標籤:化學元素稀土氧化物

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應用,隨著科技的進步和應用技術的不斷突破,稀土氧化物的價值將越來越大。

1基本信息

鑭,鈰,鐠,釹等都是稀土氧化物。稀土元素是指元素周期表中原子序數為57 到71 的15種鑭系元素,以及與鑭系元素化學性質相似的鈧(Sc) 和釔(Y)共17 種元素。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應用,隨著科技的進步和應用技術的不斷突破,稀土的價值將越來越大。

2氧化物

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、汽車尾氣的凈化器方面有廣泛應用。
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后,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 電子云對其有屏蔽作用,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。
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)電子殼層所屏蔽,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,沒有屏蔽層的保護,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。

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