应用最广泛的激光器之一，它具有高功率、高效率和短脉冲宽度等特点，被广泛应用于材料加工、医学和科学研究等领域。

在催化剂领域，稀土元素的离子激活效应使其具有良好的催化性能。

稀土元素的催化剂可以用于加氢、氧化、裂解和析出等化学反应。

利用稀土催化剂可以降低反应温度、提高反应速率和选择性，实现对有机物和无机物的有效转化。

在材料科学领域，稀土元素可以用于制备各种高性能的材料。

稀土元素的磁性和光学性质使其成为磁性材料、光学材料和电子材料的重要组成部分。

此外，稀土元素还可以用于制备永磁材料、高温超导材料和磁性流体等。

在生物医药领域，稀土元素的荧光性质使其成为生物标记和成像的重要工具。

稀土元素的荧光标记可以用于细胞实验、分子生物学和医学影像等。

镧系元素

镧系元素在周期系中，你知道什么是镧系元素？什么是稀土元素吗？它们的电子层结构和性质有什么特点？它们在科学技术和生产中扮演了什么样的角色？“镧系元素”在周期表中从原子序数为57号的镧到原子序数为71号的镥共15种元素，它们的化学性质十分相似，都位于周期表中第ⅢB族，第6周期镧的同一格内，但它们不是同位素。

同位素的原子序数是相同的，只是质量数不同。

而这15种元素，不仅质量数不同，原子序数也不同。

称这15种元素为镧系元素，用Ln表示。

它们组成了第一内过渡系元素。

“稀土元素”镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的、在镧系元素格子上方的钇和钪，共17种元素总称为稀土元素，用RE表示。

按照稀土元素的电子层结构及物理和化学性质，把钆以前的7个元素：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm和Eu称为轻稀土元素或铈组稀土元素；钆和钆以后的7个元素：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，再加上Sc和Y共10个元素，称为重稀土元素或钇组稀土元素。

“稀土”的名称是18世纪遗留下来的。

由于当时这类矿物相当稀少，提取它们又困难，它们的氧化物又和组成土壤的金属氧化物Al2O3很相似，因此取名“稀土”。

实际上稀土元素既不“稀少”，也不像“土”。

它们在地壳中的含量为0.01534，其中丰度最大的是铈，在地壳中的含量占0.0046，其次是钇、钕、镧等。

铈在地壳中的含量比锡还高，钇比铅高，就是比较少见的铥，其总含量也比人们熟悉的银或汞多，所以稀土元素并不稀少。

这些元素全部是金属，人们有时也叫它们稀土金属。

我国稀土矿藏遍及18个省（区），是世界上储量最多的国家。

内蒙包头的白云鄂博矿是世界上最大的稀土矿。

在我国，具有重要工业意义的稀土矿物有氟碳铈矿Ce(CO3)F，独居石矿RE(PO4)，它们是轻稀土的主要来源。

磷钇矿YPO4和褐钇铌矿YNbO4是重稀土的主要来源。

我们从以下几个方面来讨论镧系元素的通性：1、价电子层结构2、氧化态3、原子半径和离子半径4、离子的颜色5、离子的磁性6、标准电极7、金属单质电子层结构这是目前根据原子光谱和电子束共振实验得到的镧系元素原子的电子层结构：根据电子填充的一般规律，由于4f能级的能量介于6s和5d之间，由表Ln-1中可见，从第57号元素镧开始，新增加的电子填充在4f能级上，应该4f能级充满后再填充到5d能级上去。

镧系元素罕见而珍贵的稀土

镧系元素罕见而珍贵的稀土稀土元素是一类非常罕见而珍贵的化学元素，也被称为镧系元素。

它们在地壳中的含量很低，因此在过去的几十年中，稀土元素的重要性和价值逐渐被人们认识和重视起来。

本文将探讨镧系元素的特点、用途以及稀土元素产业的发展与挑战。

一、镧系元素的特点镧系元素是指周期表中的镧（La）至镱（Lu）这15个元素。

它们与其他元素相比具有一些独特的特点。

首先，稀土元素的原子半径相对较小，电子结构复杂，拥有丰富的能级和电子构型。

这赋予了它们一些特殊的化学和物理性质，如稀土元素化合物常常呈现出明亮的颜色，在光学和电子学领域有着重要应用。

其次，镧系元素具有良好的磁性。

有些稀土元素，如铽（Tb）、钆（Gd）和钐（Sm），拥有强大的磁性，被广泛应用于制造永磁材料、电机和磁性存储设备等领域。

此外，稀土元素还具有较高的化学活性和与其他元素形成复杂的化合物的倾向。

这使得镧系元素在催化剂、材料科学和生物医药等方面有重要的应用。

二、镧系元素的用途由于镧系元素的独特性质，它们在各个领域都有广泛的应用。

1. 光学与电子学领域：稀土元素是制造荧光粉和激光材料的关键成分，广泛用于LED照明、显示屏、激光器等设备。

同时，稀土元素还在光纤通信、光学传感器等领域发挥着重要作用。

2. 磁性材料领域：铽、钆和钐等稀土元素是制造永磁材料的主要元素，用于制造电机、发电机、磁性存储设备等。

稀土元素的磁性能保持时间长，能有效提高设备的性能和效率。

3. 催化剂领域：稀土元素在催化剂中发挥重要作用，能够促进化学反应的进行，并提高反应的选择性和效率。

催化剂广泛应用于化工、石油加工、汽车尾气净化等领域。

4. 新材料领域：稀土元素是许多新兴材料的关键成分，如稀土磁体材料、电池材料、生物材料等。

这些新材料具有重要的应用前景，可以推动能源、环境、医疗等领域的创新发展。

三、稀土元素产业的发展与挑战稀土元素的价值和重要性使得稀土元素产业成为许多国家的战略性产业。

然而，稀土元素产业也面临着一些挑战。

镧系元素的性质及其变化规律

La、Gd、Lu的构型可以用f0、f7、f14(全空、半满和全满)的洪特规则来解释，但Ce的结构尚不能得到满意的解释，有人认为是接近全空的缓故。
这两种电子结构可以用来说明镧系元素化学性质的差异。这些元素在参加化学反应时需要失去价电子，由于4f 轨道被外层电子有效地屏蔽着, 且由于E4fE5d, 因而在结构为 4fn6s2 的情况下, f 电子要参与反应，必须先得由4f 轨道跃迁到5d 轨道。这样，由于电子构型不同，所需激发能不同，元素的化学活泼性就有了差异。
原子序数是原子核内质子数的代表，偶原子序数的元素意味着核内质子数为偶数。已经知道，核内无论是质子还是中子，在基态时总以自旋相反配对存在，由于原子序数为偶数的元素能满足这种自旋相反配对的要求，因而能量较低，所以就特别稳定，既然该核特别稳定，那么它在地壳中的丰度就大。稳定的原子核，吸收热中子后仍然很稳定，反之，奇原子序数的核本身不稳定，吸收热中子后变得更不稳定，所以吸收热中子的数目有限。
另一方面，激发的结果增加了一个成键电子，成键时可以多释放出一份成键能。对大多数镧系的原子 , 其成键能大于激发能，从而导致4f 电子向5d 电子跃迁, 但少数原子，如 Eu和Yb，由于4f 轨道处于半满和全满的稳定状态，要使4f 电子激发必须破坏这种稳定结构, 因而所需激发能较大, 激发能高于成键能, 电子不容易跃迁, 使得Eu、Yb两元素在化学反应中往往只以6s2电子参与反应。
2 镧系元素的价电子层结构
下表列出镧系元素在气态时和在固态时原子的电子层结构。
镧系元素气态原子的 4f 轨道的充填呈现两种构型 , 即 4fn － 15d16s2 和 4fn6s2 ，这两种电子构型的相对能量如图1所示: 其中 La、Ce、Gd、Lu 的基态处于4fn－15d16s2 时能量较低，而其数的变化作图，如左图所示。一方面, 镧系元素原子半径从La的187.7 pm到Lu的173.4 pm，共缩小了14.3 pm，平均每两个相邻元素之间缩小 14.3/14≈1 pm。尽管平均相差只有1个pm，但其累积效应(共 14 pm)是很显著的。另一方面，原子半径不是单调地减小，而是在 Eu 和 Yb 处出现峰和在Ce处出现谷的现象。这被称为“峰谷效应 ”或“双峰效应”。

稀土元素特性综述

稀⼟元素特性综述稀⼟特性综述根据稀⼟元素原⼦电⼦层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共⽣情况和不同的离⼦半径可产⽣不同性质的特征，⼗七种稀⼟元素通常分为⼆组：轻稀⼟包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、。

重稀⼟包括：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇⼤多数稀⼟元素呈现顺磁性（顺磁性（paramagnetism）是指材料对磁场响应很弱的磁性）。

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。

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。

理化性质⼀是缺少硫化物和硫酸盐（只有极个别的），这说明稀⼟元素具有亲氧性；⼆是稀⼟的硅酸盐主要是岛状，没有层状、架状和链状构造；三是部分稀⼟矿物（特别是复杂的氧化物及硅酸盐）呈现⾮晶质状态；四是稀⼟矿物的分布，在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主，在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。

富钇的矿物⼤部分都赋存在花岗岩类岩⽯和与其有关的伟晶岩、⽓成热液矿床及热液矿床中；五是稀⼟元素由于其原⼦结构、化学和晶体化学性质相近⽽经常共⽣在同⼀个矿物中，即铈族稀⼟和钇族稀⼟元素常共存在⼀个矿物中，但这类元素并⾮等量共存，有些矿物以含铈族稀⼟为主，有些矿物则以钇族为主。

由于稀⼟元素可与银、锌、铜等过渡元素协同增效，开发的稀⼟复合磷酸盐抗菌可使陶瓷表⾯产⽣⼤量的羟基⾃由基，从⽽增强了陶瓷的抗菌性能。

稀⼟⾦属的化学活性很强。

当和氧作⽤时，⽣成稳定性很⾼的R2O3型氧化物（R表⽰稀⼟⾦属）。

镧系稀土元素在地壳中的丰度及同位素

类型
元素名称元素符号克拉克值(ppm) 锕 Ac 钍 Th 镤 Pa 铀 U 镎 Np 钚 Pu 镅 Am 锔 Cm 锫 Bk 锎 Cf 锿 Es 镄 Fm 钔 Md 锘 No 铹 Lr
锕系稀土元素资料能量系数
类型
元素名称元素符号克拉克值(ppm) 锂 Li 铷 Rb 铯 Cs
稀有元素资料矿物成份Nb Ta Zr Hf
土元素在地壳中的丰度及同位素在自然界中同位数 138La\139La 136Ce\138Ce\140Ce\142Ce 141Pr 142Nd\143Nd\144Nd\145Nd\146Nd\148Nd\150Nd 145Pm 144Sm\147Sm\148Sm\149Sm\150Sm\152Sm\154Sm 151Eu\153Eu 152Gd\154Gd\155Gd\156Gd\157Gd\158Gd\160Gd 159Tb 156Dy\158Dy\160Dy\161Dy\162Dy\163Dy\164Dy 156Ho 162Er\164Er\166Er\167Er\168Er\170Er 169Tm 168Yb\170Yb\171Yb\172Yb\173Yb\174Yb\176Yb 175Lu\176Lu 89Y
锕系稀土元素资料在自然界中同位数
稀有元素资料备注储量:≥2000T大型；2000-500T中型；＜500T小型
类型轻稀土轻稀土轻稀土轻稀土中稀土中稀土中稀土中稀土中稀土中稀土重稀土重稀土重稀土重稀土重稀土
镧系稀土元素在地壳中的丰度及同位素元素名称元素符号克拉克值(ppm) 能量系数镧 La 39 0.43-4.01 铈 Ce 43 4.02-7.3 镨 Pr 5.7 4.04-7.33 钕 Nd 26 4.05 钷 Pm \ 4.06 钐 Sm 6.7 4.08 铕 Eu 1.2 1.78-4.09 钆 Gd 6.7 4.09 铽 Tb 1.1 4.11-7.43 镝 Dy 4.1 4.12 钬 Ho 1.4 4.13 铒 Er 2.7 4.14 铥 Tm 0.3 4.15 镱 Yb 2.7 1.82-4.16 镥 Lu 0.8 4.17 钇 Y 24 4.13

元素周期表与稀土元素稀土元素的特殊性质与应用

元素周期表与稀土元素稀土元素的特殊性质与应用元素周期表与稀土元素：稀土元素的特殊性质与应用元素周期表是描述和分类化学元素的一种工具。

通过元素周期表，我们可以了解元素的原子结构、化学性质以及元素之间的关系。

其中，稀土元素作为元素周期表中的一部分，具有独特的特性和广泛的应用。

1. 稀土元素的概述稀土元素是指周期表中镧系元素（Z=57-71）及钇（Y，Z=39）和铯（Sc，Z=21），共17个元素。

尽管它们在地壳中的相对丰度较低，但由于其独特的理化性质，稀土元素在多个领域中得到广泛应用。

2. 稀土元素的特殊性质（1）电子结构：稀土元素的电子结构具有特殊的外层电子配分，其f电子在化学反应中表现出不同的态。

这使得稀土元素具有多样的化学反应性能和物理性质。

（2）反磁性：稀土元素中的部分元素表现出反磁性，即在一定条件下对磁场产生负磁化效应。

这种特性使得稀土元素在磁学领域中有重要应用。

（3）荧光性质：稀土元素在受到激发后，可以发出不同波长的荧光，这使得稀土元素广泛应用于荧光材料和荧光显示技术。

（4）配位数和化合价：由于稀土元素的f电子的特殊分布，它们的化合价和配位数常常不同于一般的元素。

这种独特性质使得稀土元素在催化剂和材料科学领域中具有广泛应用。

3. 稀土元素的应用稀土元素广泛应用于多个领域，以下是其中几个重要的应用领域的简要介绍：（1）磁性材料：稀土元素可以增强磁性材料的磁性，提高磁饱和度和矫顽力，被广泛应用于磁体、电机、传感器和存储器件等领域。

（2）催化剂：稀土元素具有良好的催化活性，广泛应用于催化剂的制备中，例如汽车尾气净化催化剂和石油加工催化剂等。

（3）荧光材料和光学器件：稀土元素的荧光性质使得其在荧光材料和光学器件中得到广泛应用，如荧光显示屏、荧光灯、激光器等。

（4）磁记录材料：稀土元素被应用于磁记录材料，提高了数据存储密度和性能。

（5）核能和放射性医学：稀土元素在核能领域和放射性医学中有重要应用，例如核能反应堆和核医学诊断等。

在周期系中,你知道什么是镧系元素？什么是稀土元素吗？它们的电子层结构和性质有什么特点？

(2)随着原子序数的增加，相邻元素原子半径虽然只缩小约1pm，但是经过从La到Lu14种元素的原子半径递减的积累却减小了约14pm之多。
在镧系收缩中，为什么原子半径的收缩比离子半径的收缩小得多呢？
想想看？这是因为离子比金属原子少一电子层，电子失去最外层6s电子之后，4f轨道则处于倒数第二层(倒数第一层为5s、5p轨道)，这种状态的4f轨道比原子中的4f轨道(倒数第三层)对核电荷的屏蔽作用小，从而使得离子半径的收缩效果比原子半径明显。
我国稀土矿藏遍及18个省（区），是世界上储量最多的国家。内蒙包头的白云鄂博矿是世界上最大的稀土矿。在我国，具有重要工业意义的稀土矿物有氟碳铈矿Ce(CO3)F，独居石矿RE(PO4)，它们是轻稀土的主要来源。磷钇矿YPO4和褐钇铌矿YNbO4是重稀土的主要来源。
我们从以下几个方面来讨论镧系元素的通性：
从表Ln-2所列镧系元素第三电离能I3的数据看，它们随原子序数的增加起伏较大，镧系元素由Ln2+
→Ln3+主要是由第三电离能I3决定的。I3的数值以Eu和Yb最大，其次为Tm和Sm，所以这些元素的+2价相对比较稳定。
另外从Ln-3可以看出，Eu2+和Yb2+的稳定性还与它们离子的电子层结构是半充满（Eu2+为4f7）和全充满（Yb2+为4f14）构型有关。Eu14和Yb2+就比Sm2+（4f6）和Tm2+（4f13）稳定。
从表Ln-8中的数据可见，镧系金属的密度、熔点除Eu和Yb以外，基本上随着原子序数的增加而增加。Eu和Yb的密度、熔点比它们各自左右相邻的两种金属都小。这是由于它们具有4f半充满和4f全充满的电子构型，使屏蔽效应增大，有效核电苛降低，导致原子核对外层6s电子的吸引力减小，而使它们的原子半径突然增大，以致它们的原子半径与碱土金属的原子半径相近，例如：

元素在地球中的演化特征及演化规律

元素在地球中的演化特征及演化规律摘要：元素在地球中特别是在上地壳中的演化规律，前人已经研究的很多了，相关的文献也异常丰富。

而利用稀土元素演化特征来探讨岩石、矿物甚至矿床成因,是地质科研及找矿工作的一个有效手段，作者也刚刚学习过《地球化学》这门课，因此结合所学和搜集的相关资料，本文将重点探讨稀土元素在地球演化中的特征，演化规律以及应用。

关键词：稀土元素、演化特征、规律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个元素密切相关的元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。

其中61号元素Pm(钷)同位素衰变太快,自然界尚未测定出来,故应用中只利用其14个元素。

由于同族元素钇(Y)的地球化学性质与稀土元素相似且密切伴生,故通常把钇也归于此类,用REE或TR 示之。

稀土元素多数呈银灰色，有光泽，晶体结构多为HCP或FCC。

性质较软，在潮湿空气中不易保存，易溶于稀酸。

原子价主要是正三价（铈正四价较稳定，镨和铽也有极个别的四价氧化物，钐、铕、镱有二价化合物），能形成稳定的配合物及微溶于水的草酸盐、氟化物、碳酸盐、磷酸盐及氢氧化物等。

在三价稀土氧化物中，氧化镧的吸水性和碱性与氧化钙相似，其余则依次转弱。

三价稀土的化学性质除钪的差异较显著外，其余都很相似，所以分离较难。

一般把稀土元素分为两组,即La(57)-Eu(63)为轻稀土或铈族稀土,用LREE示之;Gd(64)-Lu(71)为重稀土,一般把钇(Y)计入重稀土,故又称钇族稀土,用HREE 或Y示之。

但也有把稀土元素划分为三组的,即轻稀土(LREE,La-Nd)、中稀土(MREE,Sm-Ho)及重稀土(HREE,Er-Lu),但一般均采用二分法2常用稀土元素特征指数此处只列出了常用稀土元素特征指数的种类、计算方法及其指示意义,致于造成其变异的原因,将有专文报道。

镧系元素

由于稀土元素半径相近，性质相似，往往以混合矿物形式存在。
独居石、磷钇矿、氟碳铈镧矿等是重要的稀土磷酸盐矿物。
我国的稀土储量占世界第一位。
锕系元素都具有放射性 Ac Th 锕钍 Bk Cf 锫锎 Pa 镤 Es 锿 U 铀 Fm 镄 Np 镎 Md 钔 Pu Am 钚镅 No Lr 锘铹 Cm 锔
Ln2O3 难溶于水，易溶于酸，经过灼烧仍溶于强酸，与 Al2O3 不同。 Ln 盐类与 NaOH 反应，可以得到（III ） Ln （OH） 3，其碱性与碱金属和碱土金属的氢氧化物相近，且随着原子序数的递增而有规律减弱。
（2）其它价态化合物
除 + 3 价外，有的镧系元素也有 + 2 和 +4价。 + 4 价氧化物具有较强的氧化性，例如 PrO2 只能存在于固体中，与水作用将还原成 +3 价。 4 PrO2 + 6 H2O —— 4 Pr （OH） 3 + O2↑
Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 钆铽镝钬铒铥镱镥外加 Y 钇和 Sc 钪，称为钇组稀土或重稀土
稀土元素总量在地壳中的丰度为 1.53 × 10–2 %。
其中最多的是Ce，丰度为 6.8 ×10–3 % ，比 Cu 含量多，其次是 Y，Nd，La等，Pm 在地壳中仅以痕量存在。
镧系元素内层 4f 电子受晶体场影响较小，因此，在计算磁矩时，既要考虑自旋运动的贡献，又要考虑轨道运动的贡献。镧系元素是良好的磁性材料。其中，稀土—钴永磁材料是目前广发应用的磁性材料。
22―1―2 镧系元素的重要化合物
1 氧化物和氢氧化物
（1） +3 价化合物 +3 价是镧系元素的主要价态。除 Ce，Pr，Tb 外，镧系金属在空气中加热均可得到 +3 价碱性氧化物 Ln2O3。

稀土元素镧及其应用(精)

稀土元素镧及其应用在稀土元素家族中，锢无疑是个非常重要的成员。

论地位和名气，他居于稀土家族主体“镧系元素”之首，作为15个元素的代表占据了化学元素周期表主表中的一个空格，并以他的名字来命名这个元素族系。

论地壳中丰度为32ppm，占稀土总丰度的14.1%，仅次于铈和钕，居第三位。

从发现年代看，他也仅排在钇和铈之后，是第三个被发现的稀土元素。

1839年，那位曾经发现铈的瑞典化学家伯采利乌斯(J.J.Berzelius)，有一个瑞典学生名叫莫桑德(Car1 Mosander)，在研究“铈土”时，分离并发现其中还隐藏着一种新元素，于是莫桑德便借用希腊语中“隐藏”一词把这种元素取名为”镧”。

从此，镧便登上了被人类认识和利用的历史舞台。

镧之所以被较早发现，与他在元素周期表中的位置，也就是原子结构和性质密切相关。

他居镧系元素之首，4f轨道上电子数为0，与其他元素发生化学反应时呈正三价。

钪和钇虽然与他同在IIIB族，但不在一个周期，性质悬殊。

与他紧邻的铈又能呈稳定正四价状态，也造成较大的化学性质差异，易于分离。

而他与错钕等其他稀土元素之间又有铈相隔，因此镧比较容易同其他稀土分离并提纯。

稀土元素作为典型的金属元素，其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属。

在17个稀土元素当中，按金属的活泼次序排列，由钪、钇到镧递增，又由镧到镥递减，属镧最为活泼。

因此作为金属热还原工艺的还原剂，他可以用来还原制备其他稀土金属，而还原制备金属镧，则只能采用比他更为活泼的碱金属和碱土金属，通常采用金属钙作还原剂。

活跃的化学活性和丰富的储量，使镧广泛应用于冶金、石油、玻璃、陶瓷、农业、纺织和皮革等传统工业领域。

尽管生产镧并不困难，但为了降低成本，在充分发挥镧及稀土共性的前提下，经常以混合轻稀土或富镧稀土的产品形式使用。

稀土作为金属材料的净化和变质剂，通常以混合稀土金属或中间合金的形态来使用。

而镧作为最活泼的一员，在去除氧、硫、磷等非金属杂质和铅、锡等低熔点金属杂质，以及细化晶粒等方面自然会发挥首当其冲的作用。

稀土元素的稳定同位素和核能应用

稀土元素的稳定同位素和核能应用引言稀土元素指的是周期表中的镧系元素和钪、钇、铈、镍、铽等元素。

稀土元素拥有丰富的同位素，其中部分同位素具有稳定性，为科学研究和工业应用提供了重要的基础。

本文将介绍稀土元素的稳定同位素的特点以及其在核能应用中的关键角色。

稀土元素的稳定同位素稀土元素的稳定同位素具有不同的质子数和中子数，这使得它们具有不同的化学和物理性质。

以下是一些常见稀土元素的稳定同位素及其基本特点：1.钪的稳定同位素有三种，其中最常见的是钪-89（89Y），具有39个中子和50个质子。

钪-89被广泛用于核医学技术，可用于肿瘤治疗和影像学。

2.铽的稳定同位素有两种，其中最常见的是铽-159（159Tb），具有65个中子和94个质子。

铽-159常用于核磁共振成像（MRI）技术中，可用于检测人体内的病变。

3.钇的稳定同位素有七种，其中最常见的是钇-89（89Y），具有50个中子和39个质子。

钇-89广泛应用于核工程、半导体材料和化学分析等领域。

核能应用稀土元素的稳定同位素在核能应用中具有重要的角色，以下是其中的几个方面：核电站稀土元素中的镱具有丰富的同位素，其中最常见的是铷-88（88Sr）。

铷-88在核电站中作为核燃料之一，通过与铀-235（235U）发生裂变反应来产生热能，从而驱动发电机组产生电能。

放射性示踪剂稀土元素中的钪、钇和铈等元素的稳定同位素广泛应用于放射性示踪剂中。

这些示踪剂可以用于医学诊断、环境监测和材料研究等领域。

例如，钇-90（90Y）被用作肿瘤治疗中的放射性示踪剂，通过放射性衰变产生的高能电子可以破坏癌细胞。

核磁共振成像（MRI）稀土元素的铽同位素在核磁共振成像技术中扮演着重要角色。

铽-159是最常用的镧系元素同位素，其具有丰富的核自旋和磁矩，使得其成为一个理想的MRI对比剂。

通过与磁共振仪中的磁场相互作用，铽-159可以提供人体内器官和组织的详细图像。

结论稀土元素的稳定同位素在核能应用中发挥着重要的作用。

地球地壳中的化学元素丰度

地球地壳中的化学元素丰度
地球地壳是地球外围的一层固体岩石壳，由多种化学元素组成。

地球
地壳的平均厚度约为35千米，它所包含的化学元素丰度是研究地球构造
和地球化学的重要内容之一、以下将介绍地球地壳中常见的化学元素丰度
及其分布情况。

第一类元素是构成地壳主要的元素，包括氧、硅、铝、铁、钙、钠和钾。

其中，氧是地壳中最丰富的元素，约占地壳质量的46.6%。

硅元素紧
随其后，占地壳质量的27.7%。

铝元素占地壳质量的8.1%，铁元素占
2.6%，钙、钠和钾元素占2.2%、2.6%和2.4%。

第二类元素是地壳中存在量较小但仍然较为重要的元素，包括镁、钛、锰、镍、铅等。

镁元素的丰度约为2.1%，钛元素约为0.61%，锰元素约为0.09%，镍元素约为0.007%，铅元素约为0.0013%。

此外，还存在一些地壳中丰度较低的元素，如镧系元素、稀土元素等。

这些元素丰度较低，但在地质学和地球化学的研究中也具有重要意义。

地球地壳中元素的丰度分布呈现地域差异。

一般来说，地壳中的元素
丰度与地壳的成因有关。

例如，在火山带和地壳运动活跃的地区，地壳中铁、镁等含量较高。

而在海岸线附近，地壳中的氯、钠等含量较高。

此外，地壳中元素的丰度还受到地质作用的影响。

例如，地壳中的铜、银、金等
贵金属元素往往富集于矿床中。

总之，地球地壳中的化学元素丰度是地球科学研究的重要内容之一、
通过对地壳中化学元素丰度的分析，可以了解地球地壳的构成和演化过程，为地质学、地球化学等相关学科的发展提供重要的数据支持。

稀土——镧

稀土——镧镧：原子序数57，原子量138.9055，元素名来源于希腊文，原意是“隐蔽”。

镧1839年瑞典化学家莫桑德尔从粗硝酸铈中发现镧，并确认是一种新元素。

镧在地壳中的含量为0.00183%，是稀土元素中含量最丰富的一个。

镧有两种天然同位素：镧139和放射性镧138。

元素名称：镧（lán）CAS号：7439-91-0[1]元素符号：La元素英文名称：Lanthanum核内质子数：57核外电子数：57核电核数：57质子质量：9.5361E-26质子相对质量：57.399所属周期：6所属族数：IIIB元素原子量：138.9元素类型：金属原子体积:(立方厘米/摩尔)20.73元素在太阳中的含量:(ppm)0.002元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面 0.0000026地壳中含量：（ppm）32原子序数：57氧化态：Main La+3性质摩尔质量：139密度：6.7镧熔点：920.0沸点：3469.0外围电子排布：5d1 6s2核外电子排布：2,8,18,18,9,2晶体结构：晶胞为六方晶胞。

晶胞参数：a = 377.2 pmb = 377.2 pmc = 1214.4 pmα = 90°β = 90°γ = 120°莫氏硬度：2.5声音在其中的传播速率：（m/S）2475电离能 (kJ /mol)M - M+ 538.1M+ - M2+ 1067M2+ - M3+ 1850M3+ - M4+ 4819M4+ - M5+ 6400M5+ - M6+ 7600M6+ - M7+ 9600M7+ - M8+ 11000M8+ - M9+ 12400M9+ - M10+ 15900颜色和状态：银白色金属原子半径：2.74常见化合价：+3镧发现发现人：莫桑德尔发现时间和地点：1839 瑞典发现人：卡尔·古斯塔法·莫桑德尔（Carl·Gustaf·Mosander）发现年代：1839年简介银白色的软金属，有延展性。

第9章稀土元素-习题答案

第九章稀土元素【习题答案】9.1 什么叫内过渡元素？什么叫镧系元素？什么叫稀土元素？解：内过渡元素：指镧系和锕系元素，位于f区，也称为内过渡元素。

镧系元素：从57号元素镧到第71号元素镥，共15种元素，用Ln表示。

稀土元素：是15个镧系元素加上钪（Sc）和钇（Y），共计17个元素。

9.2 从稀土元素的发现史，你能得到何种启示？解：请阅读“9.1.1 稀土元素的发现”一节的内容，体会科学研究的精神。

9.3 稀土元素在地壳中的丰度如何？主要的稀土矿物有哪些？世界和我国的稀土矿藏分布情况如何？解：稀土元素在地壳中的丰度如下表所示：元素名称Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm 丰度/g·t－1 5 28.1 18.3 64.1 5.53 23.9 4.5×10－20 6.47元素名称Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 丰度/g·t－1 1.06 6.36 0.91 4.47 1.15 2.47 0.20 2.66 0.75主要的稀土矿物有独居石、氟碳铈矿、磷酸钇矿等。

我国稀土资源极其丰富，其特点可概括为：储量大、品种全、有价值的元素含量高、分布广。

已在18个省市发现蕴藏各类稀土矿，储量占世界已探明稀土矿藏的55％左右。

南方以重稀土为主，内蒙古以轻稀土为主。

在内蒙古包头市北边白云鄂博，称为“世界稀土之都”，储量占全国储量70％以上。

国外稀土资源集中在美国、印度、巴西、澳大利亚和俄罗斯等国。

9.4 如何从稀土矿物中提取稀土元素？解：从稀土矿物中提取稀土元素主要包括三个阶段：（1）精矿的分解：利用化学试剂与精矿作用使稀土元素富集在溶液或沉淀中，与伴生元素分离开来。

方法可分为干法和湿法。

（2）化合物的分离与纯化：从混合稀土氧化物或混合稀土盐中分离出单一的稀土元素。

方法有分级结晶法、分级沉淀法、选择性氧化还原法、离子交换法、溶剂萃取法等。

（3）稀土金属的制备：通常采用熔融盐电解和热还原法。