稀土元素化学..
稀土就是化学元素周期表中镧系元素
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（Rare Earth）。
简称稀土（RE或R）。
稀土的分类】1）轻稀土（又称铈组）：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
2）重稀土（又称钇组）：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
铈组与钇组之别，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇比例多的而得名。
稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、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)。
它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。
【名称由来】17种稀土元素名称的由来及用途镧(La) "镧"这个元素是1839年被命名的，当时有个叫"莫桑德"的瑞典人发现铈土中含有其它元素，他借用希腊语中"隐藏"一词把这种元素取名为"镧"。
镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。
她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。
铈（Ce） "铈"这个元素是由德国人克劳普罗斯，瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的，以纪念1801年发现的小行星--谷神星。
稀土元素的特点
稀土元素的特点稀土元素是指周期表中的镧系元素和钇系元素，共计17种元素。
它们被称为稀土元素是因为它们在地壳中的含量非常稀少。
稀土元素具有许多独特的特点，下面将对其进行详细解释。
1. 化学性质多样性：稀土元素具有丰富的化学性质，可以形成多种化合物。
它们的原子结构中的电子分布不同，因此具有不同的价态和电子构型，使得它们在化学反应中表现出多样性。
2. 磁性：稀土元素中的某些元素如钕、铽等具有较强的磁性。
这些磁性稀土元素被广泛应用于制造永磁材料，用于制造电机、发电机、磁记录材料等。
3. 光学性质：稀土元素在可见光和紫外光区域有较强的吸收和发射能力，因此被广泛应用于荧光体、荧光粉、光纤通信等领域。
4. 半导体性质：稀土元素中的一些元素如铈、铽、钕等具有半导体性质。
它们可以用于制造光电器件、太阳能电池等。
5. 化学稳定性：稀土元素具有较好的化学稳定性，能够耐受高温和腐蚀。
因此，它们被广泛应用于高温合金、催化剂、陶瓷材料等领域。
6. 放射性：稀土元素中的一些元素如镧、铀等具有放射性。
这些放射性稀土元素在核能、核医学和射线治疗等领域有重要应用。
7. 稀土磁石效应：稀土元素中的某些元素如镧、铈等具有稀土磁石效应。
这种效应使得稀土磁石具有较高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于电机、传感器、磁记录材料等领域。
8. 催化性能：稀土元素具有良好的催化性能，能够在化学反应中起到催化剂的作用。
它们被广泛应用于石油加工、环境保护、化学合成等领域。
9. 生物学功能：稀土元素在生物体内具有重要的生物学功能，如对植物生长的促进作用、对动物体内酶活性的调节作用等。
10. 稀有性：稀土元素在地壳中的含量非常稀少，因此被称为稀土元素。
它们的分布不均匀，主要分布在中国、澳大利亚、美国等地。
总结起来，稀土元素具有多样性的化学性质、磁性、光学性质、半导体性质、化学稳定性、放射性、稀土磁石效应、催化性能、生物学功能等特点。
这些特点使得稀土元素在许多领域具有重要的应用价值，如电子、光电、材料、能源、环境等领域。
稀土元素化学
1.稀土元素符号，氧化物和草酸盐的化学式，可能的各种价态的电子构型。
写出稀土离子的基态光谱项，三价稀土离子的颜色，何谓镧系收缩，四分组效应，双双效应？讨论稀土的二价化合物和四价化合物稳定性及如何应用该变价性质来分离稀土元素。
答案:稀土元素符号（1）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) 57—71 和21的钪（Sc）39的钇（Y）工业上常用的稀土元素除了钪（Sc）钷(Pm)氧化物形式是正三价铈是特殊的氧化物是：CeO2和Pr6O11 Tb4O2草酸盐化合物：草酸盐都是正三价钪钇的离子是无色的离子未成对电子数光谱项颜色光谱项未成对电子数离子La3+0(4f 0) 1S0无1S00(4f 14) Lu3+Ce3+1(4f 1) 2F5/2无2F5/21(4f 13) Yb3+Pr3+2(4f2) 3H4黄绿3H62(4f 12) Tm3+Nd3+3(4f3) 4I9/2红4I15/23(4f 11) Er3+Pm3+4(4f4) 5I4粉红/淡黄5I84(4f 10) Ho3+Sm3+5(4f5) 6H5/2淡黄6H15/25(4f 9) Dy3+Eu3+6(4f6) 7F0浅红7H66(4f 8) Tb3+Gd3+7(4f 7) 8S7/2无8S7/27(4f 7) Gd3+镧系收缩：在镧到镥15个稀土元素的离子重，电子层数都为5层，但半径随着原子序数增加减少。
这种现象叫做“镧系收缩”四分组效应：所谓四分组效应是指15个镧系元素的液液萃取体系中以分配比对原子序数作图，能用四条平滑的曲线将图上标出15个点分成四组。
第一组La,Ce,Pr,Nd.第二组Pm,Sm,Eu,Gd第三组Gd Tb Dy Ho 第四组Er Tm Yb Lu双双效应：是指镧系元素分离因素与原子序数的关系中分为La-Gd和Gd-Lu两组，各组中出两个现最大值和最小值。
稀土元素地球化学
0.074
0.259 0.047 0.322
1.24
5.2 0.85 5.8
Ho
Er Tm Yb Lu Y
123.6111
125.2381 118.125 115.311 113.0303 93.36735
95.27778
103.3333 90.625 89.47368 85.75758 65.81633
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• LaN/SmN：反映了轻稀土之间的分馏程度。该值越大， 轻稀土越富集。 根据LaN/SmN可以对岩石进行分类。如根据LaN/SmN比 值，Schilling（1975a）将洋中脊玄武岩划分成三种类型： N型（正常型），LaN/SmN＜1；稀土元素组成模式为亏 损型。 P（E）型，地幔柱型或异常型，LaN/SmN＞1；富集型。 T型，过渡型；LaN/SmN≈1 • GdN/YbN：反映了重稀土之间的分馏程度。该值越小， 重稀土富集程度越高。有人用GdN/YbN比值将马提岩划 分成三个组。
• 在成矿研究中，常用未矿化或蚀变的岩石 为标准，了解成矿或蚀变过程中，稀土元 素的变化。
这种方法的优点
• 一般公认球粒陨石的轻-重稀土元素之间不存在 分异。 采用球粒陨石标准化模式图可使样品中各REE 间的任何程度的分异更清楚地显示出来。 克服奇偶原子序数的元素丰度不同所造成的 REE曲线锯齿状变化。 可以反映所研究样品相对于原始地球稀土组成 的地球化学分异作用。 直线斜率、形态和偏离直线的稀土元素的异常 地球化学行为，为成岩成矿机理研究，提供了 重要信息。
• ② LREE/HREE—轻重稀土元素比值 • 用途：能较好地反映REE的分异程度以及 指示部分熔融残留体和岩浆早期结晶矿物 的特征。是判断残留相或结晶相矿物组合 的重要依据。
高等无机化学第六章 稀土元素
2.卤化物 半水氟化物可通过氢氟酸溶液与热镧系硝酸盐溶液反应制 得。在真空中加热半水氟化物到300 ℃或在HF气氛中加热到 600 ℃脱水可制得无水LnF3. 氟化物是唯一不溶于水的镧系卤化物。其熔点很高、不吸 湿、很稳定。 从水中结晶析出的氯化物均含结晶水，对其加热得到的不 是无水物，是LnOCl。获取无水氯化物的方法有： （1）在HCl气流中加热水合氯化物，如6.7KPa,400 ℃, 36h。 （2）加热过量NH4Cl与氧化物（或水合氯化物）的混合物 Ln2O3 + 6NH4Cl
6.2.4 镧系元素氧化态
镧系元素失去6s2和5d1或失去6s2或一个4f电子，而表现 为常见的稳定氧化态+3。由于4f的全空、半充满和全充满，
有些元素又有+2和+4。
Ln4+:Ce4+(4f0),Tb4+(4f7); Ln2+:Eu2+(4f7),Yb2+(4f14) Eu2+在水中可稳定存在，是最稳定的离子。 Ce4+是很好的氧化还原氧化还原剂，可在水中长时间稳（动
力学因素）。
Ln3+颜色：
La3+(4f0)、Lu3+(4f14)具有封闭电子构型，在可见区、紫外区均 无吸收；Ce3+(4f1)、Eu3+(4f6)、Gd3+(4f7) 、Tb3+(4f8)吸收带全部 或绝大部分在紫外区，Yb3+(4f13)的吸收带出现在近红外区。它 们的4f轨道为全空、半空、全充满、半充满、或接近全空、全充
300℃
2LnCl3 + 3H2O + 6NH3↑
无水氯化物熔点较高（600～800 ℃）很易吸湿。
用Ca还原SmF3、EuF3、YbF3可得其二氟化物。制备其 它镧系元素的二氟化物，只能在CaF2 or SrF2 orBaF2中， 用 Ca还原LnF3制取。 制备其它二卤化物的一般方法有： （1）稀土金属还原相应的三卤化物 2TmI3 + Tm 3TmI3 （2）在水溶液中以Zn-Hg齐还原Eu3+到Eu2+。 （3）用H2还原三卤化物 2SmCl3 + 1/2H2 SmCl2 + HCl 700℃ （4）加热分解无水三卤化物 2SmI3 2SmI2 + l2(g) （5）在液氨中，金属Sm、Eu、Yb与NH3反应
稀土元素化学课件1 共132页
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)， 钪（Sc），钇（Y）
稀土分离
• (1)溶剂萃取法
溶剂萃取法具有处理容量大，反应速度快，分离效果 好的优点，它已经成为稀土分离中使用的最主要手段
• (2)离子交换法
离子交换法是稀土元素分离和制备单一稀土元素的重要 方法
• (3)萃淋树脂法
萃淋树脂法利用萃取柱色层法分离稀土，是液体色层 法的一种特殊形式
稀土应用
• (1) 冶金工业 • (2)玻璃、陶瓷工业 • (3) 石油化工中 • (4) 核工业 • (5)光学材料 • (6)电子工业 • (7)高温超导材料
1935年，《中国地质学会志》 第14卷第2期正式发表了何作霖的 题为《绥远白云鄂博稀土类矿物的 初步研究》(英文)的论文，他在论 文中正式公布他的研究成果，分别 将他在白云鄂博矿中发现的两种稀 土矿物暂时命名为“白云矿”和“ 鄂博矿”。后证实“白云矿”就是 氟碳铈矿，“鄂博矿”就是独居石 。于是大家公认，丁道衡是白云鄂 中国发现稀土第一人——何作霖 博矿山的发现者，而何作霖却是发 现其中稀土的第一人 。
轻稀土和重稀土两组，其中轻稀土又称铈组元素， 包括La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu；重稀土又称 钇组元素，包括Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb， Lu和Y ；
轻、中和重稀土三组。轻稀土为La，Ce，Pr，Nd； 中稀土为Sm，Eu，Gd，Tb，Dy；
稀土分为四组：铈组为La，Ce，Pr；钐组为Nd，Sm ，Eu；铽组为Gd，Tb，Dy；铒组为Ho，Er，Tm， Yb，Lu，Y。
稀土元素-稀土的应用
工业领域
Magic Rare earth element
医 药 领 域
农业领域
稀 1.冶金工业领域 1. 稀土元素对于硫，氧等元 3. 稀土在玻璃工业中有三个 素的亲和力很强，在炼钢 土 中可混合稀土去除硫，氧 应用：玻璃着色、玻璃脱色和 在石油裂化工业中，稀土分子 元 2.石油化工领域 制备特种性能的玻璃。 等杂质，获得纯净的钢材。 作为筛裂化催化剂，活性高、 4. 稀土可以加入陶瓷和瓷釉 素 选择性好、汽油的生产率高。 • 之中，减少釉和破裂并使其 氢在稀土中有很大的溶解 钕玻璃为粉红色并带有紫 在 3.玻璃工业领域 可以使分子筛的催化效率大大 具有光泽。但更主要用做陶 色光泽、镨玻璃为绿色 度，可以用稀土吸收钢水 (制造滤 增加，并且延长了其使用寿命。 工 瓷的颜料，它可使陶瓷的颜 中的氢，克服氢脆。 光片 )等； 业 4.陶瓷工业领域 色更柔和、纯正，色调新颖， 二氧化铈可将玻璃中呈黄 光洁度好。稀土氧化物还可 领 绿色的二价铁氧化为三价而脱 以制造耐高温透明陶瓷 (应用 5. 稀土作为荧光灯的发 域 5.电光源工业领域 色，还可以加入氧化钕进行物 于激光等领域 )、耐高温坩埚 理脱色； 光材料，是节能性的光 ( 冶金)。 的 源 ，特点是 光效好 、光 稀土特种玻璃如铈玻璃(防 应 6.污染治理 色好 、寿命 长 。比白炽 辐射玻璃 )、镧玻璃(光学玻璃)。 用 灯可节电75—80%。
④ 对人体皮肤的作用
⑤对人体癌症及爱滋病毒的作用
谢谢啊！
优点：
①电动机的效率增强；
磁性材料
②电动汽车起动机的起动力会大大 增加而体积却大大减小； ③家用电器能耗显著降低； ④有广泛的应用前景，如：磁悬浮 高速列车，自动化高速公路。
缺点：成本变高
17种稀土元素
17种稀土元素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(Rare Earth)。
简称稀土(RE或R)。
概述日本是稀土的主要使用国，目前中国出口的稀土数量居全球之首稀土作为许多重大武器系统的关键材料，美国几乎都需从中国进口（某些程度上是战略的储备）。
稀土是中国最丰富的战略资源，它是很多高精尖产业所必不可少原料，中国有不少战略资源如铁矿等贫乏，但稀土资源却非常丰富。
在当前，资源是一个国家的宝贵财富，也是发展中国家维护自身权益，对抗大国强权的重要武器。
中国改革开放的总设计师邓小平同志曾经意味深长地说：“中东有石油，我们有稀土。
”稀土是一组同时具有电、磁、光、以及生物等多种特性的新型功能材料, 是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业, 如农业、化工、建材等起着重要作用。
稀土用途广泛, 可以使用稀土的功能材料种类繁多, 正在形成一个规模宏大的高技术产业群, 有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。
有“工业维生素”的美称。
中国的稀土情况介绍我国是名副其实的世界第一大稀土资源国，已探明的稀土资源量约6588万吨。
我国稀土资源不但储量丰富，而且还具有矿种和稀土元素齐全、稀土品位及矿点分布合理等优势，为我国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。
中国稀土资源成矿条件十分有利、矿床类型齐全、分布面广而有相对集中，目前，地质科学工作中已在全国三分之二以上的省（区）发现上千处矿床、矿点和矿化地。
中国稀土矿床在地域分布上具有面广而又相对集中的特点。
截止目前为止，地质工作者已在全国三分之二以上的省（区）发现上千处矿床、矿点和矿化产地，除内蒙古的白云鄂博、江西赣南、广东粤北、四川凉山为稀土资源集中分布区外，山东、湖南、广西、云南、贵州、福建、浙江、湖北、河南、山西、辽宁、陕西、新疆等省区亦有稀土矿床发现，但是资源量要比矿化集中富集区少得多。
稀土元素化学
含稀土的矿物
氟化物 钇萤石(Ca、Y)(F、O)2，氟铈矿CeF3
磷酸盐
碳酸盐及 氟碳酸盐
磷钇矿YPO4，独居石(Ce、Y)PO4 氟碳铈矿CeFCO3，水菱铈矿RE2O3•3CO2•4H2O 硅铍钇矿BeFeY2Si2O10、铈硅石(Ca,Mg)2RE[(SiO4)7－ x(FCO3)x][(OH)x(H2O)3-x]，淡红硅钇矿Y2Si2O7 钶钇矿(Fe,RE,U,Th)(Nb,Ta)2O6，褐钇钽矿(RE、Ca、 Fe、U)(Nb、Ta)O4，方铈石(Ce、Th)O2 砷钇矿YAsO4 水铈钙硼石 Ca3Al2RE(SO4)F13•10H2O
价电子构 型
3d14s2 4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
氧化态
+3 +3 +3 +3,+4 +3,+4 +3 +3 +2,+3 +2,+3 +3 +3,+4 +3 +3 +3 +2,+3 +2,+3 +3
Eθ(M3+ /M)/V
-2.37 -2.52 -2.48 -2.47 -2.44 -2.42 -2.41 -2.41 -2.40 -2.39 -2.35 -2.32 -2.30 -2.28 -2.27 -2.25
Ln(III)与Ca(II)性质的比较
性质 电子构型 电荷 离子半径/Å 键型 配位数 优先配位原子 水和数 水的交换速率/S-1 扩散系数 晶体场稳定化能 光学性质 Ln(III) [Xe]4f1~14 +3 1.00~1.17(CN=6~9) 离子键 6~12(常见8~9) O>N>S 8或9 ~5×107 La(III)1.30 很小(421KJ/mol-1) 特征 Ca(II) [Ar] +2 1.00~1.8 离子键 6~12(常见6~7) O>N>S 6 ~5×108 1.34 0 无
稀土17种元素
稀土17种元素15个镧系元素，即镧（57）、铈（58）、镨（59）、钕（60）、钷（61）、钐（62）、铕（63）、钆（64）、铽（65）、镝（66）、钬（67）、铒（68）、铥（69）、镱（70）、镥（71），再加上与其电子结构和化学性质相近的钪（21）和钇（39），共计17个元素。
除钪与钷外，其余15个元素往往共生。
镧（57）镧【拼音】：[lán]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，可制合金，亦可做催化剂。
铈（58）铈【拼音】：[shì]【字义】：1.一种金属元素，是优良的还原剂，可用来制合金。
镨（59）镨【拼音】：[pǔ]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，用于做特种合金和特种玻璃，亦可做陶器的颜料。
钕（60）钕【拼音】：[nǚ]【字义】：1.一种金属元素，色微黄，稀土金属。
【常用词组】：1.钕玻璃[nǚbōli]钷（61）、钷【拼音】：[pǒ]【字义】：1.一种人造的放射性元素。
钷的乙种射线能使磷光体发光，用来制造荧光粉、航标灯，亦用来制造小而轻的原子电池。
钐（62）钐【拼音】：[shān] [shàn]【字义】：[shān] 1.一种金属元素，灰白色，有放射性，稀土金属。
铕（63）铕【拼音】：[yǒu]【字义】：1.一种金属元素，银白色。
用作彩色电视机的荧光粉，在激光材料及原子能工业中有重要的应用。
钆（64）钆【拼音】：[gá]【字义】：1.一种金属元素，稀土金属。
它的氟化物和硫化物都带淡红色。
用于微波技术、彩色电视机的荧光粉、原子能工业及配制特种合金。
铽（65）铽【拼音】：[tè]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属，无色结晶的粉末，有毒。
它的化合物可做杀虫剂，亦用来治疗皮肤病。
镝（66）镝【拼音】：[dí] [dī]【字义】：稀土族的三价金属元素,它形成的化合物属于已知的具有最大磁性的物质之列。
其氧化物呈白色,而盐呈微黄色[dysprosium]——元素符号Dy 钬（67）钬【拼音】：[huǒ]【字义】：1.一种金属元素，属稀土金属。
稀土元素化学(共10张PPT)
2.稀土氧化物的性质
稀土氧化物除Ce,Pr,Tb外可用RE2O3通式表示，可通过灼烧氢氧化物、 RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧Ce,Pr,Tb的氢氧化物、 RE2(CO3)3或RE2(C2O4)3，则得到CeO2,Pr6O11，Tb4O7等化合物。
在封闭管中，将金属RE与S 按一定的比例混合，缓慢升温，然后保持在1000℃，即可得到RES. RES的结构属于面心立方NaCl型结构，每个RE原子周围有6个S原子，而每个S原子周围有6个RE原子，即RE和S的配位数为6。
相应的盐，并放出硫化氢。 2.硫化物的熔点较高，RE2S3在熔点时有较高的蒸汽压，在高温时分解， 如Sm2S3与1800℃分解成Sm3S4和S，Y2S3在1700℃分解为Y5S7.
第6页，共10页。
（3）结构
RES的结构属于面心立方NaCl型结构，每个RE原子周 围有6个S原子，而每个S原子周围有6个RE原子，即 RE和S的配位数为6。
（五）氧化物和氢氧化物
1.稀土氧化物的制备
稀土氧化物除Ce,Tb,Pr外可用RE2O3通式表示，它可通过灼烧氢 氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3制备，在空气中灼烧Ce,Pr,Tb的灼 烧氢氧化物、RE2(CO3)3,RE2(C2O4)3，则得到CeO2,Pr6O11和Tb4O7
等氧化合物
第5页，共10页。
Ce2S3 → Ce3S4→ CeS
混RE合N物遇加水热后稀到会1土缓0慢00中水~1解2E0并0u℃放S。出不氨气能： 用该法制备，但可用H2S和EuCl反应制得。
稀土氢氧化物是一种胶状沉淀，受热不稳定，高于200℃，则发生脱水反应生成REO(OH),温度高则会生成RE2O3。 REN遇水后会缓慢水解并放出氨气：
稀土元素化学
3.3 稀土元素的存在状态
三种情况：
（1）参加矿物晶格，是矿物不可缺少的部分，即稀 土矿物，如独居石、氟碳铈矿等。
（2）以类质同晶置换的形式分散在造岩矿物中，这 类矿物可称为含有稀土元素的矿物，如磷灰石、 钛铀矿等。
（3）呈吸附状态存在于矿物中，如粘土矿、云母矿 等。这类状态的稀土元素很容易提取。
● 磁光材料：指在紫外到红外波段， 具有磁光效应的光信息功能.如磁 光光盘等.
● 超磁致伸缩材料：指稀土—铁汞化 合物，具有比铁、镍等大得多的磁
场伸缩值. 可做声纳系统、驱动器等.
② 发光、激光材料：固 f-f、f-d 跃迁而使发出的光能量差大、波长 短而成 为发光宝库.
厂家
Y2O2S:Eu + α–Fe2O3 红色荧光粉的性质
1. 3 稀土元素在自然界中的存在
1.3.1 稀土元素在自然界中的同位素 1.3.2 稀土元素在自然界中的分布 稀土元素在地壳中的分布有如下特点： （1）整个稀土元素在地壳中的丰度比一些常见元素要多。 （2）在地壳中铈组元素的丰度比钇组元素大。 （3）稀土元素分布是不均匀的，一般服从奥多-哈尔根斯规则：
世界稀土资源
➢ 全世界已经发现的稀土矿物约有250种； ➢ 具有工业价值的稀土矿物有50～60种； ➢ 目前具有开采价值的只有10种左右；
表1.7 含稀土的矿物
氟化物 磷酸盐 碳酸盐及氟碳酸盐 硅酸盐
氧化物
砷酸盐 硼酸盐 硫酸盐 钒酸盐
钇萤矿、氟铈矿CeF3
磷钇矿YPO4、独居石(Ce、Y)PO4 氟碳铈矿CeFCO3、水菱铈矿RE2O3·3CO2·4H2O 硅铍钇矿BeFeY2Si2O10、铈硅矿(Ca、Mg)2RE[(SiO4)7x(FCO3)x][(OH)x(H2O)3-x]、淡红硅钇矿Y2Si2O7 铌钇矿(Fe、RE、U、Th) (Nb、Ta)2O6、褐钇钽矿(RE、 Ca、Fe、U) (Nb、Ta)O4、方铈石(Ce、Th)O2 砷钇矿YAsO4 水铈钙硼矿 Ca3Al2 RE(SO4)F13·10H2O 钒钇矿
稀土元素地球化学
La
2. 稀土元素的分组
Ce
Pr
2.1 二分法
Nd
Pm
1）轻稀土元素 (LREE，ΣCe族稀土)
Sm
Eu
从La到Eu7个元素
Gd
Tb
2）重稀土元素 (HREE ，ΣY族稀土)
Dy
从Gd到Lu+Y 9个元素
Ho
Er
Tm
Yb
Y
La
2. 稀土元素的分组
Ce
2.2 三分法
Pr
Nd
1）轻稀土元素 (LREE)
全部的REE均显示稳定的正3价状态
2. 稀土元素的离子价态
Eu：[Xe]4f76s2 Eu2+ Yb：[Xe]4f146s2 Yb2+
Ce：[Xe]4f15d16s2 Ce4+
Tb：[Xe]4f96s2
Tb4+
第三节 稀土元素地球化学
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
第三节 稀土元素地球化学
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
（二）稀土元素的性质
1 电子构型 2 离子价态 3 离子半径 4 稀土元素的元素置换 5 稀土元素的分配系数
5. 稀土元素的分配系数
1）特定矿物REE分 配系数的模式一 般不变，数值上 看，富硅体系一 般高于基性体系。
一、稀土元素的主要性质
（一）稀土元素及其分组
La-Lu+Y, LREE,HREE,MREE
（二）稀土元素的性质
第三节 稀土元素地球化学
稀土元素
（2）原子半径和离子半径角度
镧系元素的原子半径及 Ln3+离子半径，在总的趋势上 都随着原子核电荷数的增大 而减小，这一现象叫做镧系 收缩。
由于铕和镱各自具有半充满和全充满的4f 亚层，这一相对稳定的结构对核电荷的屏 蔽较大，所以原子半径明显增大。
在镧系 原子半径收 缩的过程中， 有两处突跃。
即铕和 镱的原子半 径突然增大， 在图中在铕 和镱处出现 了两个峰值。
，一次分离重复操作竟达2万次，
对于化学分工步作者法而是言利，用其化艰合辛的物程在溶剂中溶解的难易程 度，度可（想溶而解知。度因）此上用的这差样别的方来法进行分离和提纯的。
不能大量生产单一稀土。
溶解 加热 浓缩
分步 析出
②离子交换法
阳离子交换 树脂填充于 柱子内
形成络合物的 稀土就脱离离 子交换树脂
稀土元素包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、 钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、 镥。
稀
稀土金属是芬兰学者加多林
土 (Johan Gado1in)在1794年发现的。
元
当时在瑞典的矿石中发现了矿物 组成类似“土”状物而存在的钇
素 土，且又认为稀少，便定名为
的
发
现
(Baxe Earth)。
①燃点低。 ②比其他金属元素都活泼。 ③ 氧化物稳定。 ④氧化物熔点高，生成自由能负值大。
一．稀土元素的简介和性质 二. 稀土元素的应用 三. 稀土元素的分离 四. 稀土元素的制备
稀土元素 稀土元素 的组成 的发现
稀土元素的 稀土元素的 化学性质 物理性质
稀土元素的组成
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。
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Eθ(M3+ /M)/V
-2.37 -2.52 -2.48 -2.47 -2.44 -2.42 -2.41 -2.41 -2.40 -2.39 -2.35 -2.32 -2.30 -2.28 -2.27 -2.25
Ln(III)与Ca(II)性质的比较
性质 电子构型 电荷 离子半径/Å 键型 配位数 优先配位原子 水和数 水的交换速率/S-1 扩散系数 晶体场稳定化能 光学性质 Ln(III) [Xe]4f1~14 +3 1.00~1.17(CN=6~9) 离子键 6~12(常见8~9) O>N>S 8或 9 ~5×107 La(III)1.30 很小(421KJ/mol-1) 特征 Ca(II) [Ar] +2 1.00~1.8 离子键 6~12(常见6~7) O>N>S 6 ~5×108 1.34 0 无
稀土元素的基本性质
元 素
Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
原子 序数
21 39 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
相对原子 质量
44.956 83.905 138.91 140.12 140.907 144.24 [145] 150.35 151.96 157.25 158.924 162.50 164.930 167.26 168.934 173.04 174.97
原子半径 /pm
164.06 180.12 187.91 182.47 182.79 182.14 (181.1) 180.41 204.18 180.13 178.33 177.40 176.61 175.66 174.62 193.92 173.49
离子半径 (M3+)/pm
73.2 89.3 106.1 103.4 101.3 99.5 (97.9) 96.4 95.0 93.8 92.3 90.8 98.4 88.1 86.9 85.8 84.8
1－6 稀土材料的相关研究单位
1-1 稀土元素的概念
镧系元素: 原子序数57-71的15个元素,即镧(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)。
५
镱(Ytterbium)1878
钪(Scandium)1879
镥(Lutetium)1907
钬土(Holmia)
铒(Erbium)1879
镝(Dysprosium)1886
钬(Holmium)1879
铥(Thulium)1879
1-2 单质的结构与性能
• 镧系元素的电子构型通式是4f0~145d0~16s2。镧系元素单质及其离 子的物理和化学性质十分相似，但随核电荷数增加和4f电子数目不 同所引起的半径变化，使他们的性质略有差异，成为镧系元素得以 区别和分离的基础。在17种稀土元素中，Sc的化学性质与其他16种 元素有较大区别，与碱土金属更加相似。
主要内容
第一章 稀土元素概论 第二章 稀土元素的自由原子和离子 的电子结构 第三章 稀土元素的光谱和磁性 第四章 三价稀土化合物 第五章 稀土元素络合物化学
第一章 稀土元素概论
1－1 稀土元素的概念
1－2 单质的结构和性能
1－3 我国的稀土资源及稀土矿种类
1－4 稀土元素的重要化合物
1－5 稀土元素的应用
内过渡元素: 从铈到镥(58-71)共14种元素,当原子序数增 加时,依次进入4f轨道,最外层的电子是 6s2,故称为内过渡元 素。
५
稀土元素:原子序数21钪(Sc)、39的钇(Y)和镧系元素合称 为稀土元素。
५
稀土元素的发现(La Ce Pr Nd Sm Eu Gd)
铈硅矿(Cerite)1751 铈土(Ceria)1803
稀土元素的发现(Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Y)
硅铍钇矿（Gadolinite）1787 钇土(Yttria)1794 钇(Yttrium)1843 老铒土(Old Erbia)1843 新铽土(New Terbia)1878 钆(Gadolinium)1880 铽(Terbium)1878 镱土(Ytterbia) 老铽土(Old Terbia)1843 新铒土(New Erbia)1860 铒土(Erbia)1878
稀土元素的性质
稀土金属呈银白色，具有延展性，有很强的还原性，其标准 电极电势与镁接近，具有与碱土金属相似的性质，应保存在煤油 中，否则会被空气氧化而变色；金属的活泼顺序由Sc-Y-La递增， 由La到Lu递减；容易与其他非金属形成离子键化合物；室温下能 与卤素反应生成卤化物LnX3，473K时，反应激烈并迅速燃烧。
铈(Cerium) 1839-1841
镧(Lanthanum) 1839ห้องสมุดไป่ตู้1841
镏土(Didymia) 1839-1841
钐土(Samaria)1879
钆(Gadolinium)1886
镨(Praseodymium)1885 钕(Neodymium)1885
钐(Samarium)1901
铕(Europium)1901
价电子构 型
3d14s2 4d15s2 5d16s2 4f15d16s2 4f36s2 4f46s2 4f56s2 4f66s2 4f76s2 4f75d16s2 4f96s2 4f106s2 4f116s2 4f126s2 4f136s2 4f146s2 4f145d16s2
氧化态
+3 +3 +3 +3,+4 +3,+4 +3 +3 +2,+3 +2,+3 +3 +3,+4 +3 +3 +3 +2,+3 +2,+3 +3
• 稀土元素位于周期表中的ШB族，特征氧化态为＋3。根据洪特 规则，当d或f轨道处于全空、全满或半满时，其原子或离子有特殊 的稳定性，Ce和Tb失去4个电子时，分别处于全空和半满，所以＋ 4氧化态也较稳定；Pr和Dy失去四个电子，4f轨道接近全空和半满， 所以也可存在＋4氧化态；Eu和Yb失去2个电子时，4f轨道分别处 于半满和全满，也可形成较稳定的＋2氧化态化合物，Sm和Tm的 ＋2氧化态化合物稳定性较差。