稀土氧化物

稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數為57到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧（Sc） 和釔（Y）共17 種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的套用，隨著科技的進步和套用技術的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。

基本介紹

• 中文名：稀土氧化物
• 原子序數：57到71
• 個數：15種鑭系元素氧化物
• 特點：稀土氧化物的價值將越來越大

氧化物

氧化鑭

La₂O₃ 分子量325.84

白色無定形粉末,密度6.51g/cm³，熔點2217℃，沸點4200℃，微溶於水，易溶於酸而生成相應的鹽類。露置空氣中易吸收二氧化碳和水，逐漸變成碳酸鑭。灼燒的氧化鑭與水化合放出大量的熱。

套用領域 主要用於製造精密光學玻璃、高折射光學纖維板，適合做攝影機、照相機、顯微鏡鏡頭和高級光學儀器稜鏡等，還用了製造陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑和X射線發光材料溴氧化鑭粉等。

氧化鈰

性質：鈰的氧化物的總稱。

常見者有三氧化二鈰(dicerium trioxide，Ce₂O₃)和二氧化鈰(cerium dioxide，CeO₂)。在三氧化二鈰與二氧化鈰之間存在相當多的氧化物物相，均不穩定。三氧化二鈰具有稀土倍半氧化物的六方結構，熔點2210℃，沸點3730℃，對空氣敏感。在一氧化碳氣氛中，1250℃溫度下加熱二氧化鈰和碳粉的混合物即可製得。主要用作催化劑。二氧化鈰是最重要的、具有代表性的鈰的氧化物。具有螢石結構。黃色固體(純品為白色)。熔點2600℃。不溶於水。難溶於硫酸、硝酸。在空氣中加熱鈰、氫氧化鈰(III)或草酸鈰(III)均可製得二氧化鈰。用於鏡頭拋光劑。二氧化鈰在低溫、低壓下形成缺氧物相，例如CenO2n-2(n=4，6，7，9，10，11)，通常呈藍色。Ce6Oll，藍色固體。Ce₇O₁₂，在CeO₂晶胞結構基礎上短缺七分之一的氧，藍黑色固體，熔點1000℃(分解)。Ce9O16暗藍色固體，熔點625℃(分解)。Cel0O18，在CeO2晶脆結構基礎上短缺十分之一的氧，暗藍色固體，熔點575～595℃(分解)。CellO2O，暗藍色固體，熔點435℃(分解)。它們在半導體材料、高級顏料及感光玻璃的增感劑、汽車尾氣的淨化器方面有廣泛套用。

氧化鐠

性質：氧化鐠也有多種，其中最穩定為Pr6Oll，黑色三斜結構。其餘為PrO1.65，體心立方。PrO1.714，斜方，PrO1.800單斜，都為黑色。製備方法同於氧化鈰。可以用來製備變阻材料及顏料等。

性質

原子結構

稀土元素的原子結構可以用4fx5d16s2 表示，x 從0→14。稀土元素從金屬變成離子後，4f 軌道的外側仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2 電子及5d1 或4f 失去一個電子，形成4fx5s25p6的電子結構。在稀土金屬中，6s 電子和5d 電子形成導帶，4f 電子則在原子中定域，這種4f 電子的定域化和不完全填充都將反映在它們的種種物性之中。

4f 電子位於原子內層軌道，5s25p6 電子云對其有禁止作用，4f 軌道伸展的空間很小，所以受結晶場、配位體場等的影響很小；與此相反，其自旋（MS）與軌道（ML）的相互作用都很大，使得f- f 電子軌道L 與自旋S 相互耦合作用，E4f 分裂成許多能級有微小差別的能級亞層，每一個亞層對映一個光譜項2s+1L。

稀土元素化合價有多種價態，並存在變價作用。鈰、釤、銪等在一些化合物中，其原子價為3 價、4 價或2 價和3 價共存，而且這種原子價的變化有的極快，有的極慢，十分引人注目。稀土離子電價高，半徑大，易受極化，極化強度愈高折射率愈大，在陶瓷顏料中利用稀土離子的高折射率，使裝飾畫面色澤鮮艷。與普通釉彩顏料相比，加入稀土的顏料色澤加深。

從La 到Lu 的稀土元素都容易失掉2 個6s 電子，1 個5d電子或4f 電子，形成三價正離子（4fx5s25p6）,因此稀土元素的氧化物大多是Ln2O3。此外鑭系元素的4f0、4f7、4f14（全空、半充滿、全充滿）電子排列較穩定，一般具有該結構型的離子都是無色的。

光譜特性

在多電子原子中，對於一種確定的電子組態，可以有幾種不同的S、L、J 狀態，這些狀態的自旋（S）、軌道（L）和總角動量（J）不同，即包含著電子間相互作用情況不同，因而能量有所不同，原子能級的高低和S 的大小很有關係，原子的光譜項用2s+1L 表示。在L- S 耦合的情況下，從同一組態出現的各個譜項的能量是有差別的。由於E4f能級上的電子受電子自旋角動量和軌道角動量的相互作用、耦合（L- S）產生了許多能級亞層，導致了f- f電子躍遷（ΔE=E2- E1=hν），產生了線狀吸收光譜，這種f- f 躍遷導致了對可見光的選擇性地吸收是稀土元素發光的根本原因。

三氧化物的顏色

稀土氧化物有多種，如LnO，Ln2O3 和LnO2，其中Ln2O3較常見。隨著原子序數的遞增，電子被填充在4f 軌道上，其電子結構、離子的價態及三價離子的顏色可去查看相關資料附表。

稀土離子的4f 亞層被外層（5s2）（5p6）電子殼層所禁止，致使4f 亞層受鄰近其它離子的勢場（結晶場）影響很小，其線狀譜線基本保持自由離子的線狀光譜特徵，這與過渡元素的d- d 躍遷不同，d 亞層處於過渡金屬離子的最外層，沒有禁止層的保護，受配位場或晶體場影響較大，譜線不穩定，容易造成同一元素在不同化合物中的吸收光譜出現差別，導致顏色不穩定。稀土元素的電子能級和譜線比其它元素豐富多樣，它們在從紫外光、可見光到紅外光區都有吸收或發射現象，是非常好的色譜較廣的有色物質。