鑭系元素（別名稀土元素 Rare Earths，用RE 表示）是指元素周期表中第57號元素鑭到71號元素鑥15種元素的統稱。它們的化學性質相似，單獨組成一個系列，在元素周期表中占有特殊位置。鑭系元素（Ln）、鈧（Sc）、釔(Y)，共17種元素總稱為稀土元素(RE)。La(鑭)，Ce(鈰)，Pr(鐠)，Nd(釹) ，Pm(鉕) ，Sm(釤) ，Eu(銪)稱為鈰組稀土（輕稀土）；Gd (釓) ，Tb (鋱) ，Dy (鏑) ，Ho (鈥) ，Er (鉺) ，Tm (銩) ，Yb (鐿) ，Lu(鑥)，Sc，Y稱為釔組稀土(重稀土)。詞條詳細介紹了鑭系元素的豐度、礦產、分組、物理化學性質、電子吸收光譜特點以及套用等內容。
基本介紹
- 中文名：鑭系元素
- 外文名：lanthanide element
- 別名：稀土元素
- 套用：催化劑
主要成員,相關知識,豐度,礦藏,分組,物理性質,化學性質,電子吸收光譜,離子的磁性,套用,套用領域,氧化態,
主要成員
相關知識
豐度
稀土元素並不稀少，但在地殼中分布分散，彼此性質相似，難以提取、分離。原子序數為偶數的元素一般比相鄰原子序數為奇數的的元素的含量高。
礦藏
按其存在形態，主要有三種類型的礦源：
1.稀土共生構成獨立的稀土元素礦物。
2.以類質同晶的形式分散在方解石、磷灰石等礦物中。
3.吸附狀態存在於粘土礦、雲母礦等礦物中。
我國稀土——儲量大、分布廣、礦種齊全、易開採。南方以重稀土為主，內蒙古以輕稀土為主。
具有重要工業意義的稀土礦物有磷釔礦(YPO4)、氟碳鈰礦(Ce(CO3)F)、褐釔鈮礦(YNbO4)等。
分組
根據稀土元素性質的遞變情況將稀土元素分組有以下幾種情況：
- 從原子的電子層構型以及它們的原子量的大小把稀土元素分成兩組：即銪以前的鑭系元素叫做輕稀土元素或稱鈰組元素；把銪以後的鑭系元素加上釔叫做重稀土元素或稱釔組元素。
- .按照稀土元素硫酸鹽溶液與Na2SO4等生成的稀土元素硫酸復鹽在水溶液中的溶解度可把稀土元素分為三組：即鑭到釤的硫酸復鹽難溶，稱為鈰組；銪到鏑的硫酸復鹽微溶，稱為鋱組；釔及鈥到鑥的硫酸復鹽易溶，稱為釔組。也有人把鋱組稱為中稀土元素。
物理性質
鑭系金屬為銀白色，較軟，有延展性。活潑性僅次於鹼金屬和鹼土金屬，應隔絕空氣保存。金屬活潑性順序由Sc、Y、La遞增；由La到Lu遞減，既La最活潑。鑭系金屬密度隨原子序數增加，從La到Lu逐漸增加。但Eu和Yb的密度較小。鑭系金屬是強還原劑，其還原能力僅次於Mg，其反應性可與鋁比。而且隨著原子序數的增加，還原能力呈逐漸減弱的趨勢。在酸性溶液中Ln2+離子為強還原劑，Ln4+離子為強氧化劑。
化學性質
鑭系金屬是強還原劑，其還原能力僅次於Mg，其反應性可與鋁比。而且隨著原子序數的增加，還原能力呈逐漸減弱的趨勢。
在酸性溶液中Ln2+離子為強還原劑，Ln4+離子為強氧化劑。
由於鑭系和錒系兩個系列的元素隨著原子序數的增加都只在內層軌道（相應的4f和5f軌道）充填電子，其外層軌道（相應的6s、5d和7s、6d軌道）的電子排布基本相同，因此鑭系元素和錒系元素不僅化學性質相似，而且每個系列內元素之間的化學性質也是相近的。 大多數錒系元素都有以下性質：能形成絡離子和有機螯合物的三價陽離子；生成三價的不溶性化合物，如氫氧化物、氟化物、碳酸鹽和草酸鹽等；生成三價的可溶性化合物，如硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽和某些鹵化物等。在水溶液中多數錒系元素為+3氧化態,前面幾個和最後幾個錒系元素還有不同的氧化態,如鏷有+5氧化態；鈾、鎿、鎇有+5和+6氧化態,鎿和鈽還有+7氧化態,可以MO娚、MO卂、MO幯等離子形式存在（鑭系元素中最高氧化態為+4）；鐦、鑀、鐨、鍆和鍩等元素都有+2氧化態。錒系與鑭系的這種差別是因為輕的錒系元素中5f電子激發到6d軌道所需能量比相應的鑭系元素中4f電子激發到5d軌道的能量要小，使得錒系元素比鑭系元素有更多的成鍵電子，因而出現較高的氧化態；而重的錒系元素卻正好相反。
電子吸收光譜
特點
1.大多數Ln3+離子在可見光區內有吸收。
2.具有相同未成對f電子的稀土離子具有相近的顏色。
3.Ln3+離子是由f-f躍遷產生的。f-f躍遷屬於禁阻躍遷，其吸收光譜的摩爾消光係數很小（約為0.51·mol-1·cm-3）。
4.其吸收光譜為類原子的線狀光譜
5.也可以發生Ln3+配體間的電荷遷移光譜，這時摩爾消光係數較大(約為50~1000l·mol-1·cm-3)
離子的磁性
鑭系元素的磁性較複雜，鑭系元素由於4f電子能被5s和5p電子很好的禁止掉，受外電場的作用較小，軌道運動對磁矩的貢獻並沒有對周圍配位原子的電場作用所抑制，所以在計算其磁矩時必須同時考慮電子自旋和軌道運動兩方面對磁矩的影響。
鑭系元素及化合物中未成對電子數多，加上電子軌道運動對磁矩所作的貢獻，使得它們具有很好的磁性，可做良好的磁性材料，稀土合金還可做永磁材料。
套用
套用領域
鑭系元素套用極為廣泛。化學工業上主要用作催化劑。例如混合鑭系元素的氯化物和磷酸鹽用作催化劑，以加速石油的裂化分解。混合稀土氧化物廣泛用作玻璃拋光材料和玻璃的脫色劑，還可用來製造耐輻射玻璃和雷射玻璃。用三氧化二釔和三氧化二鏑可製得耐高溫透明陶瓷，這種陶瓷被用於火箭、雷射、電真空等技術工程上。此外，電視工業中大量使用的螢光粉為某些稀土化合物，此螢光粉用於製造電視螢光屏。
鋼鐵中加入少量稀土元素，可大大改善鋼的機械性能，因此稀土元素可稱為鋼鐵的“維生素”。例如在生鐵里加進鈰，可得到球墨鑄鐵，使生鐵具有韌性且耐磨，可以鐵代鋼，以鑄代鍛。
此外，農業上用稀土元素可使糧食增產10%~20%，白菜增產29%，大豆增產50%，還可提高西瓜的產量和甜度，因此用作高效微量肥料。
氧化態
鑭系元素在固態、水溶液中或其他溶劑中的特徵氧化態是+3。由於鑭系元素在氣態時，失去兩個6s電子和一個5d電子或失去兩個6s電子和一個4f電子所需的電離能比較低，所以一般能形成穩定的+3氧化態。除+3特徵氧化態外，鑭系元素還存在著一些不常見的氧化態。例如：鈰、鐠、釹、鋱、鏑存在+4氧化態，原因是它們的4f層保持或接近全空、半滿或全充滿的狀態比較穩定，但只有+4氧化態的鈰能存在於溶液中，它是很強的氧化劑。
同理，鈰、釹、釤、銪、銩、鐿還存在+2氧化態。
