稀土元素

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同义词 稀土族元素一般指稀土元素
稀土元素是17种特殊的元素的统称,它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物,所以得名稀土元素。
然而稀土是历史遗留下来的名称。稀土是从18世纪末开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土,例如,将氧化铝称为“陶土”,氧化钙称为”碱土“等。稀土一般是以氧化物状态分离出来的,当时比较稀少,因而得名为稀土(Rare Earth,简称RE或R)。[1] 
中文名
稀土元素
外文名
Rare Earth Element
时    间
18世纪末叶
简    称
RE或R
现存程度
储量不丰富且空间分布不均

稀土元素发现

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这些稀土元素的发现,从1794年芬兰人加多林(J。Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J。A。Marinsky)等制得钷,历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L。E。Glendenin)和科列尔(C。D。Coryell)用离子交换分离,在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷,直到1965年,芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。
稀土元素的发现者及命名原因 稀土元素的发现者及命名原因

稀土元素元素组成

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稀土就是化学元素周期表中镧系元素——(La)、(Ce)、(Pr)、(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、(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—钇(Y)和钪(Sc)共17种元素,称为稀土元素。
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
稀土元素的共性是:①它们的原子结构相似;②离子半径相近(RE3+离子半径1.06×10-10m~0.84×10-10m,Y3+为0.89×10-10m);③它们在自然界密切共生。
稀土元素有多种分组方法,目前最常用的有两种:
两分法:族稀土,La-Eu,亦称轻稀土(LREE)
族稀土,Gd-Lu+Y+Sc,亦称重稀土(HREE)
两分法分组以Gd划界的原因是:从Gd开始在4f亚层上新增加电子的自旋方向改变了。而Y归入重稀土组主要是由于Y3+离子半径与重稀土相近,化学性质与重稀土相似,它们在自然界密切共生。
也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性,除钪之外(有的将钪划归稀散元素),划分成三组,即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷;中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝;重稀土组为、铒、铥、镱、镥、钇。
三分法:轻稀土为La~Nd;中稀土为Sm~Ho;重稀土为Er~Lu+Y。重稀土元素(heavyrareearthelements,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,有人将化学性质与重稀土元素相近的钆也列入重稀土亚族,因此重稀土元素也称为钆族(yttriumgroup)稀土

稀土元素结构

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稀土元素外层电子结构 稀土元素外层电子结构

稀土元素含量

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稀土元素特性

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稀土元素是周期表中IIIB族钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价+3,其水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。可用氯化物氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。

稀土元素稀土矿物

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在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿磷酸钇矿。因其天然丰度小,又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在,故得名。
已经发现的稀土矿物有250种以上,最重要的有氟碳铈镧矿[(Ce,La)FCO3]、独居石[CePO4,Th3(PO4)4]、磷钇石(YPO4)、黑稀金矿[(Y,Ce,Ca) (Nb,Ta,Ti)2O6]、硅铍钇矿(Y2FeBe2Si2O10)、褐帘石[(Ca,Ce)2(Al,Fe)3Si3O12]、铈硅石[(Ce,Y,Pr)2Si2O7·H2O]。
现已查明,稀土元素并不稀少,特别是中国的稀土资源十分丰富,有开采价值的储量占世界第一位。

稀土元素用途

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大多数稀土元素呈现顺磁性。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。
稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。[2] 
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
中国拥有丰富的稀土矿产资源,成矿条件优越,堪称得天独厚,探明的储量居世界之首,为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。
参考资料
  • 1.    白木.具有独特属性的稀土材料[N].大众科技报,2009
  • 2.    顾保江,龙志奇,黄小卫,李红卫.我国稀土化合物产业现状和展望[J].稀有金属,2003(3).
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自然资源 自然 理学 学科 化学