稀土元素的电子结构和镧系收缩PPT课件

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稀土元素(研)资料课件

稀土元素在高科技产业、新材料、新能源等领域有广泛应用，全球需求持续增长。
供需平衡状况
近年来，全球稀土元素供需状况总体保持平衡，但未来随着新兴产业的发展，需求还将继续增长。
市场价格波动
影响因素
稀土元素市场价格波动受多种因素影响，包括全球供需状况、政策调整、技术进步等。
价格走势
近年来，稀土元素市场价格呈现波动上涨趋势，未来随着需求的增长，价格仍有上涨空间。
溶剂萃取法
原理
利用不同物质在两种不混溶液体中的溶解度差异，将目标稀土元素从一种溶剂转移到另一种溶剂中。
步骤
混合、搅拌、分离、回收。
优点
高效、选择性高、操作简便。
缺点
需要大量有机溶剂，可能产生环境污染。
离子交换法
原理利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应，将目标稀土元素留在离子交换
剂上，从而实现分离。优点
选择性。
润滑油
02
添加稀土元素可改善润滑油的性能，延长润滑油的使用寿命。
高分子合成
03
在合成高分子材料中加入稀土元素，可改善其热稳定性、光稳
定性和力学性能。
玻璃陶瓷
玻璃
添加稀土元素可改变玻璃的透光性、颜色和电学性能，制造出各种特殊功能的玻璃。
陶瓷
在陶瓷材料中加入稀土元素，可改善其力学性能、热稳定性和电学性能。
稀土元素(研)资料课件
目录
CONTENTS
• 稀土元素简介 • 稀土元素提取技术 • 稀土元素在各领域的应用 • 稀土元素的环境影响 • 稀土元素的市场前景 • 我国稀土政策与法规
01 稀土元素简介
定义与特性
定义
稀土元素是指元素周期表中镧系元素加上钪和钇共17种元素的总称。

稀土元素介绍及其应用ppt课件

;
• 稀土元素是现代高科技所必需的，从航空到核能，都离不开稀土元素。我国是的稀土产量是世界第一，约占世界总量的60％，但是由于我国的分离稀土的技术、设备落后，成本高、而且只能分离出一部分。于是我国只能出口廉价的矿石给日本、美国，却要以高昂的价价格从他们那买回来必需的稀土元素。我国一年进口的稀土元素所花的钱甚至比出口稀土矿石所得到的钱还要多。
稀土元素介绍及其应用
;
• 稀土是稀土元素(或称稀土金属)的简称，是17 种元索组成的一个金属大家族，第三副族中的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等等15个镧系元素(拥有独特的4f电子轨道)以及性质与它们相近的钪和钇。
;
• ‘稀土’是由18世纪末被发现时而得名，当时认为它们很稀贵，其氧化物又有难溶于水的“土性”，故称为稀土。现在看来，稀土在地壳中的重量百分含量〔克拉克值〕比铜、铅、锌、银等常见金属元索还要高，性质也不像土，而是一组性质十分活泼的金属，但“稀土〞这个奇特的名称却被沿用至今。
• 目前稀土元素的应用蓬勃发展料的研制和应用，稀土元素已成为不可缺少的原料。
;
稀土元素在传统产业领域中应用
;
农业领域
• 目前发展有稀土农学、稀土土壤学、稀土植物生理学、稀土卫生毒理学和稀土微量分析学等学科。稀土作为植物的生长、生理调节剂，对农作物具有增产、改善品质和抗逆性三大特征；同时稀土属低毒物质，对人畜无害，对环境无污染；合理使用稀土，可使农作物增强抗旱、抗涝和抗倒伏能力。当前我国农田施用稀土面积达5 000—7 000万亩/年，为国家增产粮、棉、豆、油、糖等6—8亿公斤，直接经济效益为 10—15亿元，年消费稀土1 100—1 200吨。

稀土元素-介绍PPT课件

稀土元素简介
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1
一、稀土元素介绍二、稀土元素的一般物理性质三、稀土元素的非金属化合物四、稀土元素与化合物的反应.源自2一、稀土元素介绍
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)。
2RE3++3CO32- → RE2(CO3)3 RE2(CO3)3在900oC时热分解为氧化物。
RE2(CO3)3 → RE2O3+3CO2
.
12
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13
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14
.
15
性质：镧系元素硫酸盐和硫酸铝相似，易溶于水，含结晶水
Ln2(SO4)3·xH2O；脱水时经历以下三步： Ln2(SO4)3·xH2O→ Ln2(SO4)3 →Ln2O2SO4 →Ln2O3
惰性气氛中也被氧化，形成三价氧化物。二价稀土元素的氢氧化物Eu(OH)2可用10mol/L
NaOH和金属Eu反应制备;
Eu+3H2O → Eu(OH)2H2O+H2
.
10
.
11
（三）、稀土元素的几种含氧酸盐
一、稀土元素的碳酸盐
稀土水合碳酸盐能与大多数酸反应，在水中的溶解度在10-5~10-7mol/L范围内。稀土碳酸盐在900oC时分解成氧化物。向可溶性的稀土盐溶液中加入略过量的 (NH4)CO3，可生成 (RE2CO3)3（正碳酸盐）：
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《稀土元素的反应》PPT课件

2 稀土金属与金属元素作用

稀土金属几乎能同所有的金属元素作用，生成组成不同的金属间化合物。与镁生成REMg、REMg2、REMg4等化合物 (稀土金属微溶于镁)；与铝生成RE3Al、RE3Al2、REAl、REAl2、 REAl3、RE3Al4等化合物；与钴生成RECo2、RECo3、RECo4、RECo5、 RECo7等化合物，其中Sm2Co7、SmCo5为永磁材料；
（5）稀土硫酸盐稀土氧化物与略微过量的浓硫酸反应、水合硫酸盐高温脱水或酸式盐的热分解均可制得无水稀土硫酸盐。无水稀土硫酸盐容易吸水，溶于水是放热，在20℃时，稀土硫酸盐的溶解度由铈至铕依次降低，由钇至镥依次升高。水合稀土硫酸盐可用通式RE2(SO4)3·nH2O表示，其中n=3,4,5,6,8,9,但以n=9(La,Ce)和 n=8(Pr至Lu)为最常见。稀土硫酸盐与碱金属和碱土金属的硫酸盐均能形成复盐
17种元素，称为稀土元素。一般用符号RE表示。
稀土元素的化学反应
化学与环境工程学院专业：应用化学
稀土元素在周期表中的位置
稀土名字的由来：
以氧化物的形式从当时认为是相当稀少的矿物中发现，所以称为稀土，类似于苦土MgO，锆土 ZrO2等。习惯使用到今天。
其实稀土不稀也不土：
不稀：现已探明稀土元素的丰度比一些普通元素还要高。不土：稀土元素除可以氧化物存在，还可以盐类等形式存在。

+3价铈的氢氧化物不稳定，只能在真空条件下制备，它在空气中将被缓慢氧化，在干燥条件下很快被转变为黄色的+4价铈的氢氧化物。因此，三价铈的氢氧化物是一种很强的还原剂。
（3）稀土氨化物金属Eu和Yb均能溶解在液氨中，得到蓝色溶液，对该溶液适当处理可得到RE(NH2)2和 RE(NH3)6两种氨化物。 RE(g)=RE2+(氨)+2e-(氨) Eu(NH2)2是橙色固体，易水解为黄色的 Eu(OH)2 • H2O，并慢慢氧化为Eu(OH)3； Yb(NH2)2是铁锈红色或褐色固体，磁测表明：仍含有Yb(Ⅲ)。 Eu(NH3)6和Yb(NH3)6是褐色金属状固体，可分解；是体心立方结构，与碱土金属六氨合物相似。 Eu(NH3)6(s)=Eu(s)+6NH3(g)

镧系元素PPT课件

原子半径/pm
187.7 182.4 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4
Ln3+半径 /pm E q /V
106.1
-2.38
103.4
-2.34101.3-2.3599.5-2.32
世界上目前已发现的稀土矿物约有250多种，其中含量较高的有60多种，实际上有开采价值的只有10多种。我国稀土矿藏遍及十多个省，是世界上储量最多的国家。白云鄂博矿床距包头 150 公里，它是世界上最大的稀土资源，目前的稀土产量占全国的 60%。
具有重要工业意义的稀土矿物有磷钇矿(YPO4)､氟碳铈 (Ce(CO3)F)矿､褐钇铌矿(YNbO4)等等。
a) 镧系收缩的原因
1. 是由于4f 电子对原子核的屏蔽作用比较弱，随着原子序数的递增，外层电子所经受的有效核电荷缓慢增加，外
电子壳层依次有所缩小。
2. 由于f 轨道的形状太分散，4f 电子互相之间的屏蔽也非常不完全，在填充 f 电子的同时，每个4f 电子所经受的有效核电荷也在逐渐增加，结果使得4f 壳层也逐渐缩小。
水溶液中，又能存在于固体中； ✓ 正 4 价的 Ce(IV) 具有氧化性:
✓ CeO2：不溶于酸或碱；强氧化剂(被H2O2还原) ✓ 常见的+4价铈盐有硫酸铈Ce(SO4)2·2H2O和硝酸
铈 Ce(NO3)4·3H2O。能溶于水，还能形成复盐。
如何快速分离铈？
Ce4+与其它Ln3+的差别： • CeO2·H2O在pH为时沉淀，其它Ln3+要在pH为
c) 镧系收缩的影响
➢使钇Y3+(88 pm)在离子半径的序列中落在铒Er3+(88.1 pm) 的附近，因而在自然界中常同镧系元素共生，成为稀土元素的一员. ➢使镧系后面各族过渡元素的原子半径和离子半径分别与相应同族上面一个元素的原子半径和离子半径极为接近：例： IV B族的Zr4+(80 pm)和Hf4+(79 pm); V B族的Nb5+(70 pm)和Ta5+(69 pm);VI B族的Mo6+(62 pm)和W6+(62 pm)，离子半径极为接近，化学性质相似。结果造成锆与铪，铌与钽，钼与钨这三对元素在分离上的困难. ➢第VIII族中两排铂系元素在性质上的极为相似，也是镧系收缩所带来的影响.

第2章稀土元素的电子结构和镧系收缩 PPT

89 Ac 6d17s2
遵循洪特规则，即等价轨道全充满、半充满或全空的状
态比较稳定。
稀土元素原子核外电子的分布（电子构型）
稀土元素的价电子层结构和氧化态
原子序数
符号
原子价电子层结构
RE2+
氧化态 RE3+
RE4+
21
Sc
3d14s2
—
39
Y
4d15s2
—
57
La
5d16s2
—
58
Ce
4f15d16s2
[Xe]4fn6s2和[Xe]4fn-15d16s2 其中[Xe]＝1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6。
La后其它的元素，电子填充4f轨道，两种情况4fn-15d16s2 ；4fn6s2 ШB族基态价电子层结构
21 Sc 3d14s2 1s22s22p63s23p63d14s2 39 Y 4d15s2 1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2 57 La 5d16s2 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d16s2
例如镧的一种电子组态 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d16s2，表示占据能量为ε1s的单电子状态的电子数为2，占据能量为ε2s的单电子状态的电子数为2，占据能量为ε2p的单电子状态的电子数为6等。
电子组态
构造原理:多电子原子中电子在轨道上的排布规律称为 “构造原理”。基态原子的电子在原子轨道中填充排布的顺序通常为： ls， 2s，2p， 3s，3p， 4s，3d，4p， 5s，4d， 5p， 6s，4f，5d，6p， 7s，5f，6d … … 据此可写出大多数原子基态的电子组态。在某些特殊情况下，上述填充排布的顺序稍有变化。构造原理图示如下, 这也是元素周期律的基础。

镧系元素.ppt

6铕36铕3EEuu 9镅59镅5AAmm
664钆4钆GGdd 9锔9锔66CCmm
6655铽铽TTbb 9977锫锫BBkk
6969镝锎68镝锎68DCDCyfyf69钬7锿969钬7H锿9EHoEsos160镄8铒1060镄8铒FE0mrFEm1r60铥钔911MT60铥钔9dm1MT1dm70镱锘021NY70镱锘ob02NY170ob1镥铹3 L1L701u镥铹r3 LLur
原子半径/pm
187.7 182.4 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4
Ln3+半径 /pm E q /V
106.1 -2.38
103.4 -2.34
101.3 -2.35
99.5 -2.32
三、氧化态
+III氧化态是所有Ln元素的特征氧化态。
Ce(4f15d16s2),Pr(4f36s2),Tb(4f96s2),Dy(4f106s2) 能形成+IV氧化态即
Ce(4f0),Pr(4f1),Tb(4f7),Dy(4f8) 。
Sm(4f66s2),Eu(4f76s2),Tm(4f136s2),Yb(4f146s2) 能形成+II氧化态即
钫镭 Ac-Lr 钅卢钅杜钅喜钅波钅黑钅麦 Uun Uuu Uub
114 116 118
镧锕系系镧锕系系85镧锕97ALca85镧锕97A5L9铈钍80caTC59he铈钍80 TC59he9镨镤1 P5P99镨镤1arPP69ar0钕2铀N690U钕2d铀NUd69钷镎136P9N钷镎13mpPNmp69钚24钐69钚24PS钐PSumum

稀土元素分析化学PPT课件

特性
稀土元素具有丰富的电子能级，可与其他元素形成稳定的化合物，表现出独特的物理和化学性质，如荧光、催化、磁性等。
稀土元素在地壳中的分布
分布
稀土元素在地壳中分布广泛，但相对集中于某些矿物中，如氟碳铈矿、独居石等。
储量
全球稀土资源丰富，主要分布在中国、美国、澳大利亚等国家。
稀土元素的重要应用
04
CATALOGUE
稀土元素的分析方法
质谱法
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
质谱法是一种通过测量样品离子质量和丰度来进行分析的方法。在稀土元素分析中，质谱法具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够准确地测定稀土元素的质量数，进而确定元
素组成。
原子吸收光谱法
总结词
高精度、低背景干扰
VS
详细描述
原子吸收光谱法是一种基于原子能级跃迁的分析方法。通过测量特定波长的光被吸收的程度，可以确定样品中目标元素的存在和浓度。在稀土元素分析中，原子吸收光谱法具有高精度和低背景干扰的优点，能够准确测定稀土元素的含量。
稀土元素分析化学的定义与重要性
定义
稀土元素分析化学是研究稀土元素的性质、组成、结构和形态，以及它们在环境、材料和生物体内的存在、迁移、转化和检测的科学。
重要性
稀土元素在高科技产业、新材料、新能源等领域具有广泛应用，因此准确测定稀土元素的含量和分布对于科学研究、工业生产和环境保护具有重要意义。
稀土元素分析化学的主要方法
THANKS
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分析准确度与精密度的提高
总结词
提高分析准确度与精密度是稀土元素分析化学的重要挑战，有助于减小误差和提高分析质量。
详细描述
随着分析技术的发展，稀土元素分析化学将不断提高准确度和精密度，减少误差和不确定性，提高分析质量，以满足更严格的质量控制和检测要求。

镧系与稀土PPT课件

2020/1/6
双峰效应：缺少5d电子，只提供6s 电子（离域电子）参与形成金属键，使其金属键比其他Ln元素弱，原子半径明显增大
8
二、金属活泼性
镧系金属都是活泼金属
其活泼性仅次于碱金属，与镁接近，都是强还原剂；活泼性顺序由Sc、Y、La递增，由La~Lu递减
在不太高的温度下即可与氧、硫、氯、氮等反应，所以在冶金工业中常用作脱硫、脱氧剂
△
LnCl3·6H2O ==== LnOCl+HCl↑+5H2O
得到无水氯化物要在HCl气流中加热
Ln2O3+C+Cl2 → LnCl3+CO
Ln2O3+SOCl2 → LnCl3+SO2↑
Ln2O3+NH4Cl → LnCl3+NH3↑+H2O
△
Ln2(C2O4)3
Ln2O3 +CO↑+CO2 ↑
4. 氧化态为+4和+2的化合物
铈(Ce)、镨(Pr)、铽(Tb)、镝(Dy)都能形成+4氧化态的化合物，其中以四价铈的化合物最重要
四价铈化合物既能存在于水溶液，又能存在于固体四价均是强氧化剂
2CeO2+8HCl = 2CeCl3 + Cl2 + 4H2O 2CeO2 + 2KI + 8HCl = 2CeCl3 + I2 + 2KCl + 4H2O 钐(Sm)、铕(Eu)和镱(Yb)能形成+2氧化态化合物； Sm2+, Eu2+, Yb2+具有不同程度的还原性铕（Ⅱ）盐的结构类似于Ba, Sr相应的化合物，如 EuSO4同BaSO4结构相同，难溶于水

第2章稀土元素的电子结构和镧系收缩

第2章稀土元素的电子结构和镧系收缩稀土元素是指周期表中镧系元素，从镧（La）到镥（Lu）。

它们被称为稀有土壤元素，因为它们在地壳中的含量相对较低。

稀土元素具有独特的电子结构和镧系收缩现象，这些特征使得它们在化学和物理领域中具有广泛的应用。

稀土元素的电子结构是其独特性质的基础之一、稀土元素的原子核中有一种称为4f电子的内层电子，这些电子处于7s轨道之下，因此它们在化学反应中几乎没有参与。

然而，稀土元素的外层电子又和常规的d电子和f电子（把f电子放在外侧）在能量上非常接近。

这使得稀土元素具有很多特殊的化学性质，如高磁性、发光性等。

另一个重要的特征是稀土元素的镧系收缩。

镧系收缩是指在元素周期表中，随着电子逐渐填充4f轨道，原子半径逐渐减小的现象。

这是因为随着电子数目的增加，电子云的电子-电子排斥力增大，使得整个原子缩小。

镧系收缩的结果是稀土元素具有非常相似的化学性质，难以分离和区分。

这也是为什么稀土元素在过去很长一段时间内被认为是难以研究和利用的原因之一然而，稀土元素的电子结构和镧系收缩也为其在化学和物理领域中的应用提供了很多机会。

稀土元素在催化剂、磁性材料、发光材料等方面具有重要的应用价值。

由于其独特的电子结构和化学性质，稀土元素可以用来设计和制备具有特殊性质和功能的材料。

例如，稀土元素的电子结构使得它们在磁性材料中表现出色。

稀土元素的f电子对电子自旋和轨道运动具有很强的耦合作用，导致稀土离子具有强磁性。

稀土磁性材料具有广泛的应用，如磁存储器、电动机等。

此外，稀土元素还在发光材料中发挥重要作用。

稀土元素的f电子级间跃迁可以产生具有特定波长的光，使得稀土元素成为制备发光材料的理想选择。

例如，镧系元素中的铕和钆常用于制备红色和绿色荧光材料。

稀土元素的电子结构和镧系收缩也对稀土化学和化学分析提出了挑战。

由于稀土元素具有相似的化学性质，分离和鉴定稀土元素变得十分困难。

然而，随着分析技术的不断发展，如高效液相色谱、电感耦合等离子体质谱等，稀土元素的分析变得更加精确和高效。

稀土元素的电子结构分析

稀土元素的电子结构分析稀土元素，这可真是个神奇又有趣的领域！咱们今天就来好好扒一扒它们的电子结构。

我还记得有一次在实验室里，为了研究稀土元素的电子结构，我和同事们可是费了好大的劲。

那是一个阳光明媚的上午，实验室里的仪器都在安静地等待着我们的操作。

我们把精心准备好的稀土样本小心翼翼地放进了检测设备中，每个人的眼睛都紧紧盯着屏幕，期待着能从中解读出稀土元素电子结构的秘密。

稀土元素包括镧系元素加上钪和钇，一共 17 种元素。

它们的电子结构那叫一个复杂而独特。

先来说说镧系元素，它们的电子构型有一个明显的特点，就是在填充电子的时候，会先填充 4f 轨道。

这 4f 轨道就像是一个神秘的小房间，电子们在里面排排坐。

比如说，镧（La）的电子构型是 Xe5d1 6s2，而铈（Ce）则是 Xe4f1 5d1 6s2。

稀土元素的电子结构决定了它们很多独特的性质。

就拿磁性来说吧，由于 4f 电子的特殊排布，使得一些稀土元素具有很强的磁性。

这就好比电子们在跳一场独特的舞蹈，它们的舞步决定了整个表演的精彩程度。

再看看它们的光学性质，稀土元素在发光材料中可是大显身手。

为啥呢？还是因为它们那特别的电子结构。

当受到外界能量激发时，电子会在不同的能级之间跃迁，从而发出各种颜色的光。

就像一场绚烂的灯光秀，让人惊叹不已。

而且啊，稀土元素的电子结构还影响着它们在催化领域的表现。

电子在不同轨道之间的转移，就像是一个个小精灵在传递能量，促进化学反应的进行。

在实际应用中，稀土元素的电子结构更是发挥着关键作用。

比如说在永磁材料中，钕（Nd）的电子结构使得它能够制造出超强的永磁体，广泛应用于电机、音响等领域。

总之，稀土元素的电子结构就像是一本神秘的密码本，我们通过不断地研究和探索，逐渐解开其中的奥秘。

就像那次在实验室里，虽然过程充满了挑战，但每一个新的发现都让我们兴奋不已。

未来，随着科技的不断进步，我们对稀土元素电子结构的理解也会越来越深入，相信会有更多神奇的应用等着我们去发掘。

稀土元素-PPT课件

→ 1/2Cl2
熔盐电解法
通过电流密度、电解槽温度及电解液组成等条件控制，使电解在析出稀土金属的范围进行。氧化物-氟化物熔盐体系的电解是利用稀土氧化物溶解在氟化物（作为助熔剂）中电解，电解时的反应为：阴极 RE3+ + 3e→ RE
阳极
O 2- +
2O2+
C → CO
C
+
2e+ 4e-
土有机物，看来既安全又有益。细胞有作用；对甲状腺结构变化有影响。稀土杂多配合物显示出较强的抗稀土是有效的杀菌物。稀土化合物在医药方面 ② 对内分泌系统作用爱滋病毒活性及较低的细胞毒性，是的应用显示其特点及优越性，对于改善药物的目前为止发现的一种较好的抗爱滋病性能、提高药效找到了新的途径。 ③ 对神经系统的作用毒杂多配合物。
萃取
洗涤
反萃取
从稀土元素的电极反应的标准电势值可知，稀土金属非常活泼，且稀土氧化物的生成热很大，十分稳定，制备纯金属比较困难，通常采用熔盐电解法和金属热还原法等。
镧系元素的标准电极电势 /V
熔盐电解法
用于制取大量混合稀土金属或单一稀土金属，电解液：无水RECl3、助熔剂（NaCl或KCl）。如果原料为混合的RECl3，电解产物为混合稀土金属；如果原料为单一的RECl3，则电解产物也是唯一的稀土金属。有关的电极反应为：阴极阳极 RE3+ Cl+ 3e→RE + e-
稀土元素的发现
稀土金属是芬兰学者加多林 (Johan Gado1in)在1794年发现的。当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为 (Baxe Earth)。