稀土元素

稀土元素

稀土元素是17種特殊的元素的統稱，它的得名是因為瑞典科學家在提取稀土元素時套用了稀土化合物，所以得名稀土元素。

然而稀土是歷史遺留下來的名稱。稀土是從18世紀末開始陸續發現，當時人們常把不溶於水的固體氧化物稱為土，例如，將氧化鋁稱為“陶土”，氧化鈣稱為”鹼土“等。稀土一般是以氧化物狀態分離出來的，當時比較稀少，因而得名為稀土（Rare Earth，簡稱RE或R）。

基本介紹

  • 中文名：稀土元素
  • 外文名：Rare Earth Element
  • 時間：18世紀末葉
  • 簡稱：RE或R
  • 現存程度：儲量不豐富且空間分布不均
  • 歷時：1150年
簡介,發現,元素組成,結構,含量,特性,稀土礦物,用途,

簡介

稀土元素是17種特殊的元素的統稱，它的得名是因為瑞典科學家在提取稀土元素時套用了稀土化合物，所以得名稀土元素。
然而稀土是歷史遺留下來的名稱。稀土是從18世紀末開始陸續發現，當時人們常把不溶於水的固體氧化物稱為土，例如，將氧化鋁稱為“陶土”，氧化鈣稱為”鹼土“等。稀土一般是以氧化物狀態分離出來的，當時比較稀少，因而得名為稀土（Rare Earth，簡稱RE或R）。

發現

這些稀土元素的發現，從1794年芬蘭人加多林（J。Gadolin）分離出釔到1974年美國人馬林斯基（J。A。Marinsky）等製得鉕，歷時150多年。其中大部分稀土元素是歐洲的一些礦物學家、化學家、冶金學家等發現製取的。鉕是美國人馬林斯基、格蘭德寧（L。E。Glendenin）和科列爾（C。D。Coryell）用離子交換分離，在鈾裂變產物的稀土元素中獲得的。過去認為自然界中不存在鉕，直到1965年，芬蘭一家磷酸鹽工廠在處理磷灰石時發現了痕量的鉕。
稀土元素的發現者及命名原因稀土元素的發現者及命名原因

元素組成

稀土就是化學元素周期表中鑭系元素——鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、鉕(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、鑥(Lu），以及與鑭系的15個元素密切相關的元素—釔(Y)和鈧(Sc)共17種元素，稱為稀土元素。
周期系ⅢB族中原子序數為21、39和57～71的17種化學元素的統稱。其中原子序數為57～71的15種化學元素又統稱為鑭系元素。
稀土元素的共性是：①它們的原子結構相似；②離子半徑相近（RE3+離子半徑1.06×10-10m~0.84×10-10m，Y3+為0.89×10-10m）；③它們在自然界密切共生。
稀土元素有多種分組方法，目前最常用的有兩種：
兩分法：鈰族稀土，La-Eu，亦稱輕稀土（LREE）
釔族稀土，Gd-Lu+Y+Sc，亦稱重稀土（HREE）
兩分法分組以Gd劃界的原因是：從Gd開始在4f亞層上新增加電子的自旋方向改變了。而Y歸入重稀土組主要是由於Y3+離子半徑與重稀土相近，化學性質與重稀土相似，它們在自然界密切共生。
也有的根據稀土元素物理化學性質的相似性和差異性，除鈧之外（有的將鈧劃歸稀散元素），劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、鉕；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、鑥、釔。
三分法：輕稀土為La~Nd；中稀土為Pm~Ho；重稀土為Er~Lu+Y。重稀土元素（heavyrareearthelements,HREE），包括釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥，它們具有較高的原子序數的較大質量，有人將化學性質與重稀土元素相近的釓也列入重稀土亞族，因此重稀土元素也稱為釓族（yttriumgroup）稀土

結構

稀土元素

含量

稀土元素

特性

稀土元素是周期表中IIIB族釔和鑭系元素之總稱。其中鉕是人造放射性元素。他們都是很活潑的金屬，性質極為相似，常見化合價+3，其水合離子大多有顏色，易形成穩定的配化合物。稀土金屬，由於熔點較低，在電解過程可呈熔融狀態在陰極上析出，故一般均採用電解法製取。可用氯化物和氟化物兩種鹽系，前者以稀土氯化物為原料加入電解槽，後者則以氧化物的形式加入。

稀土礦物

在自然界中主要礦物有獨居石、鈰矽石、鈰鋁石、黑稀金礦和磷酸釔礦。因其天然豐度小，又以氧化物或含氧酸鹽礦物共生形式存在，故得名。
已經發現的稀土礦物有250種以上，最重要的有氟碳鈰鑭礦[（Ce，La）FCO3]、獨居石[CePO4，Th3（PO4）4]、磷釔石（YPO4）、黑稀金礦[(Y，Ce，Ca) (Nb，Ta，Ti)2O6]、矽鈹釔礦（Y2FeBe2Si2O10）、褐簾石[（Ca，Ce）2(Al，Fe)3Si3O12]、鈰矽石[（Ce，Y，Pr）2Si2O7·H2O]。
現已查明，稀土元素並不稀少，特別是中國的稀土資源十分豐富，有開採價值的儲量占世界第一位。

用途

大多數稀土元素呈現順磁性。釓在0℃時比鐵具更強的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現鐵磁性，鑭、鈰的低熔點和釤、銪、鐿的高蒸氣壓表現出稀土金屬的物理性質有極大差異。釤、銪、釔的熱中子吸收截面比廣泛用於核反應堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性，以釤和鐿為最好。除鐿外，釔組稀土較鈰組稀土具有更高的硬度。
稀土元素已廣泛套用於電子、石油化工、冶金、機械、能源、輕工、環境保護、農業等領域。套用稀土可生產螢光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲氫材料、催化材料、精密陶瓷材料、雷射材料、超導材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料等。
常用的氯化物體系為KCl-RECl3他們在工農業生產和科研中有廣泛的用途，在鋼鐵、鑄鐵和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土製得的磁性材料其磁性極強，用途廣泛。在化學工業中廣泛用作催化劑。稀土氧化物是重要的發光材料、雷射材料。
中國擁有豐富的稀土礦產資源，成礦條件優越，堪稱得天獨厚，探明的儲量居世界之首，為發展中國稀土工業提供了堅實的基礎。

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