第二十二章稀土元素课件.ppt
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- 第二十二 稀土元素 课件
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1、5771号 15个元素位于周期表的,第六周期,IIIB族,是内过渡元素,f亚层电子014个间,价电子4f 014 5d 01 6s2,称为镧系元素;有La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu它们加上同族的Sc、Y等17个元素叫做稀土元素;其中La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu又称为轻稀土,Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y称为重稀土。稀土元素发现较晚,从最初发现Y于1787年,到最后一个由铀裂变找到Pm于1947年,将近两个世纪。稀土在地表中总含量0.0153,相对来说(第六周期中)较高的,但分散分布,同时总是混合存在
2、,总纯度也不高,如含有10稀土的矿就算是富含矿;由于性质相近提取分离较难,所以纯的单稀土产品较贵。稀土资源我国最为丰富,占世界的80,而且矿藏分布广,从南到北十多个省区均有,品种齐全,北偏轻稀土,南偏中重稀土。内蒙的包头市堪称稀土之城。稀土元素结构特点和性能:4f04f14 独特亚层 大的原子磁矩、各向异性(磁性材料)丰富的能级跃迁(发光材料)大范围可变的配位数614(材料、生命科学)有序变化的原子和离子半径稀土典型应用:热电子发射材料(LaB6)1951年,用于通讯 石油催化裂解,生产轻质油,1962 Y2O3:Eu3+掺杂发光材料(红光),1963;LaPO4:Ce绿光;Sr5(PO4)3
3、Cl:Eu2+蓝光 SmCo5 永磁体磁性材料,1967;Nd2Fe14B(第二代,1975),Sm2Fe17N(第三代,1985年)。储氢材料,LaNi5,253kPa,1kg吸氢15g;1982年利用提取Ce后的富La混合稀土镍合金,更廉价储氢更大,并可分离和纯化氢达6个9。通常钢瓶15Mpa储氢0.5kg。高温超导,YBaCuO,Tc=90K,1987;LaxBayCuzOw 1986,Tc35K,之后发现加压可提高Tc;再后用更小的Sc取代,则无超导性,因 得 不 到 钙 钛 矿 型;另 外 之 后 发 现Tl2Ba2Ca2Cu3O10 也是高温超导,所以超导与f电子无关。激光晶体,1
4、960红宝石(Al2O3:Cr3+);1962,CaWO4:Nd3+输出连续激光;1964,Y3Al5O12:Nd3+室温下连续输出;LiNbO3:Nd3+自倍频晶体(1.06m 红外,0.53m 绿光)。目前已知有320种激光晶体,其中290种以稀土为激活离子。镧系元素有不满的f亚层,它就蕴含着特殊性质,是其它元素不可替代的,有着许多已发现和未发现的特殊功能:比如过渡元素有dd跃迁,呈现色彩斑斓的景象;那么,ff跃迁将会更加绚丽多彩,如现代彩电的发光材料(Y2O3La2O3Gd2O3)。Fe3O4有铁磁性(因为有d5),那么f7 将会有更好的磁性;稀土磁性材料,SmCo5(第一代),Nd2F
5、e14B(第二代),Sm2Fe17N(第三代,1985年)。过渡元素有丰富的催化性能,稀土将会有更优秀的催化特性。总之,稀土将是磁、光、电等功能材料的最佳载体。所以小平同志曾指出:“中东有石油,中国有稀土”。我们希望能用自己的能力完成两次飞跃:第一次飞跃,从稀土资源大国生产大国飞跃第二次飞跃,从生产大国科技大国飞跃稀土是21世纪的“战略元素”;美国定出25种,其中15种镧系元素,15/25;日本40种,其中稀土17种,17/40。原子半径:LaLu 169pm158pm 减少11pm,称La系收缩 其中Eu和Yb金属半径特大,因为f电子半满和全满时膨胀。离子半径(+3价):La3 106.1
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