第三章：稀土元素的光谱特征及课件
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稀土元素的能级跃迁和光谱特征109页PPT
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
稀土元素的能级跃迁和光谱特征
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
Hale Waihona Puke 9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
稀土元素ppt课件
稀土元素
2
先来欣赏几张图片
3
4
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。镧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。
氯 化 镧 粉 末
化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
8
铈可作催化剂金 耐 高 热 ︐ 可 以 用 来 制 造 喷 气 推 进 器 零 10 件
镨
★镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制 成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯 正、淡雅。 ★用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永 磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状 的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。 ★用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子 筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳 定性。我国70年代开始投入工业使用，用量不断增大。 ★镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越 广。 11
17
钐钴磁体元件
18
19
铕
氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的激活剂，
Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S：Eu3+是发光效率、涂
敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率 和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用 于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用 于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反 应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。
钷 造为 放核 射反 性应 元堆 素生 产 的 人
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先来欣赏几张图片
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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。镧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。
氯 化 镧 粉 末
化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
8
铈可作催化剂金 耐 高 热 ︐ 可 以 用 来 制 造 喷 气 推 进 器 零 10 件
镨
★镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制 成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯 正、淡雅。 ★用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永 磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状 的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。 ★用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子 筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳 定性。我国70年代开始投入工业使用，用量不断增大。 ★镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越 广。 11
17
钐钴磁体元件
18
19
铕
氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的激活剂，
Eu2+用于蓝色荧光粉。现在Y2O2S：Eu3+是发光效率、涂
敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率 和对比度等技术的改进，故正在被广泛应用。近年氧化铕还用 于新型X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用 于制造有色镜片和光学滤光片，用于磁泡贮存器件，在原子反 应堆的控制材料、屏敝材料和结构材料中也能一展身手。
钷 造为 放核 射反 性应 元堆 素生 产 的 人
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。
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。
稀土元素化学课件1 共132页
。 ，铥(Tm)，镱(Yb)，镥(Lu)，它们位于周期表中第6周期，原子序数为57～71的位置上 稀土元素（17个元素）
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)， 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。
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。
稀土元素的光谱特征共109页
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
稀土元素的光谱特征
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
稀土元素PPT课件
离 子 半 径
稀土元素的重要化合物
①氢氧化物 ②氧化物 ③碱性氧化物 ④配合物
配合物
①类型和数目比d过渡元素要少得多。
② Ln3+离子半径较大，配合物稳定 性差。 ③ Ln3+与配位体之间的作用力很弱， 主要通过静电作用。
大部分稀土金属呈紧密六方晶格或面 心立方晶格结构，只有钐为菱形结构，铕为 体心立方结构。
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。
大面积超薄型显示屏
（1）、微合金化作用 （2）、捕氢作用 （3）、与其它有害元素的作用
（4）、稀土元素的脱硫、脱氧
钢液中 降至 加稀土 201ppm
复杂的 硫化物
净化的 钢液
稀土元素在农业领域的应用
①增加作物产量 ②改善作物品质 ③增强作物抗逆性 ④增加经济效益
稀土元素在医药领域的应用
度不过多大直稀土，接可土稀，可食促有土适用 能进促是量稀是细进一摄土致胞保种人元癌的护低 ，素、活效毒 有（促性应或癌；。助性离的对大于物子原胰量提质）因岛的高，浓之素实机其细验毒体胞表性的明分，与免泌稀铁疫差力； 一土但。有①是然机有从而 物调，对大细取 ，节大消量胞食 看作量的化有于 来用动补系作动 既，物充统用植安对实；则作物全胃验对会用，又粘中甲从有膜造可状而益起成以腺获。保对看结取护出机构稀作R体变用EC化的。1有3危对影害鼠响腺。。垂体 爱稀 的滋土应病稀是用毒土有显活杂效示性多的其②及配杀特较合菌点对物低物及内显的。优分示细稀越泌出胞土性系较毒化，强性统合对的，作物于抗是在改用医善药药方物面的 目前为性止③能发、现对提的神高一经药种效系较找好统到的的了抗作新爱用的滋途病径。
稀土元素-介绍PPT课件
稀土元素简介
.
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
.
13
.
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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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
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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
.
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（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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第三章：稀土元素的光谱特征及
谱带，谱带的位置越向低波数方向移动。 例如： Sm３+ Eu３+ Yb３+的Br-配合物电荷跃迁 吸收谱带的位置比Cl-的配合物电荷跃迁吸收谱 带的位置出现在较低波数处。 b.对于给定的配体来说：金属离子氧化性强，越 易获得电子，电荷跃迁吸收谱带越易出现在较 低波数处。
例如： Sm３+ Eu３+ Tm３+Yb３+的配合物中易出现
b. f-f跃迁光谱是类线性的光谱 谱带尖锐的原因是:处于内层的4f电子受到5s
和5p电子的屏蔽，受环境的影响较小，所以自由 离子的光谱是类原子的线性光谱。
[Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2 于d-d跃迁吸收光谱有所区别： 由于d电子是处于外层，易受环境的影响使谱
带变宽。
如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为100cm-1左 右，而过渡金属元素的d-d跃迁谱带的分裂
4I15/2 4F9/2
6F1/2 6F56/H2 6F56/F23/72/2
6H7/2 6H9/2 6H11/2 6H13/2
6H15/2 Dy
§3-2稀土离子的吸收光谱 稀土离子的吸收光谱的产生归因于三种情
况： 来自fn组态内的能级间跃迁即f-f跃迁； 组态间的能级间跃迁即f-d跃迁； 电荷跃迁如配体向金属离子的电荷跃迁。
Er3+ （4f11) 364-652 微红
Ho3+ （4f10) 287-641 粉红
黄
Dy3+ （4f9 ) 350-910 黄
Tb3+ （4f8) 284-477 无色
Sm2+ （4f6)
红褐色
Yb2+ （4f14)
绿色
从上表可看出： RE3+的颜色，其中4fn ,4f14-n组态的离子有
例如： Sm３+ Eu３+ Tm３+Yb３+的配合物中易出现
b. f-f跃迁光谱是类线性的光谱 谱带尖锐的原因是:处于内层的4f电子受到5s
和5p电子的屏蔽，受环境的影响较小，所以自由 离子的光谱是类原子的线性光谱。
[Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2 于d-d跃迁吸收光谱有所区别： 由于d电子是处于外层，易受环境的影响使谱
带变宽。
如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为100cm-1左 右，而过渡金属元素的d-d跃迁谱带的分裂
4I15/2 4F9/2
6F1/2 6F56/H2 6F56/F23/72/2
6H7/2 6H9/2 6H11/2 6H13/2
6H15/2 Dy
§3-2稀土离子的吸收光谱 稀土离子的吸收光谱的产生归因于三种情
况： 来自fn组态内的能级间跃迁即f-f跃迁； 组态间的能级间跃迁即f-d跃迁； 电荷跃迁如配体向金属离子的电荷跃迁。
Er3+ （4f11) 364-652 微红
Ho3+ （4f10) 287-641 粉红
黄
Dy3+ （4f9 ) 350-910 黄
Tb3+ （4f8) 284-477 无色
Sm2+ （4f6)
红褐色
Yb2+ （4f14)
绿色
从上表可看出： RE3+的颜色，其中4fn ,4f14-n组态的离子有
第三章：稀土元素的光谱特征及PPT课件
可编辑课件PPT
9
Ce3+ Eu3+Gd3+Tb3+ 虽然在200~1000nm范围内有吸收， 但大部分落在紫外区，所以通常也无色。 Yb3+的吸收落在近红外区所以也无色 Pr3+ Nd3+Pm3+ Sm3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ 吸收在可见光区，所以有色。
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10
元素
如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为 100cm-1左右，而过渡金属元素的d-d跃迁 谱带的分裂1000~3000cm-1左右。
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8
c.谱带的范围较广
在近紫外、可见光和近红外都能得到 稀土离子的光谱。
Sc,Y,La,Lu三价离子是封闭壳层，从 基态跃迁至激发态所需能量较高，因而 它们在 200-1000nm范围内无吸收，无 色。
如：Pr3+4f2组态有13个J能级， Nd3+4f3组态有41个J能级 .
在稀土离子可能存在的组态中，4fn是 能量最低的组态，因此在光谱性质的研究 中也是最重要的。
可编辑课件PPT
3
2.能级图
三价稀土离子的4fn组态能级见下图。各能级均
以光谱支项表示。图中数值是从中性原子或离子的发
射光谱中得到的，有些可能不够完全。图中基态能级
不同的金属离子与同一配体结合能力不同， 引起谱带位移和方向不同。金属离子与配体键和 程度越大，谱位移越大，通常谱带红移。但也有 个别紫移。
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29
c.中心离子与配体的距离和配位数： 中心离子与配体的距离和配位数对谱带的
位移及方向均产生影响，从下表数据可看出： 中心离子与配位原子之间的距离越短，配
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
感谢观看
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 。
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
感谢观看
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 。
稀土元素的光谱特征
b.对于给定的配体来说： 当稀土离子一定时，配体的还原性强，易给 出电子,配合物中易出现电荷跃迁吸收谱带。 如：对于Sm３+ Yb３+的环戊二烯和环辛四 烯配合物来 说，由于环辛四烯的还原性较环 戊二烯强，因此在 Sm３+ Yb３+的环辛四烯配 合物中可以看到电荷跃迁吸收谱带。
RE
RE
（２）. 谱带的位置： a.配体的还原性强，配合物中易出现电荷跃迁吸收 谱带，谱带的位置越向低波数方向移动。 例如： Sm３+ Eu３+ Yb３+的Br-配合物电荷跃迁 吸收谱带的位置比Cl-的配合物电荷跃迁吸收谱 带的位置出现在较低波数处。 b.对于给定的配体来说：金属离子氧化性强，越 易获得电子，电荷跃迁吸收谱带越易出现在较 低波数处。
例如： Sm３+ Eu３+ Tm３+Yb３+的配合物中易出现 电荷跃迁吸收谱带. 而且Eu３+的电荷跃迁吸收谱带出现在较低 波数处; Tm３+的电荷跃迁吸收谱带出现在较高波数 处. 原因：Eu３+的氧化性最强，易获得电子； Tm３+的氧化性最弱，得电子较难，需 吸收较高能量才能发生跃迁。
说明三价稀土离子的氧化性顺序。
（２）影响电子云重排效应的因素： a.配体的性质： 稀土离子配合物电子云重排效应的 大小可定量的用电子云重排参数 （１－β，）来表示。 （１－β，）越大表示谱带位移程度 越大。
稀土配合物的（１－β，）顺序如下： F-<H2O<acac(乙酰丙酮）<bac(苯甲酰丙酮）<dipy<phen< Cl- < Br- < I- < O22b.金属离子的性质： 不同的金属离子与同一配体结合能力不同， 引起谱带位移和方向不同。金属离子与配体键和 程度越大，谱位移越大，通常谱带红移。但也有 个别紫移。
稀土元素-PPT课件
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
结构材料：使钢铁得到良好特性 贮氢材料：高容量充电电池的电极。
超导材料：混合稀土-钡-铜-氧超导体
发光材料：节能光源
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)。
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。
2REF3 + 3Ca --------→2RE + 3CaF2
金属热还原法
除用金属 Ca做还原剂外，也有用金属 Ba 或 Mg 做还原剂，稀土卤化物也有以溴化 物作原料的。用金属热还原法制得的稀 土金属，不同程度的含有各种杂质，还 需进一步提纯。此外，还有氧化物的镧、 铈还原法，其主要反应为：
RE2O3（s） + 2La（s）-----→2RE（g） + La2O3（s） （RE代表Sm、Eu、Yb）
稀土元素在基态时的电子排布特征是最后填充的电子大都进入4f亚层只有钇和镧例外下表列出稀土元素原子和离子re图1稀土元素的原子性从上表中可看到gd轨道为半充满lu轨道为全充满这些都是稳定的电子构从上表中可看到la4f空轨道gd的4f轨道为半充满lu的4f轨道为全充满这些都是稳定的电子构镧系元素的原子半径及ln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系原子半径收缩的过程和镱的原子半径突然增大在图中出现了两个峰值
稀土元素介绍PPT课件
La2(SO4)3+3Ba(BrO3)2 → RE(BrO3)3+3BaSO4↓
第11页/共18页
（五）、稀土元素的氢化物
第12页/共18页
(六)、稀土元素的硼化物
第13页/共18页
（七）、稀土元素的硫化物
第14页/共18页
四、稀土元素与化合物的反应
1、与水的反应 La+H2O→La(OH)3+H2↑
第5页/共18页
（一）、稀土元素的氧化物
一、二价稀土元素的氧化物 EuO（氧化铕）是一种暗红色的固体，它在干或湿空气 中均无明显
反应。EuO的制备，在Ta或Mo 容器中进行，温度800 -2000oC。 Eu2O3+Eu(La) → 3Eu(La)O
液N2中，在-33oC或更低温度下，令Yb与O2作用或在压下于200300oC使金属与O2反应可制备YbO。
第7页/共18页
（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）：
2RE3++3CO32- → RE2(CO3)3 RE2(CO3)3在900oC时热分解为氧化物。
RE2(CO3)3 → RE2O3+3CO2
第8页/共18页
性质： 镧系元素硫酸 盐和 硫 酸 铝 相 似， 易 溶 于 水 ，含 结 晶 水 Ln2(S O 4)3·x H2O； 脱
水时经历以下三步： L n 2(S O4) 3·x H 2O → L n 2(S O4)3 →L n 2O2S O4 → L n 2O3
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（五）、稀土元素的氢化物
第12页/共18页
(六)、稀土元素的硼化物
第13页/共18页
（七）、稀土元素的硫化物
第14页/共18页
四、稀土元素与化合物的反应
1、与水的反应 La+H2O→La(OH)3+H2↑
第5页/共18页
（一）、稀土元素的氧化物
一、二价稀土元素的氧化物 EuO（氧化铕）是一种暗红色的固体，它在干或湿空气 中均无明显
反应。EuO的制备，在Ta或Mo 容器中进行，温度800 -2000oC。 Eu2O3+Eu(La) → 3Eu(La)O
液N2中，在-33oC或更低温度下，令Yb与O2作用或在压下于200300oC使金属与O2反应可制备YbO。
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（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）：
2RE3++3CO32- → RE2(CO3)3 RE2(CO3)3在900oC时热分解为氧化物。
RE2(CO3)3 → RE2O3+3CO2
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性质： 镧系元素硫酸 盐和 硫 酸 铝 相 似， 易 溶 于 水 ，含 结 晶 水 Ln2(S O 4)3·x H2O； 脱
水时经历以下三步： L n 2(S O4) 3·x H 2O → L n 2(S O4)3 →L n 2O2S O4 → L n 2O3
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Sm3+ Eu3+的这种有别于其它三价稀土离子 的情况是由于Sm3+ 的６H７/2 和Eu3+ 的7F１ 7F２ 能级与基态能级差太小，常温下部分离子可居于 上述能态的原因。
第三章：稀土元素的光谱特征及
2.f-d跃迁光谱 稀土离子的f-d跃迁光谱不同于f-f跃迁光
为零，其他J能级的数值相当于J能级和基态能级之间
的能量差，单位为cm-1
如：Ce:
Pr:
E3P2 =23160cm-1,
E2F7/2 =2257cm-1,
E2F5/2为基态
E3H4为基态
第三章：稀土元素的光谱特征及
X103cm-1
24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2
3P2
1G4 33FF34 3F2 3H6 3H5 3H4 Pr
Gd3+ （4f7) 272-275 无色 Sm2+ （4f6)
红褐色
Eu2+ （4f7) 黄色
Yb2+ （4f14)
绿色
第三章：稀土元素的光谱特征及
从上表可看出： RE3+的颜色，其中4fn ,4f14-n组态的离子有
相近的颜色 。 但是稀土离子的这种颜色的“规律性”并无内
在结构上的联系，因为吸收谱带的位置并不相 同，物质颜色相近是是透过的光波的混合的结 果，或许是某种巧合。
1.f-f跃迁光谱： 指 fn组态内不同J能级间跃迁产生的光谱。
第三章：稀土元素的光谱特征及
f-f跃迁光谱的特点： a.f-f电偶极跃迁宇称选则规则禁阻。 因此不能观察到气态稀土离子的f-f电
偶极跃迁吸收光谱。 但在液体和固体中由于受配体场的微
扰，可观察到响应的谱带，但强度很弱 （相对于d-d跃迁）
第三章：稀土元素的光谱特征及
元素 吸收范围(nm) 颜色 元素
吸收范围(nm) 颜色
La3+（4f0) 无
无
Lu3+ （4f14)
无
无色
Ce3+ （4f1) 210-251 无色 Yb3+ （4f13) 975
无色
Pr3+ （4f2) 444 -588 绿色 Tm3+ （4f12) 360-780 绿色
摩尔消光系数 Є＝0.5. (l/molcm)。
第三章：稀土元素的光谱特征及
b. f-f跃迁光谱是类线性的光谱 谱带尖锐的原因是:处于内层的4f电子受到5s
和5p电子的屏蔽，受环境的影响较小，所以自由 离子的光谱是类原子的线性光谱。 [Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2
于d-d跃迁吸收光谱有所区别： 由于d电子是处于外层，易受环境的影响使谱 带变宽。 如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为100cm-1左 右，而过渡金属元素的d-d跃迁谱带的分裂 1000~3000cm-1左右。
Nd3+ （4f3) 354-868 微红 Er3+ （4f11) 364-652 微红
Pm3+（4f4) 548-735 粉红 Ho3+ （4f10) 287-641 粉红
黄
黄
Sm3+（4f5) 362-402 黄
Dy3+ （4f9 ) 350-910 黄
Eu3+ （4f6) 375-394 无色 Tb3+ （4f8) 284-477 无色
第三章：稀土元素的光谱特征及
§3-1三价稀土离子的能级图 1.三价稀土离子能级的复杂性
稀土离子未充满的4f电子壳层; 自由离子体系的4f电子的不可忽略的自旋轨 道偶合作用; 4f,5d,6s电子具有相近的能量，使它们的能级 关系极其复杂。
第三章Байду номын сангаас稀土元素的光谱特征及
较低能量的4fn,4fn-16s1,和4fn-16p1 组 态产生了众多的能级，其中有些离子能级 的数目是相当可观的。
如：Pr3+4f2组态有13个J能级， Nd3+4f3组态有41个J能级 .
在稀土离子可能存在的组态中，4fn是 能量最低的组态，因此在光谱性质的研究 中也是最重要的。
第三章：稀土元素的光谱特征及
2.能级图
三价稀土离子的4fn组态能级见下图。各能级均
以光谱支项表示。图中数值是从中性原子或离子的发
射光谱中得到的，有些可能不够完全。图中基态能级
第三章：稀土元素的光谱特征及
c.谱带的范围较广 在近紫外、可见光和近红外都能得到稀土离
子的光谱。 Sc,Y,La,Lu三价离子是封闭壳层，从基态跃
迁至激发态所需能量较高，因而它们在 2001000nm范围内无吸收，无色。
第三章：稀土元素的光谱特征及
Ce3+ Eu3+Gd3+Tb3+ 虽然在200~1000nm范围内有吸收， 但大部分落在紫外区，所以通常也无色。 Yb3+的吸收落在近红外区所以也无色 Pr3+ Nd3+Pm3+ Sm3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ 吸收在可见光区，所以有色。
4G7/2 4G5/2
5D3 5D2
5D1 5D0
5D3 5D4
6F11/2 6F9/2 6F7/2 6H15/2 6H13/2 6H11/2 6H9/2 6H7/2 6H5/2
Sm
7F6
7F4 7F2 7F0
7F5 7F3 7F1
Eu
7F0
7F1 77FF34
7F2
7F5
7F6
Tb
三价稀土离子的能级图
第三章：稀土元素的光谱特征及
4I15/2 4F9/2
6F1/2 6F56/H2 6F56/F23/72/2
6H7/2 6H9/2 6H11/2 6H13/2
6H15/2 Dy
§3-2稀土离子的吸收光谱 稀土离子的吸收光谱的产生归因于三种情
况： 来自fn组态内的能级间跃迁即f-f跃迁； 组态间的能级间跃迁即f-d跃迁； 电荷跃迁如配体向金属离子的电荷跃迁。
第三章：稀土元素的光谱特征及
稀土离子（III）的f-f跃迁光谱主要是: 4fn组态:基态→激发态跃迁的造成的.
其中Sm3+ Eu3+除了基态（６H5/2, 7F0)向激 发态跃迁外，还存在着由第一、二激发态 （ Sm3+ ：６H７/2 和Eu3+ ：7F１ 7F２)向更高能态 的跃迁。能级图.ppt
第三章：稀土元素的光谱特征及磁性
稀土元素由于具有未充满的4f电子壳层和4f电子 被外层的5s,5p电子屏蔽的特性，使稀土元素具有极复 杂的类线性光谱。吸收光谱使稀土离子大多有色，发 射光谱使许多稀土化合物产生荧光和激光。荧光光谱 将放在后面的章节，本章主要介绍吸收光谱、激光发 射光谱和磁学性质。
[Xe]4fn5d0-16s2 [Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2
第三章：稀土元素的光谱特征及
2.f-d跃迁光谱 稀土离子的f-d跃迁光谱不同于f-f跃迁光
为零，其他J能级的数值相当于J能级和基态能级之间
的能量差，单位为cm-1
如：Ce:
Pr:
E3P2 =23160cm-1,
E2F7/2 =2257cm-1,
E2F5/2为基态
E3H4为基态
第三章：稀土元素的光谱特征及
X103cm-1
24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2
3P2
1G4 33FF34 3F2 3H6 3H5 3H4 Pr
Gd3+ （4f7) 272-275 无色 Sm2+ （4f6)
红褐色
Eu2+ （4f7) 黄色
Yb2+ （4f14)
绿色
第三章：稀土元素的光谱特征及
从上表可看出： RE3+的颜色，其中4fn ,4f14-n组态的离子有
相近的颜色 。 但是稀土离子的这种颜色的“规律性”并无内
在结构上的联系，因为吸收谱带的位置并不相 同，物质颜色相近是是透过的光波的混合的结 果，或许是某种巧合。
1.f-f跃迁光谱： 指 fn组态内不同J能级间跃迁产生的光谱。
第三章：稀土元素的光谱特征及
f-f跃迁光谱的特点： a.f-f电偶极跃迁宇称选则规则禁阻。 因此不能观察到气态稀土离子的f-f电
偶极跃迁吸收光谱。 但在液体和固体中由于受配体场的微
扰，可观察到响应的谱带，但强度很弱 （相对于d-d跃迁）
第三章：稀土元素的光谱特征及
元素 吸收范围(nm) 颜色 元素
吸收范围(nm) 颜色
La3+（4f0) 无
无
Lu3+ （4f14)
无
无色
Ce3+ （4f1) 210-251 无色 Yb3+ （4f13) 975
无色
Pr3+ （4f2) 444 -588 绿色 Tm3+ （4f12) 360-780 绿色
摩尔消光系数 Є＝0.5. (l/molcm)。
第三章：稀土元素的光谱特征及
b. f-f跃迁光谱是类线性的光谱 谱带尖锐的原因是:处于内层的4f电子受到5s
和5p电子的屏蔽，受环境的影响较小，所以自由 离子的光谱是类原子的线性光谱。 [Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2
于d-d跃迁吸收光谱有所区别： 由于d电子是处于外层，易受环境的影响使谱 带变宽。 如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为100cm-1左 右，而过渡金属元素的d-d跃迁谱带的分裂 1000~3000cm-1左右。
Nd3+ （4f3) 354-868 微红 Er3+ （4f11) 364-652 微红
Pm3+（4f4) 548-735 粉红 Ho3+ （4f10) 287-641 粉红
黄
黄
Sm3+（4f5) 362-402 黄
Dy3+ （4f9 ) 350-910 黄
Eu3+ （4f6) 375-394 无色 Tb3+ （4f8) 284-477 无色
第三章：稀土元素的光谱特征及
§3-1三价稀土离子的能级图 1.三价稀土离子能级的复杂性
稀土离子未充满的4f电子壳层; 自由离子体系的4f电子的不可忽略的自旋轨 道偶合作用; 4f,5d,6s电子具有相近的能量，使它们的能级 关系极其复杂。
第三章Байду номын сангаас稀土元素的光谱特征及
较低能量的4fn,4fn-16s1,和4fn-16p1 组 态产生了众多的能级，其中有些离子能级 的数目是相当可观的。
如：Pr3+4f2组态有13个J能级， Nd3+4f3组态有41个J能级 .
在稀土离子可能存在的组态中，4fn是 能量最低的组态，因此在光谱性质的研究 中也是最重要的。
第三章：稀土元素的光谱特征及
2.能级图
三价稀土离子的4fn组态能级见下图。各能级均
以光谱支项表示。图中数值是从中性原子或离子的发
射光谱中得到的，有些可能不够完全。图中基态能级
第三章：稀土元素的光谱特征及
c.谱带的范围较广 在近紫外、可见光和近红外都能得到稀土离
子的光谱。 Sc,Y,La,Lu三价离子是封闭壳层，从基态跃
迁至激发态所需能量较高，因而它们在 2001000nm范围内无吸收，无色。
第三章：稀土元素的光谱特征及
Ce3+ Eu3+Gd3+Tb3+ 虽然在200~1000nm范围内有吸收， 但大部分落在紫外区，所以通常也无色。 Yb3+的吸收落在近红外区所以也无色 Pr3+ Nd3+Pm3+ Sm3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ 吸收在可见光区，所以有色。
4G7/2 4G5/2
5D3 5D2
5D1 5D0
5D3 5D4
6F11/2 6F9/2 6F7/2 6H15/2 6H13/2 6H11/2 6H9/2 6H7/2 6H5/2
Sm
7F6
7F4 7F2 7F0
7F5 7F3 7F1
Eu
7F0
7F1 77FF34
7F2
7F5
7F6
Tb
三价稀土离子的能级图
第三章：稀土元素的光谱特征及
4I15/2 4F9/2
6F1/2 6F56/H2 6F56/F23/72/2
6H7/2 6H9/2 6H11/2 6H13/2
6H15/2 Dy
§3-2稀土离子的吸收光谱 稀土离子的吸收光谱的产生归因于三种情
况： 来自fn组态内的能级间跃迁即f-f跃迁； 组态间的能级间跃迁即f-d跃迁； 电荷跃迁如配体向金属离子的电荷跃迁。
第三章：稀土元素的光谱特征及
稀土离子（III）的f-f跃迁光谱主要是: 4fn组态:基态→激发态跃迁的造成的.
其中Sm3+ Eu3+除了基态（６H5/2, 7F0)向激 发态跃迁外，还存在着由第一、二激发态 （ Sm3+ ：６H７/2 和Eu3+ ：7F１ 7F２)向更高能态 的跃迁。能级图.ppt
第三章：稀土元素的光谱特征及磁性
稀土元素由于具有未充满的4f电子壳层和4f电子 被外层的5s,5p电子屏蔽的特性，使稀土元素具有极复 杂的类线性光谱。吸收光谱使稀土离子大多有色，发 射光谱使许多稀土化合物产生荧光和激光。荧光光谱 将放在后面的章节，本章主要介绍吸收光谱、激光发 射光谱和磁学性质。
[Xe]4fn5d0-16s2 [Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2